林述榮，陳 貝，王 勤，吳靖娜，蘇永昌，許 旻，陳清西*，劉智禹*

(1.廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 廈門 361102； 2.福建省水產(chǎn)研究所，福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點實驗室， 福建省海洋生物資源開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 廈門 361013)

膠原作為人體內(nèi)含量豐富的一種蛋白質(zhì)，在醫(yī)藥、食品、美容和化妝品等領(lǐng)域上都有廣泛的應(yīng)用。隨著社會的發(fā)展，膠原需求量急劇上升，膠原安全性問題越來越引起人們的重視，其中膠原制備方法備受關(guān)注。人們對膠原的結(jié)構(gòu)探索和認(rèn)識經(jīng)歷了從淺到深的過程。由于膠原極難溶解，致使長期以來人們都未能制備得到膠原。直到1900年法國研究人員發(fā)現(xiàn)膠原可以溶于稀醋酸中，從此拉開了膠原制備歷史序幕。本文詳細(xì)介紹了膠原的七種制備方法，通過對比，明確了每種制備方法的優(yōu)缺點。為了提高膠原的提取率，通?？梢詫追N方法相結(jié)合。目前，全世界對于膠原研究的重心逐漸從陸生生物轉(zhuǎn)移到了海洋生物，這對提高我國水產(chǎn)品加工利用率和水產(chǎn)品加工技術(shù)水平具有重要意義。

1 膠原、明膠及膠原多肽的區(qū)別

膠原、明膠、膠原多肽是三個極易混淆的名詞，三者均可從動物的皮膚、骨骼、筋腱等組織中提取制備。膠原是存在于動物組織器官中的一類具有生物活性的三股螺旋結(jié)構(gòu)的天然大分子蛋白[1-3]。在動物體內(nèi)，膠原含量尤其豐富。作為一種重要的結(jié)構(gòu)蛋白，膠原占人體總蛋白的四分之一以上，占皮膚干重的四分之三，也是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(ECM)中最主要的成分之一[4]。膠原主要作用是支撐器官、保護(hù)機(jī)體。除此之外，很多動物體內(nèi)的蛋白質(zhì)都含有膠原結(jié)構(gòu)域[5-6]。膠原只能被膠原酶酶解，其他蛋白酶對膠原均無作用。膠原不溶于水，穩(wěn)定性較差，極易受pH、溫度和一些變性劑的影響[7]。從結(jié)構(gòu)上看，膠原是三條α肽鏈以共價鍵連接的大分子蛋白質(zhì)。而從性能上，膠原能成膜，具有優(yōu)良的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度，具有其他材料無法比擬的生物活性、生物相容性和可降解性[8]。

明膠是膠原在劇烈的外部因素作用下，造成膠原的共價鍵和氫鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)中三股螺旋解旋變成的無規(guī)則卷曲的變性產(chǎn)物[9]，如高溫、酸和堿等均會使得膠原變性成明膠。明膠的氨基酸組成和膠原是相同的，由18 種氨基酸組成，其中脯氨酸和羥脯氨酸的含量占大部分，同樣具有良好的生物相容性。但明膠已經(jīng)沒有了棒狀三螺旋空間結(jié)構(gòu)，只剩下類三螺旋結(jié)構(gòu)，依賴分子內(nèi)氫鍵和氫鍵水合維持，喪失了生物活性，能被蛋白酶所酶解。明膠的相對分子質(zhì)量分布比膠原更寬，一般為15 000～250 000 Da。干燥明膠具有很強(qiáng)的吸水性，會吸水溶脹，因此儲存時要格外注意防潮。明膠不溶于冷水，但加熱可使其溶解，是一類熱可溶的蛋白質(zhì)混合物。待冷卻后，明膠水溶液會形成凝膠，成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上看，明膠是共價鍵幾乎全被打斷，只剩下一些次級鍵；而從性能上，明膠也能成膜、成凍，但膜性脆，強(qiáng)度比膠原膜差[10]。

膠原多肽是膠原在水解過程中，三螺旋結(jié)構(gòu)被徹底打開，形成三條獨立的肽鏈，并降解成相對分子質(zhì)量從幾千到幾萬成分復(fù)雜的多肽混合物[11]。膠原多肽分子量分布范圍比明膠更廣，同時也不具有生物活性，可溶于冷水或熱水，擁有良好的吸濕性和保水性，能被蛋白酶所酶解，消化吸收性好[12]。廣泛意義上，明膠也屬于膠原多肽，但是膠原多肽分子量低于明膠，肽鏈之間也缺少某些氫鍵。從結(jié)構(gòu)上來看，膠原多肽已經(jīng)完全不被共價鍵和次級鍵束縛，而從性能上，膠原多肽無法成膜。

