利用畜禽副产物制备胶原多肽的研究进展

农产食品科技２０１０，４（１）：４０～４２　ｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｆｏｏｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔ　利用畜禽副产物制备胶原多肽的研究进展　李良玉１，２王鹤霖　（Ｉ．黑龙江省农产品加工工程技术研究中心，大庆１６３３１９；２．黑龙￣）ｋ－－农垦大学食品学院，大庆１６３３１９）　摘要：本文简要阐述了目前国内外酶法制备胶原多肽的技术，比较分析了目前国内外胶原多肽的制备　技术，介绍了酶法制备胶原多肽的应用及研究概况，并提出了胶原多肽制备技术进一步研究的设想。　关键词：胶原多肽；酶法；制备技术　中图分类号：ＴＳ２０９　文献标识码：Ｂ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ＣＯｌＩＯｇｅｎ—ｐＯＩｙｐｅｐｔｉｄｅ　Ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　Ａｎｉｍａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｂｙ——ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ＬＩ　Ｌｉａｎｇ－ｙｕ　一，ＷＡＮＧ　Ｈｅ－ｌｉｎ　（１．Ｔｈｅ　Ｆｏｏｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆＨｅｉｌｏｎ￣ｉａｎｇ　Ａｕｇｕｓｔ　Ｆｉｒｓｔ　Ｌａｎｄ　Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｙ，Ｄａｑｉｎｇ　１６３３１９，Ｃｈｉｎａ；　２．ＨＬＪ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｆｏｏｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｄａｑｉｎｇ　１６３３１９，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ｃ０ｌｌｏｇｅｎ—ｐ０ｌｙｐｅｐｔｉｄｅ　ｂｙ　ｅｎｚｙｍｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｅｒｖｉｅｗｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｃｏｌｌｏｇｅｎ－ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｕｐｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆ　ｃｏｌｌｏｇｅｎ—ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ＷＯｒｄｓ：Ｃｏｌｌｏｇｅｎ－ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ；Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ；Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　我国是一个畜牧业大国，生产总量居世界前　列【ＩＪ。随着畜禽养殖的迅猛发展，副产物随之大量　增加，这些副产物的深加工必须跟上养殖业的发　物质中组氨酸和色氨酸常常是以其衍生物的形式　存在的。