楊曉東，張 楊，張 壽，閻向民，李洪波，孫寶忠，雷元華，張松山，謝 鵬，王 煦，胡常紅,

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100089；2.新疆畜牧科學(xué)院畜牧研究所，新疆 烏魯木齊 830000；3.青海大學(xué)，農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810000；4.伊犁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，動(dòng)物科學(xué)系，新疆 伊犁 835100）

膠原蛋白是動(dòng)物體內(nèi)分布最廣，含量最高的功能性細(xì)胞外蛋白，目前發(fā)現(xiàn)的膠原蛋白有29種，分為五大類型[1]。常見的是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V型，其中Ⅰ型最豐富，約占整個(gè)膠原蛋白的80%～90%[2]。而膠原蛋白肽是膠原蛋白經(jīng)酶解和熱水解處理后制成的一種具有三螺旋結(jié)構(gòu)、由2～20個(gè)氨基酸殘基短序列組成的功能性肽類，由三條肽鏈構(gòu)成，每條肽鏈又包含（Gly-X-Y）的重復(fù)序列，X和Y分別是脯氨酸和羥脯氨酸[3]，通過測(cè)定羥脯氨酸含量來計(jì)算膠原蛋白肽得率。

膠原蛋白常常被添加到功能食品和保健品中，但因分子量高，人服用后消化吸收率低，一定程度上限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用[4]，而膠原蛋白肽因?yàn)榫哂休^低分子量和優(yōu)異的水溶性，容易被腸壁吸收，更易發(fā)揮生物功能，近年來漸漸成為食品領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。此外，膠原蛋白肽還具有高度的生物相容性和可降解性，使其擁有優(yōu)越的細(xì)胞調(diào)節(jié)能力；且與人工合成的高分子材料相比，免疫原性低也更容易穿透皮膚組織深層[5]；這些優(yōu)點(diǎn)使得其被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物材料和美容護(hù)膚等領(lǐng)域中。

1 原料來源

膠原蛋白肽大部分從陸生動(dòng)物和水生生物加工后的副產(chǎn)物中提取，少部分從皮革廢棄物中提取。陸生動(dòng)物主要指人工飼養(yǎng)的家畜和特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物，水生生物主要指魚類、海藻、海綿和水母等，皮革廢棄物主要指制革過程中產(chǎn)生的邊角料。目前，按不同原料提取的膠原蛋白肽市場(chǎng)的占比：陸生動(dòng)物>水生生物>皮革廢棄物，近年來，隨著食品健康安全意識(shí)增強(qiáng)，人們意識(shí)到以陸生動(dòng)物為原料來源的膠原蛋白肽，存在疾病安全風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)引發(fā)過敏反應(yīng)，加之一些宗教問題，使得陸生動(dòng)物來源的膠原蛋白肽發(fā)展減慢[5]。而人們普遍認(rèn)為，水生生物膠原蛋白肽受污染小，與畜禽相比疾病和抗生素影響小，是一種相對(duì)安全的產(chǎn)品，所以近年來，以水生生物為原料的膠原蛋白肽發(fā)展迅速（尤其是以深海魚類為原料來源的膠原蛋白肽）[6]。從皮革廢棄物中提取的膠原蛋白肽因?yàn)楹兄亟饘貱r3+，且去除工藝較為復(fù)雜，現(xiàn)在應(yīng)用較少。

1.1 陸生動(dòng)物加工后副產(chǎn)物

我國是世界上最大的家畜養(yǎng)殖國，也是肉產(chǎn)品生產(chǎn)主要消費(fèi)國[7]。在動(dòng)物加工過程中接近40%的畜體部分被認(rèn)為是副產(chǎn)物，傳統(tǒng)的處理方法是深埋填土，小部分焚燒發(fā)電，處理成本高，收益低。如果將其做成附加值更高的膠原蛋白肽產(chǎn)品，既利用了資源，也創(chuàng)造了更高的價(jià)值，獲得高收益。目前，用于制備膠原蛋白肽的動(dòng)物加工副產(chǎn)物主要是牛骨、牛皮、豬骨、豬皮、驢皮、鹿骨、馬骨。牛骨膠原蛋白肽是世界最豐富的食源性膠原，它具有良好的清除自由基和抑制多不飽和脂肪酸氧化細(xì)胞的能力[8]。豬膠原蛋白肽與人類膠原蛋白肽結(jié)構(gòu)相似，一般不會(huì)引起過敏應(yīng)激反應(yīng)[9]。從驢皮制取的驢膠和阿膠因其補(bǔ)養(yǎng)氣血、安胎、提神益志的功效在國內(nèi)市場(chǎng)一直享譽(yù)盛名，其蛋白肽也具有同樣的功效。