2 膠原的結(jié)構(gòu)

1940年，Astbury 和Bell提出膠原分子是由一個單一的多肽鏈延伸與酰胺鍵的順式構(gòu)象。1951年，美國國家科學(xué)院學(xué)報發(fā)布了膠原研究的新發(fā)現(xiàn)，膠原主要由α螺旋和β折疊組成，隨后Pauling和Corey兩位科學(xué)家很快就發(fā)現(xiàn)了膠原之間的三條多肽鏈?zhǔn)峭ㄟ^氫鍵連接在一起的，并且相互擰成空間螺旋結(jié)構(gòu)[13]。在1954年，Ramachandran 和 Kartha 發(fā)現(xiàn)膠原是由左手PPII螺旋和三交錯的右旋三螺旋結(jié)構(gòu)所構(gòu)成[14]。直到1955年，Rich、Crick、North提出了目前公認(rèn)的膠原結(jié)構(gòu)，即為3條左手螺旋的α肽鏈以氫鍵結(jié)合形成牢固而穩(wěn)定的右手超螺旋結(jié)構(gòu)[15-16]。

膠原一級結(jié)構(gòu)的特點是肽鏈上每隔兩個氨基酸就有一個甘氨酸出現(xiàn)，具體可表示成Gly-Pro-HyP、Gly-Pro-X 和Gly-Y-X(X、Y 為其他氨基酸)，三肽重復(fù)性排列形成肽鏈[17-18]。一般情況下，隨著膠原結(jié)構(gòu)中羥脯氨酸含量的增加，膠原的三螺旋空間結(jié)構(gòu)也更穩(wěn)定[19]。多肽主鏈骨架的一些肽段通過有規(guī)律的排列形成了膠原特有、緊密的右手螺旋，即膠原的二級結(jié)構(gòu)。膠原以共價交聯(lián)的方式形成膠原微纖維。肽鏈上X 殘基的 O-H 基團(tuán)與甘氨酸中的N-H 基形成穩(wěn)定的氫鍵，促進(jìn)了膠原三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[20]。膠原中具有三級空間結(jié)構(gòu)的多肽按照一定的方式相互接觸形成更高層次的立體蛋白質(zhì)分子，這就是所謂的膠原四級結(jié)構(gòu)。膠原之所以具有很強(qiáng)的抗張強(qiáng)度和韌性主要是由于膠原氨基酸組成的獨特性以及肽鍵之間特殊的作用[21]，這些良好的性質(zhì)使得膠原在多個領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。

脊椎動物體內(nèi)含有至少46種不同肽鏈組成的膠原，膠原的種類共28種，包括Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型膠原等。不同類型膠原的主要區(qū)別在于分子中非螺旋部位的范圍和分布，這些結(jié)構(gòu)差異造就了不同類型膠原易變性和生物物理特性的差異[22]。膠原通常由3條α肽鏈組成，而這3條α-鏈并不全是相同的。例如，Ⅰ型與Ⅱ型在亞單位組成上是不同的，Ⅰ型膠原組成為[α1(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)，還有少數(shù)為[α1(Ⅰ)]3，而Ⅱ型膠原組成為[α1(Ⅱ)]3，并且二者在氨基酸的組成上也略有差異，二者賴氨酸和羥賴氨酸含量之和是相當(dāng)?shù)?，但Ⅱ型膠原的羥賴氨酸含量比Ⅰ型膠原更高，這是由于Ⅱ型膠原的含糖量是Ⅰ型膠原的十倍，而膠原中賴氨酸羥基化是其糖化的先決條件。在眾多膠原中，只有十分之一的膠原屬于非成纖維膠原，其余的膠原都屬于成纖維膠原。成纖維膠原主要參與構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)的纖維成分，例如Ⅰ型膠原是成纖維膠原，主要分布于皮膚、肌腱、骨、牙等部位，起維持皮膚彈性和骨結(jié)構(gòu)完整等作用。Ⅱ型膠原是成纖維膠原，分布于軟骨、玻璃體、椎間盤和髓核等，具有保濕、美白的功效。Ⅲ型膠原是成纖維膠原，主要分布于血管、皮膚、肌肉和胚胎真皮等，對維持血管的強(qiáng)度和彈性具有重要作用[23]。

