余東華，徐志宏，魏振承

（1.廣東省農(nóng)科院生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品開放重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510610；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖北武漢430070）

豬皮膠原蛋白的高效利用研究進(jìn)展

余東華1，2，徐志宏1，*，魏振承1

（1.廣東省農(nóng)科院生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品開放重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510610；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖北武漢430070）

介紹了豬皮的結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)成分和常見的食用方式，并綜合介紹了豬皮膠原蛋白的研究現(xiàn)狀和酶法高效利用的技術(shù)特點(diǎn)，包括不同酶酶解豬皮所得的水解度和酶解產(chǎn)物特性的研究等，最后提出了一些問(wèn)題并做出展望。

豬皮，膠原蛋白，酶解

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，政府對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的扶持力度加大，我國(guó)肉食生豬存欄一直維持在4～5億頭，年出欄最高時(shí)達(dá)到過(guò)6億頭，約為世界總量的50%左右。另外，稅收不斷減免刺激了制革工業(yè)的發(fā)展，技術(shù)設(shè)備不斷更新，使企業(yè)效率大幅提高。但是，在豬皮供銷方面又存在重大問(wèn)題，主要是豐富的資源絕大部分隨肉一同銷售，造成豬皮資源短缺，因此解決豬皮供銷，開發(fā)豬皮資源，進(jìn)行深加工，提高資源的附加值就成為制革工作者對(duì)發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)義不容辭的責(zé)任［1-3］。但是，隨著制革工業(yè)的發(fā)展，制革腳料沒有得到充分利用，大量?jī)?yōu)質(zhì)資源的浪費(fèi)不禁讓人可惜。近些年，豬皮的高效利用研究成為熱點(diǎn)。研究者們開始致力于豬皮腳料的深度開發(fā)或合成。研究覆蓋制革、食品、醫(yī)藥、化妝品等諸多領(lǐng)域，特別是醫(yī)療保健品、美容化妝品方面，取得了一批研究成果。但是，有關(guān)豬皮膠原多肽的功能性評(píng)價(jià)方面，文獻(xiàn)報(bào)道較少。

1 豬皮的結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)成分

豬皮是由比較薄的表皮層、最厚及最緊實(shí)的真皮層、最松軟的皮下結(jié)締組織構(gòu)成，其主要成分為真皮層。其重量和厚度占生皮的90%以上，是一種結(jié)締組織，并由在結(jié)構(gòu)上和化學(xué)組成上彼此不相同的膠原纖維、彈性纖維和網(wǎng)狀纖維所構(gòu)成。表皮層主要由各種形狀、彼此緊貼著許多單核細(xì)胞組成的角蛋白構(gòu)成；內(nèi)皮層則富含脂肪組織及肌肉組織［4］。

豬皮的化學(xué)成分和其它動(dòng)物皮一樣，由水分、脂肪、礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。其中水分含量約65%，脂肪為2%，礦物質(zhì)為0.5%，蛋白質(zhì)為33%。除水分外，皮的主要成分為蛋白質(zhì)［5-6］。豬皮蛋白質(zhì)主要是膠原，分子量為30萬(wàn)左右，膠原蛋白約占真皮干物質(zhì)的98%，經(jīng)在水中長(zhǎng)時(shí)間加熱，膠原蛋白水解后含有18種氨基酸，其中含量最大的是甘氨酸占1/3，丙氨酸占l/9，脯氨酸和羥脯氨酸占2/9，必需氨基酸（8種）共占1/8（見表1）。

表1 膠原所含氨基酸的數(shù)量［5］

2 豬皮的利用現(xiàn)狀

2.1 豬皮常見的食用方法

豬皮的高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，使其在藥用歷史上的應(yīng)用源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。中醫(yī)講究藥食同源，以行補(bǔ)行。東漢張仲景《傷寒論》中的豬膚湯，就是以豬皮為主藥；《隨息居飲食譜》與《中華本草》中均有記載。現(xiàn)今常用的食用方式也有很多種，例如：油炸豬皮［7］、紅燒豬皮、假紅燒蹄皮、燙漂肉皮、鹵制豬皮、速食豬皮和豬皮凍［8］等，深受大家的喜愛。

