鱼鳞胶原蛋白的提取工艺研究【文献综述】

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毕业论文文献综述食品科学与工程鱼鳞胶原蛋白的提取工艺研究[摘要]水产品加工过程中产生大量下脚料，不仅对环境造成严重污染，同时也浪费大量有限的宝贵资源，不符合可持续发展战略的要求。胶原蛋白是一种生物特性很强的蛋白，由于其特性突出被广泛运用在食品加工、医药、化妆品等行业。同时据不完全统计，我国每年淡水鱼加工业的废弃物总量就达到200万吨以上,其中鱼鳞约占15%[1]，如若被合理利用将有利于提高加工的综合效益及经济附加值。同时也是一种重要的功能性蛋白质，具有良好的生物学特性。被广泛运用于医药、食品加工、化妆品等众多领域。本文论述了鱼鳞胶原蛋白制备方法及应用，阐述了鱼鳞胶原蛋白的开发研究目的及良好发展前景。[关键词]鱼鳞；胶原蛋白；提取工艺；开发目的；前景1前言胶原蛋白是蛋白质中的一种，是组成胶原纤维的一种蛋白质，其分子在细胞外基质中聚集为超分子结构。其分子量为30万道尔顿，它是由3条左手螺旋构型α肽链结合而成的三螺旋结构，互相盘绕成螺旋结构。在胶原蛋白中甘氨酸（Gly）几乎占总含量的1/3，脯氨酸（Pro）和羟脯氨酸（Hyp）的含量是都高于其他蛋白质中的含量，且羟基赖氨酸（Hyl）仅在胶原蛋白中存在。胶原蛋白是哺乳类动物体内含量最多的蛋白质，占体内蛋白质总量的25%，相当于体重的6%[2]。由于其具有独特的生理功能，在医药、食品加工、化妆品等领域都有广泛的运用。在国内外都有深入的研究。2胶原蛋白的制备由于胶原提取物的氨基酸组成各不相同，导致了胶原提取物的胶原类型和胶原特性也各不相同，经研究分析可知鱼鳞胶原提取物的组成符合I型胶原的组成特征。I型胶原为结缔组织间最主要的成分，目前从组织提取胶原大多都采用盐析方法。2.1传统提取法 先将原料鱼鳞用去离子水洗净，再进行脱色脱脂处理，而后用pH值在4~5范围的盐酸溶液浸泡进行脱钙处理，等到鳞片柔软透明，随后将鱼鳞洗净，再进行浸灰处理使组织疏松，洗净后熬胶，再经过过滤、浓缩、切片、干燥后得成品。但是传统提取法制备胶原蛋白，由于步骤繁多，耗时较长，提取过程中胶原蛋白的流失较大，成品得率较低，不符合可持续发展规律，因此，并不适合大规模生产，且难以工业化。2.2热水提取法热水提取法就是指将经过处理的鱼鳞加入到热水中，并在一定条件下，用热水浸煮，得到水溶性的胶原蛋白。根据文献资料可知，鱼鳞水法制胶工艺中，最佳工艺温度范围在60~70℃。当温度过高抽提率会有所下降，且胶原蛋白的胶质也不高。钱曼等[3]在比较酶解法和热水法提取鱼鳞胶原蛋白的研究中发现，热水法的提取率远高于酶解法。因为胶原蛋白对温度比较敏感，当温度在40℃以上时，胶原蛋白的α三螺旋结构在变性过程中被破坏，其中的疏水键和氢键相互断裂；当温度升高至60℃以上，一些共价键都在变性过程中被破坏，使其发生降解；当到达125~127℃以上，丝氨酸、蛋氨酸、酪氨酸苏氨酸以及苏氨酸等的氨基酸残基都被破坏，出现脱水、脱氨现象。因此，在实验中测得的氨基酸总氮量应该为变性后的胶原蛋白总氮量，因此计算所得的提取率并不十分准确，实验误差相对比较大。2.3酸提取法酸提取法就是指利将处理好的鱼鳞用酸溶液在一定的外界环境条件下提取获得胶原蛋白的方法，使用的酸一般为盐酸、柠檬酸、醋酸、乳酸等。但是由于酸提取胶原蛋白法步骤过于繁琐，且在前处理中不能用酸进行处理，从而导致一部分杂蛋白难以被去除，以至于使得成品得率低，实验员工作量增加，且在常温下提取，大量胶原蛋白损失，进而使得提高生产成本，所以并不能被大规模推广。