《驢皮膠原蛋白綜述5800字》

驢皮膠原蛋白研究進(jìn)展綜述摘要阿膠，始于秦漢，至今已有2000多年的歷史了，是驢皮煎煮濃縮后的固體動物膠。阿膠的保健作用主要有提高免疫力和補(bǔ)血，但用料不考究致使成品低劣易導(dǎo)致人體服用后的不良反應(yīng)，故目前對驢皮阿膠的研究還主要集中在鑒定真?zhèn)魏陀昧系膬?yōu)劣，對于從制作工藝角度研究其影響的研究還很少。本文對近年來國內(nèi)學(xué)者關(guān)于阿膠原料提取方法和工藝情況進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵詞驢皮；膠原蛋白；提取工藝阿膠的原料是馬科動物驢的皮。驢皮主要成分是角質(zhì)蛋白、膠原蛋白及脂肪，在原料前處理過程中，漂、泡、搓、洗等過程將角質(zhì)蛋白和脂肪等除去，而保留膠原蛋白。其主要成分是膠原蛋白。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人們需求的日益發(fā)展，近年來，出現(xiàn)了很多阿膠的產(chǎn)品。在18年2月國家衛(wèi)計(jì)委公益熱線官微對于阿膠只是“水煮驢皮”的評論都引起了公眾對于阿膠制作工藝的熱議。國內(nèi)外現(xiàn)狀目前對驢皮阿膠的研究還主要集中在鑒定真?zhèn)魏陀昧系膬?yōu)劣，對于從制作工藝角度研究其影響的研究還很少。1.1膠原蛋白的研究1.1.1膠原蛋白的分子式膠原蛋白分子是由特有的3條左旋a-肽鏈，向右手的復(fù)合螺旋結(jié)構(gòu)，絞合而成。a-肽鏈的長度一般是600-1000個氨基酸的長度。這種屬于大分子膠原蛋白，不利于人體吸收，需要通過水解、酶解將分子變小，才利于人體吸收。分解后的分子叫肽，是精準(zhǔn)的蛋白質(zhì)片斷，其分子只有納米般大小，腸胃，血管及肌膚皆極容易吸收。1.1.2膠原蛋白的分子量Ⅰ型膠原分子長度約300nm，直徑約1.5nm，呈棒狀，由三條肽鏈組成，其中有兩條α(Ⅰ)鏈，一條α(Ⅱ)鏈。對機(jī)體功能作用最強(qiáng)。α(Ⅰ)鏈和α(Ⅱ)鏈之間的氨基酸序列只有微小的差異。有人利用Ⅰ型膠原蛋白的電腦模型來模擬結(jié)締組織的外基質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，用其它一些基團(tuán)取代Ⅰ型膠原蛋白兩條鏈上氨基乙酸就會導(dǎo)致骨合成異常。第3條α鏈多存在于絕大多數(shù)真骨魚類，尤其是魚皮，其他陸生脊椎動物沒有。由3條異種α鏈形成的單一型雜分子α1(Ⅰ)α2(Ⅰ)α3(Ⅰ)組成，而非[α1(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)。有人研究了黑石首魚和羊頭海鯛的骨和鱗的酸性膠原蛋白(ASC)的電泳類型，發(fā)現(xiàn)在電泳譜帶上可以清楚地看到β、γ、α1和α2組分，且α1的分子量為130kD，α2的分子量為110kD。因此，在某些魚類中，與其他組織，如肌肉和膀胱相比較，魚皮膠原蛋白中的α3(Ⅰ)鏈更適宜傳遞。IV型膠原蛋白非常細(xì)小而且呈線性分布在組織內(nèi)部，是連接表皮和真皮的主要要素。Ⅴ型膠原的肽鏈由2條α1鏈和1條α2鏈或由3條α1鏈組成，存在3種組裝形式：[α1(Ⅴ)]3、[α1(Ⅴ)]2α2(Ⅴ)和α1(Ⅴ)、α2(Ⅴ)、α3(Ⅴ)，其中以[α1(Ⅴ)]2α2(Ⅴ)為主。Ⅴ型膠原分布在細(xì)胞周圍以及Ⅰ型膠原的周圍，可能在基膜和結(jié)締組織之間起著橋梁作用，已經(jīng)從數(shù)種魚類肌肉中分離出來。XV型膠原蛋白分布較廣而且多分布在血管、神經(jīng)組織的外圍地帶，而且其與角化細(xì)胞腫瘤黑素細(xì)胞腫瘤發(fā)生有關(guān)。Ⅺ型膠原是異三聚體，其組成為α1(Ⅺ)α2(Ⅺ)α3(Ⅺ)，Ⅺ型膠原是軟骨的微量成分，在軟骨膠原纖維的形成和軟骨基質(zhì)的組成中起著重要作用，且常與Ⅱ型膠原共存。