3 膠原的制備方法

由于膠原是一種纖維狀蛋白，并能與體內(nèi)的蛋白多糖、糖蛋白等成分結(jié)合，這些都使得膠原很難溶解于一般的溶液。早期學(xué)者把膠原定義為一種不溶性蛋白，直到1990年法國研究人員發(fā)現(xiàn)膠原可以溶于稀醋酸。膠原的制備原理均是通過改變膠原所在的環(huán)境，利用膠原與其他蛋白質(zhì)的不同特性進(jìn)行分離。根據(jù)制備膠原的介質(zhì)不同，制備方法大致分為以下幾大類：酸制備法、酶制備法、堿制備法、熱水制備法、中性鹽制備法、微波制備法和超聲制備法[24]?？墒敲糠N方法均存在一定的缺陷。酸制備法能較好地保留膠原的空間三螺旋結(jié)構(gòu)，但所需時間長，效率低，在大量生產(chǎn)時產(chǎn)生的廢液對環(huán)境將造成嚴(yán)重的污染。酶制備法提取率高，但酶制備法的蛋白酶會切斷膠原的非螺旋端肽，這必然對一些膠原的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。堿制備法雖然效率高，但可能會產(chǎn)生消旋作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變異，得到旋光性化合物，而且膠原的肽鍵和氨鍵水解，最終得到的不是完整的膠原分子。熱水制備法由于本身溫度高，可能會致使部分膠原變性。中性鹽制備法會對膠原的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，后期除鹽將會導(dǎo)致膠原大量損失。微波制備法會使得膠原結(jié)構(gòu)變得松散，也會導(dǎo)致部分膠原變性成膠原多肽。超聲制備法在溶液中產(chǎn)生的自由基對于膠原纖維結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)重的破壞作用。酸制備法和酶制備法對膠原的影響最小，也是最常用的兩種方法[25]。要克服其中某種方法的缺陷，膠原的制備通常是將幾種方法相結(jié)合。

3.1 酸制備法

酸制備法是利用低離子濃度酸性條件破壞膠原分子間的鹽鍵和希夫鍵以及不同蛋白質(zhì)分子之間的氨鍵，使得膠原膨脹、溶解，使未交聯(lián)的膠原溶解于溶液中[26]。鹽酸、乙酸、檸檬酸和甲酸等都是常見的制備介質(zhì)，其中最常用和有效的介質(zhì)為乙酸[27]。通常在4 ℃低溫環(huán)境下將原料浸泡于0.5 mol/L的乙酸環(huán)境中進(jìn)行持續(xù)攪拌制備。利用酸制備法提取的膠原通常稱為酸溶性膠原(Acid-solubilized collagen，ASC)[28]。由于酸制備法提取的過程并沒有經(jīng)歷劇烈的變化，外部環(huán)境一直相對溫和，因此得到的酸溶性膠原在最大程度上保留了天然的三螺旋結(jié)構(gòu)。張鳳春等[29]采用酸制備法從林蛙皮中制備膠原，結(jié)合Design Expert軟件分析預(yù)測和實際提取優(yōu)化，確定了最佳工藝：時間300 min，鹽酸濃度0.16 mol/L，料液比1∶18，并發(fā)現(xiàn)林蛙皮的膠原穩(wěn)定性更好，其變性溫度要高于豬皮膠原和牛皮膠原Lodhi[30]等從鹿的皮膚中制備酸溶性膠原和胃蛋白酶溶性膠原，用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳、氨基酸組成分析、肽水解模式、熱變性溫度、差示掃描量熱法、傅立葉變換紅外光譜和核磁共振成像對兩種膠原進(jìn)行表征，胃蛋白酶溶性膠原(9.62%)的產(chǎn)率略高于酸溶性膠原(2.24%)(膠原干基/鹿皮干基)，但二者在結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性等理化指標(biāo)方面都極其相似。Veeruraj等[31]用酸制備法從魷魚皮中制備膠原，得率為56.80%(膠原干基/魷魚皮干基)，通過紫外表征和紅外表征，驗證了所提取的酸溶性膠原完整保留了膠原的天然結(jié)構(gòu)，并用SDS-PAGE電泳驗證了所提取的膠原為標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ型膠原。

