《驴皮胶原蛋白综述5800字》

驴皮胶原蛋白研究进展综述摘要阿胶，始于秦汉，至今已有2000多年的历史了，是驴皮煎煮浓缩后的固体动物胶。阿胶的保健作用主要有提高免疫力和补血，但用料不考究致使成品低劣易导致人体服用后的不良反应，故目前对驴皮阿胶的研究还主要集中在鉴定真伪和用料的优劣，对于从制作工艺角度研究其影响的研究还很少。本文对近年来国内学者关于阿胶原料提取方法和工艺情况进行了综述。关键词驴皮；胶原蛋白；提取工艺阿胶的原料是马科动物驴的皮。驴皮主要成分是角质蛋白、胶原蛋白及脂肪，在原料前处理过程中，漂、泡、搓、洗等过程将角质蛋白和脂肪等除去，而保留胶原蛋白。其主要成分是胶原蛋白。随着现代科学技术和人们需求的日益发展，近年来，出现了很多阿胶的产品。在18年2月国家卫计委公益热线官微对于阿胶只是“水煮驴皮”的评论都引起了公众对于阿胶制作工艺的热议。国内外现状目前对驴皮阿胶的研究还主要集中在鉴定真伪和用料的优劣，对于从制作工艺角度研究其影响的研究还很少。1.1胶原蛋白的研究1.1.1胶原蛋白的分子式胶原蛋白分子是由特有的3条左旋a-肽链，向右手的复合螺旋结构，绞合而成。a-肽链的长度一般是600-1000个氨基酸的长度。这种属于大分子胶原蛋白，不利于人体吸收，需要通过水解、酶解将分子变小，才利于人体吸收。分解后的分子叫肽，是精准的蛋白质片断，其分子只有纳米般大小，肠胃，血管及肌肤皆极容易吸收。1.1.2胶原蛋白的分子量Ⅰ型胶原分子长度约300nm，直径约1.5nm，呈棒状，由三条肽链组成，其中有两条α(Ⅰ)链，一条α(Ⅱ)链。对机体功能作用最强。α(Ⅰ)链和α(Ⅱ)链之间的氨基酸序列只有微小的差异。有人利用Ⅰ型胶原蛋白的电脑模型来模拟结缔组织的外基质结构，结果表明，用其它一些基团取代Ⅰ型胶原蛋白两条链上氨基乙酸就会导致骨合成异常。第3条α链多存在于绝大多数真骨鱼类，尤其是鱼皮，其他陆生脊椎动物没有。由3条异种α链形成的单一型杂分子α1(Ⅰ)α2(Ⅰ)α3(Ⅰ)组成，而非[α1(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)。有人研究了黑石首鱼和羊头海鲷的骨和鳞的酸性胶原蛋白(ASC)的电泳类型，发现在电泳谱带上可以清楚地看到β、γ、α1和α2组分，且α1的分子量为130kD，α2的分子量为110kD。因此，在某些鱼类中，与其他组织，如肌肉和膀胱相比较，鱼皮胶原蛋白中的α3(Ⅰ)链更适宜传递。IV型胶原蛋白非常细小而且呈线性分布在组织内部，是连接表皮和真皮的主要要素。Ⅴ型胶原的肽链由2条α1链和1条α2链或由3条α1链组成，存在3种组装形式：[α1(Ⅴ)]3、[α1(Ⅴ)]2α2(Ⅴ)和α1(Ⅴ)、α2(Ⅴ)、α3(Ⅴ)，其中以[α1(Ⅴ)]2α2(Ⅴ)为主。Ⅴ型胶原分布在细胞周围以及Ⅰ型胶原的周围，可能在基膜和结缔组织之间起着桥梁作用，已经从数种鱼类肌肉中分离出来。XV型胶原蛋白分布较广而且多分布在血管、神经组织的外围地带，而且其与角化细胞肿瘤黑素细胞肿瘤发生有关。Ⅺ型胶原是异三聚体，其组成为α1(Ⅺ)α2(Ⅺ)α3(Ⅺ)，Ⅺ型胶原是软骨的微量成分，在软骨胶原纤维的形成和软骨基质的组成中起着重要作用，且常与Ⅱ型胶原共存。陆生生物的软骨组织较水生生物含量高的多，所以Ⅱ型胶原的研究的对象大多是陆生生物，虽然在1984年已经从鲨鱼的软骨中分离出来Ⅱ型胶原，但是从水产动物提取Ⅱ型胶原的研究并不多。ⅩⅧ型胶原发现的相对较晚，同源性较高，还有不同的亚类，主要存在于肺、肝脏和肾脏等组织中。属于被称之为multi-plexin的特殊胶原亚族，含有其他胶原所没有的C末端非三螺旋区（non-triple-heli-calregions，NC1），这一特殊结构使其与其他仅由三螺旋结构组成的胶原相比拥有更好的灵活性。