陸生生物的軟骨組織較水生生物含量高的多，所以Ⅱ型膠原的研究的對象大多是陸生生物，雖然在1984年已經(jīng)從鯊魚的軟骨中分離出來Ⅱ型膠原，但是從水產(chǎn)動物提取Ⅱ型膠原的研究并不多。ⅩⅧ型膠原發(fā)現(xiàn)的相對較晚，同源性較高，還有不同的亞類，主要存在于肺、肝臟和腎臟等組織中。屬于被稱之為multi-plexin的特殊膠原亞族，含有其他膠原所沒有的C末端非三螺旋區(qū)（non-triple-heli-calregions，NC1），這一特殊結(jié)構(gòu)使其與其他僅由三螺旋結(jié)構(gòu)組成的膠原相比擁有更好的靈活性。ⅩⅧ型膠原的研究主要集中在醫(yī)學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域，如胚胎中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。1.1.3膠原蛋白的組成一般的蛋白質(zhì)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，而作為細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的一種結(jié)構(gòu)蛋白，膠原蛋白由三條多肽鏈構(gòu)成三股螺旋結(jié)構(gòu)，或稱膠原域，即3條多肽鏈的每條都左旋形成左手螺旋結(jié)構(gòu)，再以氫鍵相互咬合形成牢固的右手超螺旋結(jié)構(gòu)。膠原特有的左旋a鏈相互纏繞構(gòu)成膠原的右手復(fù)合螺旋結(jié)構(gòu)，這一區(qū)段稱為螺旋區(qū)段，螺旋區(qū)段最大特征是氨基酸呈現(xiàn)（Gly-X-Y）n周期性排列，其中x、Y位置為脯氨酸（PrO）和羥脯氨酸（Hyp），是膠原蛋白的特有氨基酸，約占25%，是各種蛋白質(zhì)中含量最高的；膠原蛋白中存在的羥基賴氨酸（Hyl）在其它蛋白質(zhì)中不存在，它不是以現(xiàn)成的形式參與膠原的生物合成，而是從已經(jīng)合成的膠原的肽鏈中的脯氨酸（Pro）經(jīng)羥化酶作用轉(zhuǎn)化來的。而一般陸生哺乳動物蛋白質(zhì)中羥脯氨酸和焦谷氨酸的含量極微少。與陸生動物相比，水生動物中的膠原蛋白，其脯氨酸和羥脯氨酸的總量少，而含硫元素的蛋氨酸（Met）含量要遠(yuǎn)大于陸生動物中的膠原蛋白。膠原蛋白中甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、脯氨酸（Pro）和谷氨酸（Glu）含量較高，特別是甘氨酸，約占總氨基酸的27%，也有報道說占1/3，即每隔兩個其它氨基酸殘基（X，Y）即有一個甘氨酸，故其肽鏈可用（Gly-X-Y）n來表示。每個原膠原分子由三條α-肽鏈組成，α-肽鏈自身為α螺旋結(jié)構(gòu)，肽鏈中每三個氨基酸殘基中就有一個要經(jīng)過此三股螺旋中央?yún)^(qū)，而此處空間十分狹窄，只有甘氨酸適合于此位置，由此可解釋其氨基酸組成中每隔兩個氨基酸殘基出現(xiàn)一個甘氨酸的特點(diǎn)。特別注意，X、Y均表示任意的氨基酸，只不過X通常是脯氨酸，Y通常指羥脯氨酸。同時還含有少量3-羥脯氨酸（3-hydroxyproline）和5-羥賴氨酸（5-hydroxylysine，Hyl）。羥脯氨酸殘基可通過形成分子內(nèi)氫鍵穩(wěn)定膠原蛋白分子。三條α-肽鏈借范德化力、氫鍵及共價交聯(lián)則以平行、右手螺旋形式纏繞成“草繩狀”三股螺旋結(jié)構(gòu)，使膠原具有很高的拉伸強(qiáng)度。1.1.4膠原蛋白的作用膠原蛋白種類較多，常見類型為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅺ型，膠原蛋白因具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性，比如低抗原性、在體內(nèi)易被人體吸收、能促進(jìn)細(xì)胞成活與生長、促進(jìn)血小板凝結(jié)等在食品、醫(yī)藥、組織工程、化妝品等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。