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乳制品中膠原蛋白檢測(cè)方法的研究

2018-01-28 14:29:51李春梅侯典朋王丹任璐瑤沈思宇
中國(guó)乳品工業(yè) 2018年4期
關(guān)鍵詞:羥脯氨酸檢測(cè)法膠原蛋白

李春梅,侯典朋,王丹,任璐瑤,沈思宇

(1.黑龍江省綠色食品科學(xué)研究院,哈爾濱 150028;2.黑龍江東方學(xué)院食品工程,哈爾濱 150066;3.吉林大學(xué)食品加工與安全,長(zhǎng)春 130012)

0 引 言

近些年來(lái),隨著膠原蛋白提取技術(shù)的發(fā)展,膠原蛋白越來(lái)越受到普通大眾的關(guān)注。作為生物體內(nèi)含量最多的一種蛋白質(zhì),可以應(yīng)用到乳及乳制品、保健品、化妝品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,應(yīng)用范圍多樣化導(dǎo)致其有很好的發(fā)展前景。膠原蛋白是一種不透明、白色、無(wú)支鏈的纖維蛋白質(zhì),分布在動(dòng)物全身各個(gè)組織器官,如骨骼、韌帶、皮膚、軟骨等,約占總蛋白質(zhì)的25%~35%[1-2]。膠原蛋白的氨基酸組成因來(lái)源和蛋白質(zhì)類(lèi)型不同而有所差異[3],但大致的氨基酸組成相同,羥脯氨酸是膠原蛋白特有氨基酸,用羥脯氨酸的量乘以相對(duì)應(yīng)的換算系數(shù)就得到膠原蛋白的含量[4]。近年來(lái),市面上的膠原蛋白產(chǎn)品琳瑯滿目,膠原蛋白在乳制品方面應(yīng)用的也很廣,乳制品中蛋白的檢測(cè)主要方法是國(guó)標(biāo)的凱氏定氮法,但是對(duì)于乳制品中膠原蛋白的檢測(cè)還未有標(biāo)準(zhǔn),因此根據(jù)市場(chǎng)的需求研究開(kāi)發(fā)一種膠原蛋白的檢測(cè)方法是具有十分重要的意義。

1 膠原蛋白

1.1 膠原蛋白的種類(lèi)

目前已發(fā)現(xiàn)27種不同類(lèi)型的膠原蛋白,依照發(fā)現(xiàn)的先后順序采用羅馬數(shù)字命名為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型膠原蛋白等,其中含量最多的以Ⅰ型膠原蛋白為主,占全部膠原蛋白含量的90%以上[5-6]。按構(gòu)成組織可分為纖維狀膠原、軟骨質(zhì)膠原、玻璃狀膠原、彈性膠原等[7]。根據(jù)在體內(nèi)的功能和散布特點(diǎn),可將膠原蛋白分成間質(zhì)膠原、基底膜膠原、細(xì)胞外周膠原。

1.2 膠原蛋白的來(lái)源

膠原蛋白的來(lái)源很多,以前主要來(lái)源于豬、牛的皮和骨骼等。但由于瘋牛病、口蹄疫爆發(fā),開(kāi)始采用魚(yú)的骨、鱗、皮作為制備膠原蛋白的主要原料[8-10]。人們也開(kāi)始從其他加工副產(chǎn)物中提取膠原蛋白,如Cli?che J[11]利用胃蛋白酶對(duì)雞皮進(jìn)行消化處理得到膠原蛋白,結(jié)果可以獲得純度為74.4%的Ⅰ型膠原蛋白。李小勇等人按GB9695.23-90《肉和肉制品中L(-)-羥脯氨酸含量測(cè)定》從豬肺中提取出HYP,通過(guò)轉(zhuǎn)換系數(shù)最后得出膠原蛋白含量在3.0%~3.2%之間。