ⅩⅧ型胶原的研究主要集中在医学和分子生物学领域，如胚胎中的转录表达。1.1.3胶原蛋白的组成一般的蛋白质是双螺旋结构，而作为细胞外基质（ECM）的一种结构蛋白，胶原蛋白由三条多肽链构成三股螺旋结构，或称胶原域，即3条多肽链的每条都左旋形成左手螺旋结构，再以氢键相互咬合形成牢固的右手超螺旋结构。胶原特有的左旋a链相互缠绕构成胶原的右手复合螺旋结构，这一区段称为螺旋区段，螺旋区段最大特征是氨基酸呈现（Gly-X-Y）n周期性排列，其中x、Y位置为脯氨酸（PrO）和羟脯氨酸（Hyp），是胶原蛋白的特有氨基酸，约占25%，是各种蛋白质中含量最高的；胶原蛋白中存在的羟基赖氨酸（Hyl）在其它蛋白质中不存在，它不是以现成的形式参与胶原的生物合成，而是从已经合成的胶原的肽链中的脯氨酸（Pro）经羟化酶作用转化来的。而一般陆生哺乳动物蛋白质中羟脯氨酸和焦谷氨酸的含量极微少。与陆生动物相比，水生动物中的胶原蛋白，其脯氨酸和羟脯氨酸的总量少，而含硫元素的蛋氨酸（Met）含量要远大于陆生动物中的胶原蛋白。胶原蛋白中甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、脯氨酸（Pro）和谷氨酸（Glu）含量较高，特别是甘氨酸，约占总氨基酸的27%，也有报道说占1/3，即每隔两个其它氨基酸残基（X，Y）即有一个甘氨酸，故其肽链可用（Gly-X-Y）n来表示。每个原胶原分子由三条α-肽链组成，α-肽链自身为α螺旋结构，肽链中每三个氨基酸残基中就有一个要经过此三股螺旋中央区，而此处空间十分狭窄，只有甘氨酸适合于此位置，由此可解释其氨基酸组成中每隔两个氨基酸残基出现一个甘氨酸的特点。特别注意，X、Y均表示任意的氨基酸，只不过X通常是脯氨酸，Y通常指羟脯氨酸。同时还含有少量3-羟脯氨酸（3-hydroxyproline）和5-羟赖氨酸（5-hydroxylysine，Hyl）。羟脯氨酸残基可通过形成分子内氢键稳定胶原蛋白分子。三条α-肽链借范德化力、氢键及共价交联则以平行、右手螺旋形式缠绕成“草绳状”三股螺旋结构，使胶原具有很高的拉伸强度。1.1.4胶原蛋白的作用胶原蛋白种类较多，常见类型为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅺ型，胶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、在体内易被人体吸收、能促进细胞成活与生长、促进血小板凝结等在食品、医药、组织工程、化妆品等领域获得广泛的应用。它不仅可以作为保健食品、美容产品、包装材料，还可以作为食品添加剂应用在肉制品改良、冷冻食品、饮料、糕点以及乳制品等中。在医学领域中，胶原蛋白由于具有低免疫原性、纤维的再形成性、强的机械性能和生物可降解性等优点，可制成胶原海绵、胶原膜、人工皮肤、固定化美酶载体和胶囊等。中国传统的胶原保健品“阿胶”主要是以驴皮为原料（其实就是驴皮中所含胶原蛋白），经特殊的工艺生产出来的，具有较高的滋补保健作用，有中药三宝之一的美誉。1.2阿胶研究1.2.1阿胶制备过程中的脱脂研究在胶原蛋白的提取中，脱脂是预处理的一部分。过多的脂肪会导致后续过程中形成不溶性脂肪酸钙，并结块影响后续的操作。此外，油脂残留过多，会影响成品的颜色、透明度和亲水性，因此需要将脂肪分离出来。目的:优化活性炭对阿胶肽溶液的脱脂率。根据初步实验，选择时间、温度、固液比、pH值和四个因素对油的脱脂率进行单因素实验。明胶经酶解得到酶解产物，并选择脱脂剂，活性炭的脱脂效果优于海藻酸钠。以阿胶为原料，用蛋白酶和活性炭脱脂得到酶解溶液。