胶原多肽含有其特殊的性质，例如：溶解　性、吸油性、乳化力（ＥＣ）、起泡性、稳定性（热稳定　性和乳化稳定性）、胶凝特性等【６１。近年来研究证　实，胶原多肽也具有一定的功能性。它有抑制血压　作用，提高人体骨骼强度，保护胃粘膜，抑制血压　展步伐，才能提高畜禽养殖的经济效益，减少资源　浪费，促进产业持续、快速、健康、稳定地发展。因　此，加强畜禽副产物的开发利用具有十分重要的　意义【　。　上升，抗氧化和抗衰老，并能预防与治疗骨关节　炎、骨质疏松和胃溃疡等疾病，促进皮肤胶原代谢　等作用『７］。　畜骨综合加工利用作为畜禽副产物综合利用　中重要的一部分值得深入研究。畜骨骼由骨膜、骨　质、骨髓构成，是蛋白质和钙质组成的网状结构。　畜骨蛋白是较为全价的可溶性蛋白质，生物学效　价高【３】，骨蛋白的主要成分为胶原蛋白，胶原多肽　亦称为水解明胶，是胶原或明胶经过蛋白酶等降　１胶原多肽的制备技术　胶原多肽生产方法分为化学降解法和酶降　解法。　解处理得到的分子量约为３０００～２００００　Ｄａｌ，与明　胶相比具有较强的水溶性，易被人体吸收的一类　多肽混合物【４］。　胶原多肽含有人体必须的８种氨基酸，同时　还含有丰富的组氨酸、色氨酸和酪氨酸　。在天然　收稿日期：２０１０一Ｏｌ一２７　１．１化学降解法　化学降解法就是用酸、碱等化学试剂在一定　温度下促使蛋白质分子的肽链断裂形成小分子物　质ｆ７］。酸法多采用盐酸、硫酸等强酸，碱法常采用　氢氧化钠等强碱。化学降解的基本工艺流程为：　原料（骨、皮等）一预处理一熬制一干燥（明　胶）一明胶吸水膨胀一加热溶化一水解（酸、碱）－÷　过滤一浓缩一喷雾干燥一粉状胶原多肽。　作者简介：李良玉（１９８２一），男，硕士，研究方向为畜产品加工。　２０ｌ０　李良玉等：利用畜禽副产物制备胶原多肽的研究进展　４１　化学降解法常需要在高温下反应，反应强烈，　设备腐蚀严重，水解彻底，多生成氨基酸混合物，　同时在高温下色氨酸完全被破坏，目前已逐渐被　淘汰；碱法水解使氨基酸大多消旋，如Ｌ一氨基酸　形成Ｄ一氨基酸，还有可能形成有毒物质『８Ｉ，无生　物利用价值，因此不宜采用。　１．２酶降解法　酶法降解是利用蛋白酶使蛋白质水解。常用　的酶有中性蛋白酶和碱性蛋白酶等。酶降解的基　本工艺流程为：　原料（骨、皮等）一预处理一熬制一干燥（明　胶）一明胶吸水膨胀一加热溶化一酶解一活性炭　脱色脱味一活性炭沉淀一过滤一浓缩一防腐处　理一喷雾干燥一粉状胶原多肽。　与化学方法相比，酶法生产周期短，工艺简　单，产品的相对分子质量分布较窄，易控制，而且　卫生环保，是目前比较先进的方法。　２酶降解技术研究　目前酶解胶原蛋白的工艺主要分为单酶水解　法和多酶水解法，多酶水解法又分为混合酶水解　法和分步酶水解法，酶法提取胶原具体实验Ｔ艺　及条件的选取通常应考虑要开发的产品对分子量　的要求，要得到分子量较小的胶原多肽一般采用　多酶水解法。影响酶解效果的因素主要有：酶的种　类、加酶量、酶解温度、酶解时间、ｐＨ值及料水　比。研究者大多都从这几个方面来研究胶原的酶　解工艺。　（１）Ｃｈａｍｂｅｒｓ和Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ［９１（１９８８１对骨骼中　提取胶原多肽进行了初步的酶解研究。Ｓｕｒｏｗｋａ和　ＦｉｃＩ　１（１９９２）采用中性蛋白酶进行了酶解鸡头骨胶　原多肽的研究，确定了最佳酶解条件，并测定了酶　解物氨基酸成分含量，降解率为７８．３％。　（２）Ｂｅｎ　ｉａｋｕｌｔ“Ｊ（１９９７）研究了分别用中性蛋白　酶和碱性蛋白酶水解，选择了最优酶和最佳水解　条件，降解率８９．３％。　（３）赵胜年＿１　１（１９９８）研究了以国产胰蛋白酶进　行酶水解反应，提取水解胶原多肽的工艺技术，得到　总蛋白质提取率≥８０％。酶解反应的适宜条件：反应　温度５０ｃｃ～５２℃，起始ｐＨ＝９，反应时间２～３ｈ，原　料：水＝１：２，酶用量约为５　０００：１～１０　０００：１。　