2.2 豬皮在制革工業(yè)上的利用

在我國(guó)，豬皮主要應(yīng)用在制革工業(yè)上，國(guó)家對(duì)豬皮制革的優(yōu)惠政策，促進(jìn)了豬皮制革的技術(shù)發(fā)展，豬革產(chǎn)品的質(zhì)量已可以和牛羊革產(chǎn)品媲美，尤其是豬革同樣有天然皮革的特性，豬革制品曾在我國(guó)革制品市場(chǎng)中占有率達(dá)到50%［1］。在美國(guó)農(nóng)業(yè)部東方地區(qū)研究中心研制出通過(guò)使用少量浴液加工揉制豬皮，沖洗液循環(huán)使用，從而降低化學(xué)制劑數(shù)量和縮短加工時(shí)間。該工藝解決了有關(guān)豬皮的兩個(gè)問(wèn)題，即需要大量的水和必須的適量加脂處理［9］。孫靜和曾冬青［10］對(duì)制革發(fā)展的新趨勢(shì)，無(wú)鉻鞣制革進(jìn)行了分析，并探索了鈦鞣豬皮服裝革工藝。

2.3 豬皮在食品工業(yè)上的利用

膨化豬皮［11-13］，乳化豬皮［14-15］的生產(chǎn)給不少企業(yè)帶來(lái)不匪的經(jīng)濟(jì)效益。趙荒用豬皮制作人造海蜇皮，成品率達(dá)70%，其營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味與天然海蜇皮不相上下［16］。劉代成發(fā)明了一種豬皮美容飲料并申請(qǐng)專利［17］?？靛\豫對(duì)豬皮香菇罐頭的工藝做了研究。袁玉超等研究將乳化豬皮加入鹽水火腿中，不但降低了產(chǎn)品成本，也能提高產(chǎn)品的彈性和切片性，增強(qiáng)肉制品口感，改善產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)［18］。德國(guó)漢諾威袋裝香腸中豬皮的添加量高達(dá)36%。在冰激凌、雪糕、冰糕等制品中使用明膠，可防止冰激凌之類的制品在成型時(shí)，形成粗冰晶，可使結(jié)構(gòu)細(xì)膩、堅(jiān)實(shí)光滑，是理想的防融劑；除此之外，還可以作為乳化劑和澄清劑添加到奶糖和啤酒中［6］。

2.4 豬皮在醫(yī)藥業(yè)上的利用

豬皮作為敷料的應(yīng)用效果較佳，它對(duì)保護(hù)燒傷創(chuàng)面、減少滲出、防止感染有重要作用。祝偉建等自1992年對(duì)醫(yī)用豬皮的制作過(guò)程進(jìn)行了重大改進(jìn)，成功制備醫(yī)用豬皮并將其用于燒傷治療的實(shí)驗(yàn)研究［19］。吉林大學(xué)第四醫(yī)院1999年以來(lái)應(yīng)用上海燒傷研究所研制的醫(yī)用豬皮治療燙傷20例，收到了良好的療效［20］。干燥豬皮治療燒傷 47例，效果較好［21］；此方面的應(yīng)用國(guó)外較早，1978年L Sully就利用低壓干燥的豬皮治療燒傷［22］；1990年Cedric J還利用豬皮異種移植來(lái)治療新生兒大皰性表皮松解癥［23］。新鮮豬皮經(jīng)改良后，治療深度燒傷、大面積創(chuàng)面方面的效果令人滿意［24］。隨著基因工程的飛速發(fā)展，基因轉(zhuǎn)染豬皮作為微粒皮移植覆蓋物，在大面積深度燒傷患者微粒皮移植的臨床應(yīng)用中，其創(chuàng)面愈合效果較新鮮豬皮好［25］。成訓(xùn)妍用豬皮制作治療牛皮癬新藥膏，效果非常理想［26］。張紅等以豬皮為原料酶解分別制備膠原及膠原蛋白，以大鼠建立皮膚創(chuàng)傷模型，比較使用膠原、膠原蛋白及膠原與膠原蛋白合用后大鼠創(chuàng)傷模型的愈合率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膠原和膠原蛋白能有效促進(jìn)大鼠創(chuàng)傷皮膚的愈合［27］。豬皮的下角料還可以生產(chǎn)蛋白胨，是四環(huán)素等藥物的主要培養(yǎng)基［3］。