它不僅可以作為保健食品、美容產(chǎn)品、包裝材料，還可以作為食品添加劑應(yīng)用在肉制品改良、冷凍食品、飲料、糕點(diǎn)以及乳制品等中。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，膠原蛋白由于具有低免疫原性、纖維的再形成性、強(qiáng)的機(jī)械性能和生物可降解性等優(yōu)點(diǎn)，可制成膠原海綿、膠原膜、人工皮膚、固定化美酶載體和膠囊等。中國傳統(tǒng)的膠原保健品“阿膠”主要是以驢皮為原料（其實(shí)就是驢皮中所含膠原蛋白），經(jīng)特殊的工藝生產(chǎn)出來的，具有較高的滋補(bǔ)保健作用，有中藥三寶之一的美譽(yù)。1.2阿膠研究1.2.1阿膠制備過程中的脫脂研究在膠原蛋白的提取中，脫脂是預(yù)處理的一部分。過多的脂肪會導(dǎo)致后續(xù)過程中形成不溶性脂肪酸鈣，并結(jié)塊影響后續(xù)的操作。此外，油脂殘留過多，會影響成品的顏色、透明度和親水性，因此需要將脂肪分離出來。目的:優(yōu)化活性炭對阿膠肽溶液的脫脂率。根據(jù)初步實(shí)驗(yàn)，選擇時間、溫度、固液比、pH值和四個因素對油的脫脂率進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。明膠經(jīng)酶解得到酶解產(chǎn)物，并選擇脫脂劑，活性炭的脫脂效果優(yōu)于海藻酸鈉。以阿膠為原料，用蛋白酶和活性炭脫脂得到酶解溶液。以含油量為指標(biāo)，采用活性炭脫脂工藝由單因素響應(yīng)面優(yōu)化。堿法、丙酮法、超聲復(fù)合表面活性劑法、非離子脫脂劑脫脂法、有機(jī)溶劑脫脂法、脫脂酶法、活性炭法操作簡單，成本低，酶解時間少，污染少，油脂脫脂率高，工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。1.2.2驢皮在化皮工藝和濃縮工藝研究為明確驢皮在化皮工藝和濃縮工藝過程中發(fā)生的性質(zhì)變化,對不同化皮溫度和時間處理驢皮后產(chǎn)物的性質(zhì)進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),化皮溫度由105℃增至115℃,化皮時間由0.5h增至1.0h,出膠率由35%顯著增至80%左右。在105～125℃和0.5～2.5h的化皮溫度和時間內(nèi),提取物氨基酸組成極為接近,表明化皮溫度和時間的增加會提高出膠率,而提取出的蛋白質(zhì)組成并沒有改變。隨著化皮溫度的增大,提取物分子質(zhì)量大于1500ku的蛋白質(zhì)含量逐漸減少,而分子質(zhì)量小于30ku的蛋白質(zhì)含量逐漸增多,表明較高的化皮溫度導(dǎo)致驢皮中的高分子蛋白質(zhì)不需經(jīng)降解為短鏈就被提取出來,同時也會對提取物中的物質(zhì)有降解作用;化皮時間較短時(0.5h)分子質(zhì)量大于1500ku的蛋白質(zhì)含量僅0.21%。濃縮時間逐漸增加可使高分子蛋白降解,分子質(zhì)量分布更加集中?；囟群蜁r間對膠液的顏色和黏度無顯著影響,而濃縮時間逐漸增加,膠液L*值顯著增大,黏度(γ=20s-1)顯著下降。2研究方向2.1阿膠的化學(xué)成分阿膠含有多種有效成分。例如，微量元素、氨基酸以及蛋白質(zhì)等，其中，蛋白質(zhì)的含量占到百分之六十以上，其中含量最多的是驢血清白蛋白；除此之外，阿膠中含有多種微量元素，經(jīng)研究表明，阿膠中的鐵元素、鋅元素、錳元素等含量較高，還含有很大一部分金屬元素。例如，鈉元素、鉀元素、鈣元素、鋁元素等；阿膠中含有十八種氨基酸，其中，含量最多的為甘氨酸，含量占13.36%，其他的氨基酸也占有很高的含量。例如，脯氨酸占6.52%，精氨酸占4.42%，賴氨酸占2.63%，亮氨酸和絲氨酸分別占1.92%和1.86%等，其中，人體的必需氨基酸占到了總體氨基酸含量的百分之十五以上；除此之外，阿膠中還有很多的有效成分。