（４）２００１年哈尔滨医科大学公共卫生学院王　朝旭，赵丹等ｌｌ３】利用胰蛋白酶对酶法水解骨蛋白　最佳条件进行了研究。首先对酶进行选择采用的　方法是：骨粉配成５％的溶液，充分浸润后，取２０　ｍＬ按６　０００　Ｕ／ｇ底物分别加入胰酶、胰蛋白酶和　木瓜蛋白酶，拟定各酶适宜的温度、ｐＨ，按拟定水　解条件水解６　ｈ后测定各组的氨基氮生成率，比　较各酶对骨蛋白的水解能力，确定最佳用酶。然后　对水解的时间进行试验：对于确定的酶，给予相同　的水解条件，分别水解６、７、８　ｈ，测定氨基氮生成　率，确定最佳水解时间。最后对水解条件进行试　验：对于水解温度、ｐＨ、酶与底物浓度比，底物浓　度根据顶实验及有关资料，通过正交试验来确定　最佳水解条件。最终得到结论为：胰蛋白酶水解骨　蛋白的最佳条件为：底物浓度７．５‰，酶与底物浓　度６０００　Ｕ／ｇ，温度５０℃，ｐＨ值７，水解时间７　ｈ，降　解率可达９０．７％。　（５）２００３牛黄雅钦等ＩＨＪ应用酶的组合技术制　备胶原多肽，采用的是ＡＳ１．３９８中性蛋白酶和菠　萝蛋白酶，先进行单酶水解，然后混合水解。研究　证实酶的不同组合方式是调节产物分子量及分布　的极有效手段。ＡＳ１．３９８中性蛋白酶和菠萝蛋白　酶组合，可以获得比用各自单酶水解分子量更小、　分布更窄的胶原多肽，其水解率为９５％。　（６）李岩等＿１５Ｉ（２００３）研究了在没有外加碱的　渐变条件下，用枯草杆菌碱性蛋白酶和黑曲霉酸　性蛋白酶双酶协同水解胶原蛋白制备寡肽水解物　的可行性。考察了单酶单因素水解条件、双酶加入　方式对猪皮降解率和蛋白质水解度的影响，并在　此基础上通过正交试验进一步优化出双酶一次性　投料方案水解的最佳条件：水解温度为６０ｃＣ，碱　性蛋白酶加入量为２５　ｕＩＪ／ｇ蛋白，酸性蛋白酶加入　量为４％（ｇ／ｇ），底物浓度为６０　ｇ／Ｌ，水解时问为１２　ｈ。　在上述最佳条件下，新鲜猪皮的降解率可达　９４．７％，蛋白质的水解度可达１７．７％，水解物中分　子量小于１　０００（１０个氨基酸以下的肽）的寡肽选　择性达到了４２．５％。结果表明，在不外加碱的条件　下，采用双酶协同水解方法能够显著提高降解率，　特别是蛋白质水解度。　（７）班玉凤等ｌｌ６］（２００４）研究了Ａｌｃａｌａｓｅ酶水解　制备胶原蛋白寡肽时影响水解效果的各种因素。　确定了ＡＩｅａｌａｓｅ水解最佳水解条件：温度６０℃，　ｐＨ　９．５，加酶量１．５％、底物浓度４．０％、水解时间３　ｈ，　降解率可达到９７．３％，水解度可达到１３．１％。　（８）张根生等　］（２００５）以提取的火鸡骨胶原　蛋白液为原料，探讨了影响火鸡骨胶原蛋白水解　度的主要影响因素，优化了酶解工艺条件，火鸡骨　４２　农产食品科技　胶原蛋白最佳酶解条件为底物浓度１０％，酶用量　３０　ｕＩ２ｇ，酶解温度６０￣Ｃ，ｐＨ值７，其水解度为　纯化，但是这些方法成本较高，不适于工业化的生　产。胶原多肽具有良好的营养功能、理化性能以及　３２．４６％。　表１各种酶降解方法的比较　学者　试验用酶　降解率　Ｓｕｒｏｗｋａ和Ｆｉｃ　中性蛋白酶　７８３％　ＢｅｎｊａｋｕＩ　中性和碱性蛋白酶８９．３％　赵胜年　胰蛋白酶８０．Ｏ％　王朝旭　胰蛋白酶　９０．７％　黄雅钦　ＡＳ１．３９８中性蛋白酶和菠萝蛋白酶　９５．Ｏ％　李岩予硇　苎　！菌碱性蛋白酶和黑曲霉酸性　９蛋白酶　４．。７”。％　　班玉风　Ａｌｃａｌａｓｅ酶　９７．３％　由以上技术中可以看出，胰蛋白酶法制备胶　原多肽工艺简单，但是利用胰蛋白酶水解产品色　泽浅，成本相对较低，水解时间短，但是得到的胶　原多肽的活性不高。可见利用单一酶制剂对猪骨　进行水解的效果不是非常理想，所以采用复合酶　制剂的方法是比较理想的，时间短，成本低，制得　的水解分子量小、分布窄。　