以含油量为指标，采用活性炭脱脂工艺由单因素响应面优化。碱法、丙酮法、超声复合表面活性剂法、非离子脱脂剂脱脂法、有机溶剂脱脂法、脱脂酶法、活性炭法操作简单，成本低，酶解时间少，污染少，油脂脱脂率高，工艺简单，适合工业化生产。1.2.2驴皮在化皮工艺和浓缩工艺研究为明确驴皮在化皮工艺和浓缩工艺过程中发生的性质变化,对不同化皮温度和时间处理驴皮后产物的性质进行研究,结果发现,化皮温度由105℃增至115℃,化皮时间由0.5h增至1.0h,出胶率由35%显著增至80%左右。在105～125℃和0.5～2.5h的化皮温度和时间内,提取物氨基酸组成极为接近,表明化皮温度和时间的增加会提高出胶率,而提取出的蛋白质组成并没有改变。随着化皮温度的增大,提取物分子质量大于1500ku的蛋白质含量逐渐减少,而分子质量小于30ku的蛋白质含量逐渐增多,表明较高的化皮温度导致驴皮中的高分子蛋白质不需经降解为短链就被提取出来,同时也会对提取物中的物质有降解作用;化皮时间较短时(0.5h)分子质量大于1500ku的蛋白质含量仅0.21%。浓缩时间逐渐增加可使高分子蛋白降解,分子质量分布更加集中。化皮温度和时间对胶液的颜色和黏度无显著影响,而浓缩时间逐渐增加,胶液L*值显著增大,黏度(γ=20s-1)显著下降。2研究方向2.1阿胶的化学成分阿胶含有多种有效成分。例如，微量元素、氨基酸以及蛋白质等，其中，蛋白质的含量占到百分之六十以上，其中含量最多的是驴血清白蛋白；除此之外，阿胶中含有多种微量元素，经研究表明，阿胶中的铁元素、锌元素、锰元素等含量较高，还含有很大一部分金属元素。例如，钠元素、钾元素、钙元素、铝元素等；阿胶中含有十八种氨基酸，其中，含量最多的为甘氨酸，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%，赖氨酸占2.63%，亮氨酸和丝氨酸分别占1.92%和1.86%等，其中，人体的必需氨基酸占到了总体氨基酸含量的百分之十五以上；除此之外，阿胶中还有很多的有效成分。例如异硫氰酸甲酯和透明质酸等。2.2驴真皮中主要蛋白的组成研究分析阿胶主要原料驴真皮中的主要构成蛋白,分别使用TriPure试剂和通过1%聚丙烯酰胺(SDS)煮沸驴的真皮,提取驴皮中总蛋白质,再使用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质,割胶提取蛋白质,使用毛细管色谱进一步分析蛋白组分。发现驴真皮中主要蛋白质不仅含有胶原蛋白α1(Ⅰ)型、α2(Ⅰ)型,而且还含有血清白蛋白,其中,用TriPure试剂提取蛋白质的总蛋白中,血清白蛋白的含量超过25%;1%SDS煮沸的总蛋白中,血清白蛋白的含量约20%,并且发现在凝胶电泳带中有2条明显的分子质量为20万左右的蛋白质,割胶提取该蛋白质经过毛细管色谱分析,发现是胶原蛋白与血清白蛋白结合的产物。血清白蛋白是驴真皮中的主要蛋白组分,驴血清白蛋白有可能对于阿胶补血的功能起到比普遍认为胶原蛋白更为重要的作用。2.3驴真皮中胶原蛋白的提取阿胶中至少含有17种氨基酸。采用标准水解法和氨基酸自动分析仪测定不同的炮制品中氨基酸含量会有一定区别，总含量在56.73%~82.03%之间，其中含量较多的是甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸和精氨酸，接着是赖氨酸和天冬氨基酸，分别占氨基酸总含量的4%和7%，含量最低的是组氨酸，不到总含量的1%。另外，阿胶中蛋白质用凯氏定氮法测出含量在74.56%~84.94%。Wang等在驴皮中检测出了种主要蛋白胶原蛋白a1(Ⅰ)，胶原蛋白a2(Ⅰ)和驴血清白蛋白，它们在总蛋白中的含量分别是12.6%，1.67%和19.6%。