例如異硫氰酸甲酯和透明質(zhì)酸等。2.2驢真皮中主要蛋白的組成研究分析阿膠主要原料驢真皮中的主要構(gòu)成蛋白,分別使用TriPure試劑和通過1%聚丙烯酰胺(SDS)煮沸驢的真皮,提取驢皮中總蛋白質(zhì),再使用聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白質(zhì),割膠提取蛋白質(zhì),使用毛細(xì)管色譜進(jìn)一步分析蛋白組分。發(fā)現(xiàn)驢真皮中主要蛋白質(zhì)不僅含有膠原蛋白α1(Ⅰ)型、α2(Ⅰ)型,而且還含有血清白蛋白,其中,用TriPure試劑提取蛋白質(zhì)的總蛋白中,血清白蛋白的含量超過25%;1%SDS煮沸的總蛋白中,血清白蛋白的含量約20%,并且發(fā)現(xiàn)在凝膠電泳帶中有2條明顯的分子質(zhì)量為20萬左右的蛋白質(zhì),割膠提取該蛋白質(zhì)經(jīng)過毛細(xì)管色譜分析,發(fā)現(xiàn)是膠原蛋白與血清白蛋白結(jié)合的產(chǎn)物。血清白蛋白是驢真皮中的主要蛋白組分,驢血清白蛋白有可能對于阿膠補(bǔ)血的功能起到比普遍認(rèn)為膠原蛋白更為重要的作用。2.3驢真皮中膠原蛋白的提取阿膠中至少含有17種氨基酸。采用標(biāo)準(zhǔn)水解法和氨基酸自動分析儀測定不同的炮制品中氨基酸含量會有一定區(qū)別，總含量在56.73%~82.03%之間，其中含量較多的是甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸和精氨酸，接著是賴氨酸和天冬氨基酸，分別占氨基酸總含量的4%和7%，含量最低的是組氨酸，不到總含量的1%。另外，阿膠中蛋白質(zhì)用凱氏定氮法測出含量在74.56%~84.94%。Wang等在驢皮中檢測出了種主要蛋白膠原蛋白a1(Ⅰ)，膠原蛋白a2(Ⅰ)和驢血清白蛋白，它們在總蛋白中的含量分別是12.6%，1.67%和19.6%。3阿膠提取的研究進(jìn)展3.1傳統(tǒng)工藝研究進(jìn)展2010年詹秋蘊(yùn)等根據(jù)影響水提取的因素，確定加水倍量、提取時間、提取次數(shù)等單因素，以出膏率為考察指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)法，每個因素選擇3個水平進(jìn)行。對“秋之韻”阿膠滋養(yǎng)膏的制備工藝及質(zhì)量進(jìn)行了研究，為制定阿膠滋養(yǎng)膏生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模化生產(chǎn)提供依據(jù)。3.2驢皮膠原蛋白提取及測定進(jìn)展采用酸法和酶法提取驢皮膠原蛋白，同時測定了所提取膠原蛋白的性質(zhì)。結(jié)果表明，兩種方法提取的膠原蛋白紫外最大吸收峰都在234nm處，在280nm處吸收較小;兩者紅外吸收光譜相似，并且都具有三股螺旋結(jié)構(gòu);電泳圖譜分析所得膠原蛋白的亞基組成形式為(α1)（α2），推測所提取的是Ⅰ型膠原蛋白;DSC(示差量熱掃描法)測定發(fā)現(xiàn)，酶溶性膠原蛋白的熱收縮溫度(65.33℃)高于酸溶性膠原蛋白(50.90℃);羥脯氨酸測定發(fā)現(xiàn)，酶法提取驢皮膠原蛋白的純度高于酸法提取驢皮膠原蛋白的純度。3.3阿膠生產(chǎn)工藝中膠原蛋白降解過程研究進(jìn)展研究阿膠生產(chǎn)工藝中膠原蛋白的降解過程以及關(guān)鍵單元操作。通過在阿膠生產(chǎn)過程中取樣并分析其氨基酸組成和相對分子質(zhì)量范圍,利用高效液相色譜質(zhì)譜技術(shù)分析其多肽組成。得到阿膠生產(chǎn)工藝中原料膠中甘氨酸含量提高了16.8%,表明原料膠中膠原蛋白含量逐漸升高;凝膠過濾色譜分析結(jié)果表明原料膠相對分子質(zhì)量逐漸降低,膠原蛋白的降解過程主要集中在常壓濃縮階段;質(zhì)譜分析結(jié)果表明原料膠內(nèi)除膠原蛋白外還存在細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和部分細(xì)胞骨架蛋白的降解物,在常壓濃縮過程中以泡沫形式被去除的物質(zhì)主要為非膠原類蛋白的降解物。