1.3 膠原蛋白的應(yīng)用

膠原蛋白可用于純牛奶、酸奶、中性奶飲料等液態(tài)乳制品中,不但保持原有的各種生理功能,還對(duì)乳制品品質(zhì)有一定的改善作用[12]。在褐色乳飲料中添加膠原蛋白具有乳化穩(wěn)定、提高口感和改善風(fēng)味的作用。Riichiro O[13]在保健品中加入了膠原蛋白,能非常有效地增加皮膚組織細(xì)胞的儲(chǔ)水能力,加強(qiáng)和維持肌膚良好的彈性、增加肌膚的韌性、延緩肌體的衰老。膠原蛋白具有良好的生物學(xué)特性,可用于組織修復(fù)、創(chuàng)傷、燒傷等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[14-15],如Rafiuddin M等人[16]通過(guò)膠原蛋白研制成的交聯(lián)管狀神經(jīng)導(dǎo)管成功實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)再生。膠原蛋白同樣也具有生物相溶性、生物降解性、細(xì)胞適應(yīng)性、細(xì)胞增殖作用及促進(jìn)血小板凝聚等生物學(xué)性質(zhì)[17]。

2 膠原蛋白檢測(cè)方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 分光光度法

分光光度法是利用物質(zhì)對(duì)某種光的波長(zhǎng)具有選擇性吸收的特性,來(lái)對(duì)物質(zhì)本身進(jìn)行定性以及定量分析的方法。此方法應(yīng)用范圍廣泛,對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備要求較低,可以在普通實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)應(yīng)用,但是特異性、靈敏度和準(zhǔn)確性相對(duì)較差,測(cè)量結(jié)果也容易受多種因素的影響。Heng-bin G[18]用分光光度法檢測(cè)魚(yú)皮中膠原蛋白的含量,結(jié)果表明不同魚(yú)皮的膠原蛋白含量不同。此方法可以用來(lái)測(cè)定魚(yú)皮中膠原蛋白含量,以便于魚(yú)皮中膠原蛋白的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用。Lins[19]依據(jù)膠原蛋白水解的游離氨基酸中特有的HYP,測(cè)定其含量以計(jì)算膠原蛋白的含量,但其水解和衍生過(guò)程繁瑣且HYP含量隨生長(zhǎng)期不斷變化,所以不是所有來(lái)源的膠原蛋白都有確定的轉(zhuǎn)換系數(shù)。張笑通過(guò)分光光度儀對(duì)乳制品中的羥脯氨酸含量進(jìn)行測(cè)定,從而得知乳制品中是否添加了水解蛋白。

2.2 液相色譜法

高效液相色譜在實(shí)驗(yàn)室已越來(lái)越普及,具有靈敏度高、重現(xiàn)性好,適用樣品范圍廣等特點(diǎn),但是樣品需要衍生,步驟繁瑣易造成衍生不完全的情況發(fā)生。Nagai T[20]等人為提高水產(chǎn)品中膠原蛋白的利用率,采取柱前衍生-高效液相色譜法對(duì)鯽魚(yú)不同組織中的L-羥脯氨酸含量進(jìn)行檢測(cè),此方法可應(yīng)用于不同水產(chǎn)品的組織中膠原蛋白的定量分析。Green GD[21]從膠原蛋白的組織提取物或溶液中測(cè)定羥脯氨酸的含量,最后得到膠原蛋白的濃度。Hu H等[22]為了區(qū)分醬油中是否添加酸水解蛋白液,通過(guò)液相色譜法檢測(cè)醬油樣品中HYP含量,在波長(zhǎng)360 nm下檢測(cè),HYP的峰面積和質(zhì)量濃度在10~320 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)為0.9992,回收率為97.2%~110.2%,LOD為2.5 mg/L。因此得出,如果在醬油中檢測(cè)有HYP的存在,說(shuō)明在醬油樣品中添加了水解植物蛋白或水解動(dòng)物蛋白。高效液相色譜法同樣也適用于乳及乳制品中羥脯氨酸的檢測(cè),姜維等將乳制品中的膠原蛋白水解成HYP等氨基酸混合物,測(cè)定混合氨基酸中HYP的含量。

2.3 電泳法

該方法要求羥脯氨酸在柱前具有電活性,所以需將L-羥脯氨酸衍生,使其帶有一定的電荷,再進(jìn)行檢測(cè)。適用于膠原蛋白種類(lèi)的分析分離技術(shù),具有進(jìn)樣量少、分辨率高、絕對(duì)靈敏度高的優(yōu)點(diǎn),但是操作較為繁瑣。Mazorra-Manzano MA等[23]實(shí)驗(yàn)研究開(kāi)發(fā)一種通過(guò)毛細(xì)管電泳(CE)測(cè)定肉制品中羥脯氨酸含量的方法,從而得出膠原蛋白的量。Qiu H[24]等利用凝膠電泳法研究了C射線外照射對(duì)皮膚等組織中膠原代謝指標(biāo)的影響,利用該方法分離出分子量相近的膠原蛋白的含量。ONOUMA等[25]利用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)法測(cè)定黃鰭金槍魚(yú)魚(yú)鰾膠原蛋白的分子量,進(jìn)而推測(cè)膠原蛋白的含量。Liang等[26]以磷酸鹽作為緩沖液,采用電泳法測(cè)定尿液中的HYP,濃度在1.3~262.0mg/L范圍內(nèi)線性良好,回收率為96.4%~101.2%,HYP的LOD為0.5mg/L。