3.2 酶解制備法

酶解制備法利用蛋白酶對膠原進(jìn)行限制性酶解。膠原分子末端的賴氨酸或羥賴氨酸相互作用形成膠原肽鏈間的共價交聯(lián)鍵，當(dāng)?shù)鞍酌笇⒛z原端肽切斷后，膠原主體仍相互連接，此時膠原可溶解于低濃度有機(jī)酸或者中性溶液中[32]。由于蛋白酶具有專一性和高效性，使得酶制備法成為目前使用最為廣泛的膠原制備方法。為了提高膠原的得率，一般先利用酸制備法制備可溶性膠原，而后再用酶制備法進(jìn)一步制備非可溶性膠原。通常使用的酶包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶、菠蘿蛋白酶和木瓜蛋白酶等[33]，其中胃蛋白酶最為常用。胃蛋白酶具有水解速度快，且制備的膠原純度高、更易溶解和理化性質(zhì)穩(wěn)定等特點，但制備過程需在低溫環(huán)境中，在一定程度上降低了酶的活力。胃蛋白酶只對非螺旋區(qū)催化水解，對螺旋區(qū)并不會產(chǎn)生任何作用，因而得到的膠原將會保持完整的三螺旋結(jié)構(gòu)[34]，但是抗原性會有所降低，因此其更多用作醫(yī)用生物材料及原料。劉迪等[35]采用正交試驗法優(yōu)化酶制備法提取豬跟腱膠原工藝，發(fā)現(xiàn)在最佳工藝條件下，每百克脫脂豬跟腱可獲得45.8 g膠原，為豬跟腱膠原進(jìn)一步的應(yīng)用提供基礎(chǔ)與理論依據(jù)。Tan等[36]采用酸提取法、勻漿輔助法和胃蛋白酶輔助提取法三種方法制備鯰魚魚皮中的膠原，其中胃蛋白酶輔助提取法獲得的蛋白質(zhì)回收率64.19 %(蛋白質(zhì)干基重量/鯰魚魚皮干基重量)最高，且胃蛋白酶輔助提取法在時間和溶劑的用量更少，對食品工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展更為實用。Mohammadi等[37]采用響應(yīng)面法研究提取工藝參數(shù)對蛋殼膜胃蛋白酶溶性膠原的影響,在最優(yōu)提取工藝條件下，膠原的提取率為30.049%(膠原干基重量/蛋殼膜干基重量)。

3.3 堿制備法

堿制備法是利用氫氧化鈣、氫氧化鈉等堿性試劑在特定的外界環(huán)境條件下制備膠原。劉小嶺等[38]采用氫氧化鈉溶液從榆耳中提取膠原，并測定其乳化能力指數(shù)、乳化穩(wěn)定指數(shù)、吸水性、保水性、吸油性等食品功能特性。當(dāng)膠原處于堿性環(huán)境下時，易造成膠原的肽鍵和氨鍵水解，羥基以及巰基的氨基酸成分被破壞，致使三股螺旋結(jié)構(gòu)遭到破壞[39]，因此得到的堿性水解產(chǎn)物分子量低，而且這個過程會產(chǎn)生 DL-型氨基酸消旋混合物，即旋光性化合物[26]。這是因為不對稱碳原子經(jīng)過對稱狀態(tài)中間階段就會產(chǎn)生消旋現(xiàn)象，并轉(zhuǎn)變?yōu)長-型和D-型等摩爾混合物。眾所周知，部分D-型氨基酸具有毒性，并可能有致畸和致突變等負(fù)面作用。而且若L-型氨基酸含量低于D-型氨基酸，D-型氨基酸則會抑制L-型氨基酸的吸收[40]。因此堿法制備膠原副產(chǎn)物較多，膠原的純度較低。溫慧芳等[41]研究了料液比、溫度和時間對鮰魚皮制備膠原效果的影響，并與正交設(shè)計相結(jié)合，優(yōu)化了堿法制備膠原的最佳工藝，最終膠原的提取率為79.67%(膠原干基含量/魚皮中干基膠原含量)；并利用HPLC證實了該法制備的是膠原多肽。目前有關(guān)單獨采用堿法制備膠原的報道較少，通常只是用堿法對魚皮進(jìn)行前期處理以除去雜蛋白。