2.4酶提取法胶原蛋白酶提取法就是将预处理好的胶原蛋白利用各种不同的酶在相应的外界环境条件下提取胶原蛋白，常采用的酶有胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、中性蛋白酶等。用不同的酶试剂提取得到酶促溶性胶原蛋白。由于在提取过程中，随着酶水解作用的不断进行， 水解产物中容易出现苦肽等一系列现象。经相关专家研究发现苦味肽的生成与水解度呈线性关系。所以，选择一个合适的水解度能够有效的控制苦味肽等这类物质的生成，因此，在胶原蛋白的酶提取法的过程中找到一个苦肽生成量少，水解度高的关键点是十分重要的。3胶原蛋白的应用胶原蛋白本着其独特的物理化学性质，已被广泛地应用于食品、医药、化妆品等领域。3.1在食品行业中的应用胶原蛋白在食品中的应用，主要产品有食用明胶和可食性功能性食品经常食用含胶原蛋白丰富的食品，能有效地增加皮肤组织细胞的储水能力，增强和维持肌肤良好的弹性，强化肌肤的韧性，延缓肌体的衰老。同时，胶原蛋白可以作为补钙成分用于保健食品，因为将血浆中的钙运输到骨细胞的运载工具是羟基脯氨酸，而羟基脯氨酸是来自胶原蛋白的，骨细胞中的骨胶原本是羟基磷灰石的黏合剂，它与羟基磷灰石一同构成了骨骼的主体。此外，胶原蛋白还能降低血甘油三酯和胆固醇，用于制作减肥降血脂食品。3.2胶原蛋白医药行业的应用胶原蛋白因为其具有良好的生物特性，是一种性能十分优良的生物材料，所以，目前在医学领域中已被广泛的运用。3.2.1胶原蛋白与临床止血呈海绵状的胶原蛋白制品因为有良好的组织相容性，而且海绵状的结构还具有良好的吸水和渗水能力，在局部止血应用中能够起到相当良好的止血作用。胶原蛋白能够加强局部血小板的聚集和黏附，从而进一步启动内源性的凝血途径。于此同时，胶原蛋白有利于提高创面的黏附性，在一般情况下只需通过较短的时间压迫就能够达到十分满意的止血效果，且使用起来十分方便[4]。和其它一般的止血材料相比，胶原蛋白在功能恢复和促进组织再生方面一样具有独特的效果，也十分有利于局部创伤止血以后的愈合与恢复。3.2.2药物缓释胶将胶原蛋白作为主要成分的给药系统已被十分广泛的应用，可以将胶原蛋白的 水溶液塑造成各种形式的给药系统，如烧伤或创伤使用的胶原海绵、眼科方面使用的胶原蛋白保护物、胶原蛋白的凝胶形式、蛋白质传输的微粒、透过皮肤给药的调控材料以及基因传输的纳米微粒等[5]。此外，还可作为组织工程包括人工血管和瓣膜的支架材料、细胞培养系统的基质等[6]。胶原蛋白的临床应用形式有凝胶、水溶液、薄膜、海绵和颗粒剂等。同时这些形状都可以被用于药物缓释，现已获得许可上市和正在研发的胶原蛋白药物缓释大都集中应用在眼科中抗感染和青光眼治疗，创伤中的局部治疗及伤口修复的控制感染，妇科的宫颈发育异常和外科的局部麻醉等[7]。3.3在化妆行业中的应用当今社会越来越多的人开始关注自己的皮肤，都想通过各种法方留在青春和美丽，然而皮肤的老化是人体衰老的外在表现，主要原因是因为皮肤胶原蛋白的结构发生变化、失去原有的弹力。虽然皮肤老化是不可逆转的必然趋势，不管采取什么措施，都无法改变这一趋势。然而采取一定的保护措施，可以改变皮肤老化的速度。胶原蛋白的化学组成、结构赋予了它是美容的基础。它具有防皱、美白、保湿、营养、修复、减肥等美容美体作用[8]。胶原蛋白是皮肤护理的最重要的活性成分，能够控制或调节皮肤老化进程，保护受损的皮肤，延缓皮肤老化进程，对保持皮肤的正常结构和功能，维持集体的正常生理活动和代谢具有重要意义，所以补充胶原蛋白能使皮肤保持年轻。