2.5 在美容保健化妝品業(yè)上的利用

主要是利用豬皮提取的膠原蛋白。膠原富含羥基、氨基等親水基團(tuán)，使其具有良好的保水保濕性能。膠原蛋白酶解后，由于分子結(jié)構(gòu)、分子量的變化，維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用力在酶解后得到釋放，酶解產(chǎn)物在溶劑中的溶解性有了顯著的變化，因此其功能特性隨之發(fā)生變化。酶解前膠原蛋白分子質(zhì)量較大，相對(duì)疏水作用較強(qiáng)，能夠較好地維持分子的構(gòu)型，因而在兩相體系中具有較好的吸油性、乳化性和乳化穩(wěn)定性，因此在油性化妝品中添加膠原多肽就要求水解程度較低、分子量較大。保濕型化妝品則要求酶解程度高、產(chǎn)物分子量小，極性基團(tuán)能夠形成氫鍵、離子鍵等極性作用力，能夠在極性溶劑中很好地溶解［28］。另外，膠原蛋白豐富的氨基酸成分，對(duì)皮膚有良好的修復(fù)作用和美白防曬作用?，F(xiàn)今化妝品市場(chǎng)也有很多膠原蛋白面膜、面霜、膠原蛋白片劑和美容食品等。

2.6 其他方面

豬皮還可以附帶提煉出一定量的工業(yè)用油，它將為肥皂、牙膏等日用化工提供更多的原輔料。豬皮油還可以生產(chǎn)硬脂酸，為塑料、橡膠工業(yè)提供添加劑原料。利用豬皮制備透明質(zhì)酸也廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)和高級(jí)化妝品生產(chǎn)［29-30］。Aaron E Freeman等用豬皮為底物做培養(yǎng)基，培養(yǎng)了多種類型的上皮細(xì)胞，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是很好地抑制成纖維細(xì)胞的副產(chǎn)物的產(chǎn)生［31］。

3 豬皮膠原蛋白的酶法高效利用

豬皮蛋白質(zhì)主要是膠原，膠原由于特殊復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，其分子量高達(dá)300kDa，很難被機(jī)體消化吸收，通過(guò)蛋白酶水解可以將豬皮中的蛋白質(zhì)水解為肽［32］。大量研究表明膠原多肽具有易消化、保護(hù)胃粘膜以及抗?jié)儭⒋龠M(jìn)骨形成、促進(jìn)皮膚膠原代謝、預(yù)防及治療關(guān)節(jié)炎、抑制血管緊張素轉(zhuǎn)移酶、抗氧化、抑制血小板凝結(jié)和抗腫瘤活性等多方面的生理功能［33］。膠原蛋白可以用酸和堿水解，但對(duì)膠原蛋白三維結(jié)構(gòu)的破壞和氨基酸的損失，致使這兩種方法逐步被酶法水解所取代。而酶法水解反應(yīng)條件溫和，具有較高的回收率，水解反應(yīng)速度快，時(shí)間短，無(wú)環(huán)境污染，較酸法和堿法水解的產(chǎn)品更安全，被廣泛應(yīng)用于功能食品、化妝品及其它相關(guān)健康產(chǎn)品。

3.1 酶的選擇

不同酶的酶解產(chǎn)物不同，活性也不同。尋找合適的酶，用最優(yōu)酶解工藝，得到具有高活性的產(chǎn)物一直是研究的重點(diǎn)。膠原蛋白水解過(guò)程中酶的選擇至關(guān)重要，它不僅影響得率，還影響產(chǎn)物特性和用途。酶主要有三大類：一是動(dòng)物源酶類，主要包括胃蛋白酶和胰蛋白酶等；二是植物源酶類，主要用到木瓜蛋白酶；微生物酶類主要有枯草芽孢桿菌堿性蛋白酶和中性蛋白酶等。