3.4 熱水制備法

膠原不溶于冷水，但加熱會增加其溶解性。熱水制備法是魚皮經(jīng)過前期處理去除脂肪和雜蛋白后，在特定的環(huán)境下用熱水抽提得到水溶性膠原的方法。熱水法具有操作快速、簡單和乳化穩(wěn)定性好等特點[42]。趙睿等[43]用熱水法從鱈魚皮中制備膠原，由響應(yīng)面法得到最優(yōu)制備工藝：溫度42℃、時間25.72 h、pH值5，最終提取率高達(dá)83.75%(膠原質(zhì)量分?jǐn)?shù)/魚皮中蛋白質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù))。為了彌補(bǔ)制備方法的不足，熱水抽提法一般會與其他方法相互結(jié)合使用。如與酸制備法相結(jié)合，通過酸的處理，原料中的膠原纖維會溶脹，此時再加熱抽提，膠原得率將會大幅度提高，克服了酸制備法提取時間長和得率不高的問題[44]。但熱水法可能會破壞膠原分子的部分酰胺鍵，并將膠原分子間和分子內(nèi)的氫鍵以及部分共價鍵斷開，使得膠原轉(zhuǎn)化為無規(guī)則卷曲狀態(tài)，不再具有三螺旋空間結(jié)構(gòu)，致使產(chǎn)物中部分膠原變成膠原多肽或明膠。所得產(chǎn)物的分子量分布范圍在10～1 000 000 Da，具有較高的溶解性，但不再具備膠原的功能，因此不能應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)材料。黃雯[45]利用 Box-Behnken 模型對熱水法抽提斑點叉尾鮰魚魚皮膠原的制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，最佳工藝為溫度 100 ℃、pH 6、料水比 1∶10，膠原得率提高到17.59 %(膠原干基/魚皮干基)，最后證實所提取的膠原實際已變性為明膠了。實際中，若需要對膠原進(jìn)行酶解得到小分子量膠原多肽混合物，可優(yōu)先用熱水法制備，再用蛋白酶進(jìn)行酶解，可最大程度提高效率。

3.5 中性鹽制備法

中性鹽制備法是通過在溶液中加入一定的鹽，使得環(huán)境條件達(dá)到足夠的中性鹽濃度，原料中的鹽溶性膠原便可溶解。所使用的鹽主要有氯化鈉、氯化鉀、乙酸鈉、Tris-HCl、檸檬酸鹽、鹽酸-三羥甲基胺基甲烷等[46]。其中某些鹽對膠原的穩(wěn)定性有促進(jìn)作用，而有些鹽則會使膠原的穩(wěn)定性下降，這將不利于天然膠原的制備。Elstow等[47]用中性鹽溶液從胎牛皮膚中制備得到膠原，并證實其為V型膠原。最常用中性鹽為氯化鈉，一般濃度為0.15～1.00 mol/L。若鹽濃度太低，膠原的溶解性較差。但過高的鹽濃度，不利于膠原分子保持完整的空間結(jié)構(gòu)以及其構(gòu)象的穩(wěn)定性，而且在后期除鹽過程中將損失大量的膠原[48]。膠原的交聯(lián)度越低，用中性鹽溶液制備得到的膠原量越多。因此一般用中性鹽制備動物組織中新生成的膠原，而不會用該方法對成年動物高交聯(lián)度的組織進(jìn)行提取[49]。Gross[50]研究發(fā)現(xiàn)在生長、哺乳期豚鼠皮膚中，中性鹽可提取的膠原總量約占真皮膠原的10%。由于膠原也屬于蛋白質(zhì)，在制備過程易造成其變性，因此通常在低溫環(huán)境中制備膠原，對于不同類型的膠原，可通過不同鹽濃度將其分離制備[51]。曹慧等[52]采用響應(yīng)面分析法對酶解液中Ⅱ型膠原的鹽析條件進(jìn)行優(yōu)化，最終確定最優(yōu)工藝：溫度22.3℃、時間31.08 h，NaCl濃度3.5 mol/L，最后Ⅱ型膠原回收率為90.88%(鹽析后Ⅱ型膠原干基質(zhì)量/鹽析前Ⅱ型膠原干基質(zhì)量)。