2.4 氨基酸自動(dòng)分析儀法

該方法樣品處理操作簡(jiǎn)單,誤差小和自動(dòng)化程度高,能準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)出膠原蛋白水解物中L-羥脯氨酸的含量,又可同時(shí)測(cè)定出其他16種水解氨基酸,但是此方法成本相對(duì)較高,分析耗時(shí)太長(zhǎng),所以在基層實(shí)驗(yàn)室不好普及。PRABJEET等[27]用氨基酸自動(dòng)分析儀分析了巴丁魚(yú)皮中提取的酸溶性膠原蛋白和酶溶性膠原蛋白的氨基酸組成,從而得知L-羥脯氨酸的含量。Johnson RG[28]快速、準(zhǔn)確地測(cè)定糖胺聚糖(GAG)和膠原蛋白含量,分析了膠原蛋白結(jié)締組織類(lèi)型,從羥脯氨酸和羥賴氨酸值比計(jì)算膠原蛋白含量和測(cè)定膠原蛋白類(lèi)型。Cai M等[29]運(yùn)用氨基酸自動(dòng)分析儀快速測(cè)定牛乳中L-羥脯氨酸的方法,濃度0.05~1.0mmol/L范圍內(nèi)吸收度呈良好線性關(guān)系,平均回收率為91.5%,方法精密度為1.3%,最低檢出限0.66 mg/L。Messia等[30]報(bào)道了利用氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定豬肉及豬肉制品中HYP的含量,方法回收率為97%~104%,RSD小于6.4%,此方法也可用于乳及乳制品中HYP的檢測(cè),最后得出動(dòng)物水解蛋白含量。氨基酸自動(dòng)分析儀法同樣適用于乳與乳制品中是否添加動(dòng)物膠原水解蛋白的鑒定,如曾暖茜等利用氨基酸自動(dòng)分析儀準(zhǔn)確地測(cè)定乳制品中HYP含量,張秀堯?qū)⑷橹破匪崴夂笾苯佑冒被嶙詣?dòng)分析儀檢測(cè)。

2.5 質(zhì)譜檢測(cè)法

此方法流動(dòng)相簡(jiǎn)單,分析時(shí)間短且無(wú)需衍生處理,抗干擾能力強(qiáng),能準(zhǔn)確快速地測(cè)定膠原蛋白的含量,但是儀器設(shè)備昂貴,檢測(cè)成本相對(duì)較高。Zheng YF等[31]通過(guò)高效液相色譜——質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定乳制品中是否摻加了膠原蛋白,可用于質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)的乳制品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)。Nimptsch A等[32]基于質(zhì)譜法是利用酶法將膠原蛋白酶解成多肽片段,Gly-Pro-Hyp是膠原蛋白特異性肽段,對(duì)膠原蛋白進(jìn)行定量分析。Colgravea等[33]用質(zhì)譜檢測(cè)法測(cè)定綿羊半膜肌中的HYP含量,HYP的濃度在4.9~5000 nmol/L范圍內(nèi)線性良好,回收率在90%~108%之間,其LOD為640 mg/L,從而得出綿羊半膜肌中膠原蛋白的含量。質(zhì)譜檢測(cè)法被劉思潔等人制訂為吉林省地方標(biāo)準(zhǔn)(乳與乳制品中羥脯氨酸的測(cè)定DB S22/010-2012),對(duì)乳與乳制品中HYP進(jìn)行檢測(cè)。

2.6 離子色譜法

離子色譜法有分析速度快、樣品用量少、多組分同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn),但是定性分析能力相對(duì)較差,不適合乳與乳制品中膠原蛋白的分析。Avery NC[34]實(shí)驗(yàn)研究利用離子色譜法測(cè)定膠原蛋白的含量,證明膠原蛋白具有一定的支撐作用。Yiping Z等[35]人利用離子色譜法測(cè)定魚(yú)鱗膠原蛋白中L-羥脯氨酸的含量,為工藝研究提供檢測(cè)理論依據(jù),同時(shí)可作為判斷魚(yú)鱗膠原蛋白含量的一個(gè)定量指標(biāo)。