3阿胶提取的研究进展3.1传统工艺研究进展2010年詹秋蕴等根据影响水提取的因素，确定加水倍量、提取时间、提取次数等单因素，以出膏率为考察指标，采用正交试验法，每个因素选择3个水平进行。对“秋之韵”阿胶滋养膏的制备工艺及质量进行了研究，为制定阿胶滋养膏生产质量标准和规模化生产提供依据。3.2驴皮胶原蛋白提取及测定进展采用酸法和酶法提取驴皮胶原蛋白，同时测定了所提取胶原蛋白的性质。结果表明，两种方法提取的胶原蛋白紫外最大吸收峰都在234nm处，在280nm处吸收较小;两者红外吸收光谱相似，并且都具有三股螺旋结构;电泳图谱分析所得胶原蛋白的亚基组成形式为(α1)（α2），推测所提取的是Ⅰ型胶原蛋白;DSC(示差量热扫描法)测定发现，酶溶性胶原蛋白的热收缩温度(65.33℃)高于酸溶性胶原蛋白(50.90℃);羟脯氨酸测定发现，酶法提取驴皮胶原蛋白的纯度高于酸法提取驴皮胶原蛋白的纯度。3.3阿胶生产工艺中胶原蛋白降解过程研究进展研究阿胶生产工艺中胶原蛋白的降解过程以及关键单元操作。通过在阿胶生产过程中取样并分析其氨基酸组成和相对分子质量范围,利用高效液相色谱质谱技术分析其多肽组成。得到阿胶生产工艺中原料胶中甘氨酸含量提高了16.8%,表明原料胶中胶原蛋白含量逐渐升高;凝胶过滤色谱分析结果表明原料胶相对分子质量逐渐降低,胶原蛋白的降解过程主要集中在常压浓缩阶段;质谱分析结果表明原料胶内除胶原蛋白外还存在细胞外基质蛋白和部分细胞骨架蛋白的降解物,在常压浓缩过程中以泡沫形式被去除的物质主要为非胶原类蛋白的降解物。结论:阿胶生产工艺中胶原蛋白的降解过程主要集中在常压浓缩阶段,常压浓缩过程是影响阿胶产品组成的关键单元操作。4研究述评目前我国胶原蛋白在美容护肤和保健食品领域的应用逐步加深，相关产品种类逐步增多，同时在医学领域中的烧伤、止血、眼科疾病治疗等方面有着良好的发展前景，在食品添加剂领域优质胶原蛋白形成肉类替代品的需求也在扩张，整个行业发展向好，但是行业内的相关政策却未得到有效完善。我国关于胶原蛋白的标准共有10项，其中全国范围的标准8项，地区标准2项，10项标准中对于胶原蛋白生产的原料、工艺、产品质量指标有所不同，实际应用中各企业根据产品特点选择相应标准，一定程度导致了市场上产品表示的混乱，不利于行业规范化发展，未来行业规范程度有待进一步提升，形成完整的全国统一的标准体系。阿胶的保健作用主要有提高免疫力和补血，但用料不考究致使成品低劣易导致人体服用后的不良反应，故目前对驴皮阿胶的研究还主要集中在鉴定真伪和用料的优劣，对于从制作工艺角度研究其影响的研究还很少。本文以阿胶传统制备工艺为基础采用酶提取法，分别以不同的酶用量，酶解时间，提取温度以及料液比，通过得出驴皮中胶原蛋白的提取率与酶用量，酶解时间，料液比，pH值之间的关系来优化提取工艺，以制定稳定可行的质量控制方法，为建立阿胶酶法提取工艺的标准提供数据及奠定基础。参考文献[1]李昊,黄美娟,张少权,叶铭宇,饶平凡.驴真皮中主要蛋白的组成及其相互作用的研究[J].中国中药杂志,2006(08):659-663.[2]杨霞,王珊珊,赵芙钗,陶宇,李八方.驴皮中胶原蛋白的提取及其特性[J].精细化工,2011,28(09):883-886.[3]张少权.阿胶原料的主要蛋白组成及其生理活性的研究[D].福州大学,2005.[4]司桂萌.阿胶的研究和发展[J].名医,2017(04):69-70.[5]杜怡波,樊慧蓉,阎昭.阿胶的化学成分及药理作用研究进展[J].天津医科大学学报,2018,24(03):267-270.[6]曹菲薇.阿胶糕及其主要原料阿胶的抗氧化作用及机理研究[D].浙江大学,2019.[7]TingSun,ShiyingLi,XiaotingXia