結(jié)論:阿膠生產(chǎn)工藝中膠原蛋白的降解過程主要集中在常壓濃縮階段,常壓濃縮過程是影響阿膠產(chǎn)品組成的關(guān)鍵單元操作。4研究述評目前我國膠原蛋白在美容護(hù)膚和保健食品領(lǐng)域的應(yīng)用逐步加深，相關(guān)產(chǎn)品種類逐步增多，同時在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的燒傷、止血、眼科疾病治療等方面有著良好的發(fā)展前景，在食品添加劑領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)膠原蛋白形成肉類替代品的需求也在擴(kuò)張，整個行業(yè)發(fā)展向好，但是行業(yè)內(nèi)的相關(guān)政策卻未得到有效完善。我國關(guān)于膠原蛋白的標(biāo)準(zhǔn)共有10項(xiàng)，其中全國范圍的標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)，地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中對于膠原蛋白生產(chǎn)的原料、工藝、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有所不同，實(shí)際應(yīng)用中各企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，一定程度導(dǎo)致了市場上產(chǎn)品表示的混亂，不利于行業(yè)規(guī)范化發(fā)展，未來行業(yè)規(guī)范程度有待進(jìn)一步提升，形成完整的全國統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。阿膠的保健作用主要有提高免疫力和補(bǔ)血，但用料不考究致使成品低劣易導(dǎo)致人體服用后的不良反應(yīng)，故目前對驢皮阿膠的研究還主要集中在鑒定真?zhèn)魏陀昧系膬?yōu)劣，對于從制作工藝角度研究其影響的研究還很少。本文以阿膠傳統(tǒng)制備工藝為基礎(chǔ)采用酶提取法，分別以不同的酶用量，酶解時間，提取溫度以及料液比，通過得出驢皮中膠原蛋白的提取率與酶用量，酶解時間，料液比，pH值之間的關(guān)系來優(yōu)化提取工藝，以制定穩(wěn)定可行的質(zhì)量控制方法，為建立阿膠酶法提取工藝的標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)及奠定基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]李昊,黃美娟,張少權(quán),葉銘宇,饒平凡.驢真皮中主要蛋白的組成及其相互作用的研究[J].中國中藥雜志,2006(08):659-663.[2]楊霞,王珊珊,趙芙釵,陶宇,李八方.驢皮中膠原蛋白的提取及其特性[J].精細(xì)化工,2011,28(09):883-886.[3]張少權(quán).阿膠原料的主要蛋白組成及其生理活性的研究[D].福州大學(xué),2005.[4]司桂萌.阿膠的研究和發(fā)展[J].名醫(yī),2017(04):69-70.[5]杜怡波,樊慧蓉,閻昭.阿膠的化學(xué)成分及藥理作用研究進(jìn)展[J].天津醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2018,24(03):267-270.[6]曹菲薇.阿膠糕及其主要原料阿膠的抗氧化作用及機(jī)理研究[D].浙江大學(xué),2019.[7]TingSun,ShiyingLi,XiaotingXia