4鱼鳞胶原蛋白研究目的近几年来，我国水产品产量一直保持呈现高速发展的状态，其中，2005年仅一年的水产品产量就高达达4900万吨，大约占世界水产品总产量的35%，为世界首位。随着我国渔业生产行业的快速蓬勃发展，水产品的进一步深加工也越来越普遍，但是在加工过程中会产生大量的下脚料，如鱼鳞，鱼鳍等。其中的鱼鳞通常被人们视为下脚料，这类下脚料在处理过程中往往被随意丢弃，不但造成了大量宝贵资源的浪费，而且还污染环境。据不完全统计，我国每年废弃的鱼鳞达到30万吨以上[9]。如果加以合理的开发利用可以提高产品附加值，为企业带来良好的经济效益，且符合可持续发展战略。鱼鳞大约占鱼体总重的2%~5%，据研究表明，鱼鳞中含有丰富的蛋白质、卵鳞脂和各种矿物质，其中有机物占41%~55%[10]，钙盐为38%~46%。鱼鳞主要由蛋白质和羟基磷灰石组成，其中蛋白质占鱼鳞总重的70%左右，主要成份为胶原蛋白和鱼鳞角蛋白。水产胶原蛋白比陆生动物胶原蛋白安全性更高，且具有陆生动物胶原蛋白无可比拟的特性， 由此可知以鱼鳞作为原料提取胶原蛋白是一种很好的途径。5胶原蛋白的发展前景由于胶原蛋白质其结构的多样性与复杂性，功能的特殊性，使得它在许多研究领域都有及其重要的地位和广阔的应用前景。随着当今科学技术的不断进步，胶原蛋白已被广泛应用于食品工业、医药工业、日用化学品工业、生物合成及胶原修饰等各个重要领域中，鱼鳞胶原蛋白产品具有极强的发展潜力和较高的应用价值，其高附加值产品已倍受人们的关注和青睐。鱼鳞中含有大量的胶原蛋白，在水产品传统加工过程中，一般将其作为废弃物丢弃，这对有限的资源造成极大的浪费。本文总结了鱼鳞胶原产品的制备技术与应用，其中鱼鳞胶原蛋白粉的加工技术已相对成熟，而作为生物医用材料的胶原蛋白的开发尚处于起步阶段。由此可知鱼鳞胶原制备的一系列产品具有广阔的应用领域，横跨化工业、食品行业、化妆品业、医药业，因此，该系列产品的开发有着美好的前景，可以真正达到“变废为宝”，“化腐朽为神奇”的效果。参考文献[1]罗红宇.海鱼鱼鳞营养成分的分析[J].食品研究与开发，2003,24(3):63-66.[2]蒋挺大，张春萍.胶原蛋白.[M].北京：化学工业出版社，2001,1-60.[3]钱曼，武贤壮，邱承光，等.热力法和酶解法提取鱼鳞胶原蛋白的工艺及性质研究[J].食品工业科技，2007,(10):70-72.[4]王永胜，侯春林，陈爱民，等.胶原海绵止血功能的实验研究[J].中国修复重建外科杂志，2001,15(3):140-143.[5]LeeCH,ShnglaA,LeeY.Biomedicalapplicationofcollagen[J].IntJPharm，2001,221(12):1-22.[6]KempPD.Tissueengineeringandcellpopulatedcollagenmatrices[J].InStreuliCGiantM(Eds)MethMoleBio，2000,139:287-293.[7]FriessW.Collagen-biomaterialfordrugdelivery[J].EurJPharmBiopharm，1998,45(2):113-136.[8]薛艳丽.胶原蛋白与美容[J].中国实用医药，2006,1(9):84. [9]刘文涛，李国英，缪煜清，等.鱼鳞的研究现状及应用前景.水利渔业，2006,(1):20-23.[10]郭庆，艾春香.鱼鳞资源的开发利用.福建畜牧兽医，2005,27(5):32-33.