3.6 微波制備法

微波具有一定的破壁功效，加之較強(qiáng)的局部熱處理將膠原的三維螺旋結(jié)構(gòu)松散化，從而使膠原更易溶解出來。結(jié)構(gòu)松散化也為酶解反應(yīng)提供了更多的酶解位點，使酶解效率提高。馮遠(yuǎn)[53]采用微波輔助酶解法制備魚鱗中的膠原，發(fā)現(xiàn)微波預(yù)處理40 s效果最好，膠原提取率比未經(jīng)微波處理的酶解組提高了15.6%。短時間低溫微波處理可減少溶劑的使用量，提高分離效率，而長時間微波處理會導(dǎo)致部分有效蛋白質(zhì)損失。閔瑞[54]發(fā)現(xiàn)微波輔助酶解對于提高膠原的水解效率具有十分顯著的作用，與常規(guī)單獨酶解方法相比，微波輔助酶解反應(yīng)時間縮短了約50 %，但微波輔助酶解使膠原肽相對分子質(zhì)量小于1 kDa的比例增加了。當(dāng)從動物皮中制備膠原時，即使是在低溫環(huán)境下制備，在微波處理結(jié)束后動物皮表面也會出現(xiàn)失水收縮現(xiàn)象，這是由于水分的散失致使膠原分子肽鏈間氫鍵斷裂。此時膠原就變性成可溶性膠原多肽。因此再用其他方法制備膠原，必將造成大量膠原的損失，而膠原得率也將大大降低。故到目前為止，很少有人利用微波來制備膠原。

3.7 超聲制備法

超聲波的空化效應(yīng)和微射流效應(yīng)對于原料和溶液之間的充分接觸有促進(jìn)作用，同時超聲波在溶液中產(chǎn)生的自由基對于膠原纖維結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)重的破壞作用，使膠原三維螺旋結(jié)構(gòu)不再緊湊，成為松散的狀態(tài)，有利于膠原的溶解[55]。短暫的低溫超聲不影響膠原的熱穩(wěn)定性和物理化學(xué)性質(zhì)，但超聲時間過長將會嚴(yán)重影響膠原的生物活性[56]。鄒燁等[57]發(fā)明公開了一種超聲波酶法從中華鱉裙邊中制備膠原的方法，通過超聲波促進(jìn)I型膠原的提取，大大縮短了提取時間，降低了能量消耗。張曉潔等[58]采用超聲輔助從兔皮膚中制備胃蛋白酶溶性膠原，結(jié)果表明，超聲輔助提取的膠原得率為(83.69±0.51)%(膠原干基/兔皮干基)，比對照組提高了25 %；傅立葉變換紅外光譜顯示部分氫鍵被破壞，但膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)在超聲后仍然保持完整。

4 膠原制備研究方向發(fā)展趨勢

膠原的制備通常是從一些廉價的動物皮膚中提取，例如豬皮、牛皮等。由于陸生動物皮更易獲得，價格也更加廉價，所以目前陸生哺乳動物仍是制備膠原最為主要的來源。但由于陸生動物來源膠原的安全性問題以及為了拓寬膠原來源渠道等原因，全球都將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了兩棲水生動物膠原和水產(chǎn)動物膠原[59]。

海洋生物膠原是一個重要的膠原替代來源[60-61]。海洋生物來源廣、價格低，沒有宗教信仰的限制，傳染性疾病風(fēng)險低，具有許多陸生哺乳動物不具備的優(yōu)點[62]。眾所周知，膠原主要來自動物皮膚，而在某些魚類中，魚皮甚至能占到魚類總體重的20%[63]。魚皮蛋白在魚類機(jī)體中含量最為豐富，其中80%以上的蛋白為膠原，主要以纖維狀膠原為主，含有少量的球蛋白、彈性蛋白等[64]。這些蛋白具有高度分散性、吸水性、凝膠性等特點[65]。世界上每年無法加工成食品的魚類廢棄物達(dá)到萬噸，所以世界各國對于利用魚類廢棄物進(jìn)行生產(chǎn)膠原的研究早在20世紀(jì)中旬就已經(jīng)開始了。我國近年來對魚類膠原制備也進(jìn)行了更加深入的研究。李杰等[66]探究了魚皮膠原纖維重組構(gòu)建納吸棉的工藝條件，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化得到的纖維重組率高達(dá)68.6%，在此基礎(chǔ)上制備的納吸棉具有細(xì)線狀纖維構(gòu)成的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是一種性能優(yōu)良的腔內(nèi)止血材料。Chen等[67]采用超濾分離從紅鼓魚鱗片中制備I型胃蛋白酶溶性膠原的方法較傳統(tǒng)透析鹽析法的效果更為靈活、高效，滿足了食品和保健品行業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的需要。綜合利用水產(chǎn)品加工廢棄物，制備海洋源膠原，不僅可克服陸生動物膠原的缺陷，而且能夠充分利用資源，這對我國實現(xiàn)水產(chǎn)動物資源的高值化利用，促進(jìn)漁業(yè)長足發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。