李巖等研究了在沒有外加堿的pH漸變條件下，用枯草桿菌堿性蛋白酶和黑曲霉酸性蛋白酶雙酶協(xié)同水解從豬皮膠原蛋白制備寡肽水解物，發(fā)現(xiàn)能夠顯著提高豬皮降解率，特別是蛋白質(zhì)水解度可達(dá)17.7%［34］。施輝陽(yáng)和張鵬用胃蛋白酶水解豬皮，膠原產(chǎn)率達(dá)到了16%，純度也達(dá)到了96.3%［35］。班玉鳳等研究了Alcalase水解豬皮膠原蛋白，發(fā)現(xiàn)在最佳水解條件下，豬皮的降解率可達(dá)到97.3%，水解度可達(dá)13.1%［36］。王川等研究顯示，以胰酶提取物得率最高，但結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重，用胃蛋白酶提取的膠原蛋白制品的結(jié)構(gòu)最完整，色澤最為潔白，但得率最低［37］。李少華等用木瓜蛋白酶水解豬皮制備膠原多肽，優(yōu)化工藝條件，使水解度達(dá)到14.91%［38］。張志勝等用中性蛋白酶水解豬皮，水解度也達(dá)到12.94%［39］。

3.2 酶解產(chǎn)物特性及用途

李賀等研究發(fā)現(xiàn)，用胃蛋白酶提取的豬皮膠原最大程度地保持了其天然結(jié)構(gòu)，適合用作生物醫(yī)學(xué)材料［40］。王琳評(píng)價(jià)Ⅰ型膠原蛋白對(duì)UVA氧化損傷的L929細(xì)胞的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)Ⅰ型膠原蛋白有防止UVA氧化損傷的作用［41］。胡躍斌用胰蛋白酶水解鮮豬皮，研究豬皮膠原蛋白美容食品的加工配方［42］。陳霞等發(fā)現(xiàn)豬皮用胃蛋白酶水解后，其產(chǎn)物與抗壞血酸相比沒有還原能力，產(chǎn)物的抗氧化性主要由于其具有良好的乳化作用與螯合作用［43］。項(xiàng)智鋒等利用豬皮制成膠原蛋白粉末作為原材料，用不同酶類將其水解，探討不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)紫外線吸收的影響，制成一種具有良好紫外線吸收能力的膠原蛋白水解物，可以作為保養(yǎng)或防曬產(chǎn)品中的天然吸收紫外線材料［44］。朱夕波等采用胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等蛋白酶水解豬皮膠原蛋白，獲得具有較高抗氧化活性的肽，并對(duì)其氨基酸組成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)三種組分中具有自由基清除作用的關(guān)鍵氨基酸是甲硫氨酸、酪氨酸和組氨酸等［45］。

4 存在的問(wèn)題與展望

對(duì)膠原蛋白的研究經(jīng)歷了20多年，但是還需要解決諸多問(wèn)題。隨著歐美瘋牛病、口蹄疫的肆虐，研究者逐步把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向水產(chǎn)動(dòng)物膠原，有關(guān)豬皮膠原蛋白酶解工藝、酶解產(chǎn)物功能特性方面的新的文獻(xiàn)報(bào)道逐漸減少，創(chuàng)新也不足。對(duì)主要酶解產(chǎn)物的系統(tǒng)研究不夠深入，國(guó)內(nèi)文章更少。分步水解和連續(xù)水解后產(chǎn)物特性比較的研究較少。例如，單酶水解和雙酶水解產(chǎn)物不能只停留在分子量大小的分析，更重要的是分析酶解后氨基酸的種類和組成變化，活性多肽氨基酸序列等。另外，在不破壞其三維結(jié)構(gòu)的前提下提高得率，酶解產(chǎn)物活性延長(zhǎng)保存等問(wèn)題，都是我們進(jìn)一步研究的方向。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，人們對(duì)健康和美麗的追求日益強(qiáng)烈。豬皮膠原防曬，抗皺，美容養(yǎng)顏，抗氧化等功效備受青睞，其高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能特性及其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。

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Research progress in high performance exploitation of pigskin collagen

YU Dong-hua1，2，XU Zhi-hong1，*，WEI Zhen-cheng1
（1.Key Laboratory of Functional Food，Ministry of Agriculture，Bio-technology Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510610，China；2.Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China）

The structure，nutritional ingredient and the common edible methods of pigskin were introduced，research actuality and high performance exploitation of pigskin collagen by enzyme method，including degree of hydrolysis of pigskin with using different enzymes and different characteristics of the products were summarized.Lastly，some problems were proposed and the prospects were given.

pigskin；collagen；enzymolysis

TS201.2+1

A

1002-0306（2011）02-0359-04

2009-12-09 *通訊聯(lián)系人

余東華（1984-），男，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2008BAD91B03）；廣東省攻關(guān)計(jì)劃（2009A08029001，0711224900012）。