2.7 免疫學(xué)檢測(cè)法

免疫學(xué)檢測(cè)法的原理是通過(guò)抗原和抗體特異性結(jié)合后出現(xiàn)的各種現(xiàn)象,借助電子顯微鏡觀察其結(jié)果,來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行定性及定量檢測(cè)。免疫學(xué)檢測(cè)法包括多種:如酶聯(lián)免疫檢測(cè)法、免疫電鏡法、放射免疫法、PV法[36]、免疫熒光法、免疫印跡法、ELISA間接法測(cè)定Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白、雙抗體夾心ELISA法測(cè)定血清Ⅳ型膠原蛋白。其中ELISA檢測(cè)法比較常用,是將膠原蛋白作為抗原與抗體結(jié)合再與辣根過(guò)氧化物酶(Horse radish peroxidase,HRP)或堿性磷酸酶(Al?kaline phosphatase,AKP)偶聯(lián)的抗體結(jié)合,經(jīng)化學(xué)顯色反應(yīng),檢測(cè)顯色底物的吸光度值即可確定膠原蛋白的相對(duì)含量,但其每一步都需洗滌,過(guò)程較長(zhǎng)并不適于組織分析[37]。

2.8 天狼星紅法

天狼星紅法是通過(guò)天狼星紅可以與膠原蛋白發(fā)生特異性結(jié)合,經(jīng)過(guò)NaoH溶液對(duì)其進(jìn)行洗脫和離心,得到紅色復(fù)合物,通過(guò)分光光度儀測(cè)定吸光度從而確定膠原蛋白含量。Pilar等[38]通過(guò)天狼星紅法評(píng)估組織中膠原蛋白含量,該方法是基于Sirius紅與固定在PVDF膜上的樣品中存在的膠原蛋白的結(jié)合,并且通過(guò)掃描儀和圖像分析軟件確定膠原蛋白含量。此方法需要無(wú)氧介質(zhì)或昂貴的設(shè)備和大樣本的要求,不適合乳與乳制品中水解膠原蛋白和組織分析。

2.9 傳統(tǒng)的干重法

傳統(tǒng)的干重法是將原料進(jìn)行一系列加工處理,從中提取出雜膠原蛋白,經(jīng)凍干得到膠原蛋白,最后測(cè)干重分?jǐn)?shù),過(guò)程非常繁瑣且靈敏度相對(duì)較低[39-40],不適合乳與乳制品中膠原蛋白的檢測(cè)分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái),許多研究人員對(duì)膠原蛋白的檢測(cè)做了深入細(xì)致的研究,總結(jié)出許多不同的方法,每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),現(xiàn)有檢測(cè)乳與乳制品中膠原蛋白的方法都需要一定的儀器設(shè)備,難以滿足現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速檢測(cè),因此將來(lái)需要研制出更加快捷、準(zhǔn)確,經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)手段(如測(cè)試片、試紙條等)。目前所采用的主要方法為高效液相色譜法,該方法國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛,適用于乳制品及膠原蛋白等產(chǎn)品。檢測(cè)膠原蛋白的所有方法都是測(cè)定其中L-羥脯氨酸的含量,再乘以相對(duì)應(yīng)膠原蛋白換算系數(shù),最后得出膠原蛋白的總量。對(duì)于膠原蛋白中含L-羥脯氨酸的比例系數(shù),不同物種互不相同,即使同種生物不同部位也存在差異,導(dǎo)致沒(méi)有一個(gè)規(guī)范的數(shù)值,因此對(duì)膠原蛋白換算系數(shù)引用混亂。根據(jù)相關(guān)資料報(bào)道:豬骨6.12~6.17、豬皮10左右、雞骨6.27~6.30、羊骨6.34~6.35、牛骨6.77左右、牛皮7.94~8.85、深海魚(yú)皮16.67左右、淡水魚(yú)皮10.41~11.36、淡水魚(yú)鱗12.5左右、鱘魚(yú)鰭9.01左右、林蛙皮6.49左右等。所以,尋找更加簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地膠原蛋白檢測(cè)方法應(yīng)為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究方向。

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