３　展望　目前许多研究单位仍在不断地探索各种水解　工艺条件，以期更多地获得各种具有优良功能特　性的胶原多肽。同时由于胶原多肽也是蛋白质的　水解产物，也存在着蛋白水解物普遍存在的苦味，　从而限制了其应用，因此，减弱或消除其苦味的研　究就成为人们今后研究的重点。对胶原有作用的　蛋白酶较多，但为了获得较高的经济价值，在选取　酶的时候一般要考虑酶对胶原作用的强弱及酶的　价格。如果酶对胶原的作用太弱，则无法得到高的　胶原溶解率，而酶的纯度直接影响酶的价格，纯度　较高的酶与工业用酶的价格往往相差上千倍，甚　至更大，如何找到适合制备胶原多肽的酶制剂也　是今后研究的重点。再者由于胶原蛋白酶解所得　各种肽的分子量十分接近，因此胶原多肽分离纯　化比较困难，通常采用柱层析、ＨＰＬＣ等进行分离　生理功能，所以它的应用范围非常广泛。目前利用　酶法的技术还存在不足。最近日本学者把微生物　应用在胶原多肽的制备中取得了很好的效果，如　果能把此技术应用到猪骨制备胶原多肽这一功能　性的多肽产品，使其变废为宝，还能减少环境污　染，必将带来良好的社会效益和经济效益。　参考文献：　【１】冯永辉．我国生猪规模化养殖及区域布局变化趋势【Ｊ】．中国　畜牧杂志，２００６，４２（４）：２２—２３．　［２】孙卫青．骨食品开发研究前景广阔［Ｊ】．肉类工业，２００１（Ｉ）：　４３－４４．　［３］赵玉红．骨的综合利用［Ｊ】．肉类工业，２００１（３）：２３—２４．　［４］王碧，贾冬英，罗红平，等．皮边角废料提取胶原蛋白的功　能特性…．中国皮革，２００２，３１（１５）：１３—１６．　［５］李彦春，程宝熊，靳立强．胶原蛋白的应用【Ｊ】．皮革化工，　２００２，ｌ９（３）：１０－１４．　［６］付　刚．猪骨抗氧化肽的酶解制备研究【Ｊ】．现代食品科技，　２００６，３：３０—３２．　［７］唐传核，彭志英．一种新型功能性食品基料胶原多肽【Ｊ】．中国　商办工业，２００１，５：１２—１３．　［８］管景颖，张志胜．酶解胶原蛋白研究进展［Ｊ］．肉品科学，　２００６，１２：２６—２８．　［９】Ｃｈａｍｂｅｒｓ，Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ．Ｅｎｚｙｍｉｃ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｏｎｅｓ［Ｊ】．ＳＯｉ　Ｆｏｏｄ，　１９９８，４２：８７—９４．　［１０】Ｓｕｒｏｗｋａ，Ｆｉｃ．Ｓｔｕｄｉｅ　ｔｈｅ　Ｒｅｃｏｖｅｏｆ　Ｐｒｏｔｅｉｎａ　Ｃｅｏｕｓｓｕｂｓｔｍｃｅｓｏｍ　Ｃｈｉｃｋｅｎ　Ｈｅａｄｓ［Ｊ】．Ｆｏｏｄ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９２（２７）：９－１２．　［１　１］Ｂｅｎ　ｊａｋｕｌ　Ｐｒｏｔｅｉｎ　Ｈｙｄｒｏｌｙ　ｓａｔｅｓ　Ｐａｃｉｎｃ　Ｓｏｌｉｄ　Ｗａｓｔｅｓ［Ｊ】．Ａｇｒｉｃ　Ｆｏｏｄ　Ｃｈｅｍ，１９９７（４６）：４３２３—３４３０．　［１２］赵胜年．酶解鲜猪皮提取水解胶原蛋白的研究【Ｊ】．食品工　业科技，１９９８（５）：１６—１７．　［１３】王朝旭，赵丹，等．酶法水解骨蛋白最佳条件的研究【Ｊ】．　食品科学，２００１，１１：４８—４９．　［】４】黄雅钦，夏冬敏，黄明智．用酶组合技术制备水解明胶的研　究…．明胶科学与技术，２０００，２Ｏ（４）：１７２—１７８．　［１５】李岩，班玉风，郭洪臣，等．ｐＨ值渐变条件下双酶协同水　解猪皮制备胶原蛋白寡肽的研究【Ｊ】．食品科学，２００３，２４（７）：　７４－７９．　ｆ１６］班玉风，朱海峰．Ａｌｃａｌｓａｅ水解猪皮胶原蛋白的研究【Ｊ】．现代　食品科技，２００４，２１（２）：５９—６１．　［１７１张根生，岳晓霞．火鸡骨胶原多肽口服液的研究［Ｊ】．食品科　学，２００５，２６（８）：５６０—５６５．