1.2 水生生物加工廢棄物

魚類副產(chǎn)物是目前公認(rèn)最安全、最好的膠原蛋白肽原料來源[10]。主要從比目魚、海鰻魚、黃鰭金槍魚、軍曹魚、鯉魚、羅非魚、紅鼓魚、水母、海蜇、海星、墨魚等水生動(dòng)物中提取。魚皮中富含膠原蛋白，膠原蛋白含量占蛋白質(zhì)總含量的80%左右，比魚體其他部位高許多[11]。魚類膠原蛋白肽具有緩解機(jī)體疲勞，增強(qiáng)免疫力等作用，具有良好的開發(fā)利用價(jià)值。目前，有極少數(shù)的報(bào)道稱，服用魚源膠原蛋白肽會(huì)引起極小部分人群過敏反應(yīng)，表現(xiàn)為紅色的褐斑或者紅疹[12]。

1.3 皮革廢棄物

皮革工業(yè)一直存在廢渣、廢水處理難的問題，大量的皮革廢棄物未得到充分利用，造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失。研究報(bào)道，1 t原料皮只有20%～30%被制成成品革，另外的70%～80%變成固體廢棄物[13]。皮革廢棄物通過預(yù)處理和水解就可以得到膠原蛋白，再對(duì)其進(jìn)行水解處理即可得到膠原蛋白肽，而之所以在該行業(yè)沒有大量用于提取膠原蛋白是因?yàn)椋旱谝唬崛〖夹g(shù)不成熟導(dǎo)致提取率相對(duì)較低，且提取出來的膠原蛋白肽重金屬Cr3+超標(biāo)；第二，沒有具體的政策支持；第三，部分企業(yè)因?yàn)楦哳~的廢物處理費(fèi)用以及提取出的膠原蛋白難以找到銷售渠道，所以從利益角度出發(fā)一般不提取。針對(duì)從皮革廢棄物中提取膠原蛋白肽含有重金屬Cr3+超標(biāo)的問題，大量科研者已經(jīng)對(duì)其提取工藝進(jìn)行了不斷優(yōu)化，現(xiàn)在通常采用2種或以上的提取方法相結(jié)合進(jìn)行解決，如酸堿法、堿酶法、堿-超聲波法和酸-堿-氧化法等[14]。

2 提取方法

膠原蛋白肽的提取分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：第一步是對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，目的是凈化原料：去除脂類、雜蛋白和色素。第二步是應(yīng)用物理、化學(xué)、生物酶解的方法，破壞膠原纖維組織，削弱疏水作用力和氫鍵力對(duì)膠原蛋白結(jié)構(gòu)的結(jié)合能力，使得肽鍵水解，最終提取得到膠原蛋白。第三是在膠原蛋白的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行水解/酶解，得到膠原蛋白肽。常見提取方法有酸法、堿法、酶法、水熱抽提、熱壓浸提、中性鹽提取法和微生物發(fā)酵法等。目前，常用酶法提取或者是將以上幾種方法聯(lián)合起來提取膠原蛋白肽[15]。

2.1 酸法提取

酸法中常用低濃度鹽酸、醋酸、檸檬酸等作為提取介質(zhì)。王信蘇等[16]的研究表明，利用不同類型的酸提取草魚魚鱗膠原蛋白肽，提取效果由高到低分別為檸檬酸>乳酸>醋酸。濃度、水解溫度和時(shí)間是酸法提取需要嚴(yán)格控制的三個(gè)因素，為的是避免膠原蛋白肽結(jié)構(gòu)被破壞[17]。但該方法特異性差，使用酸也會(huì)破壞產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，工業(yè)上酸法提取一般溫度都相對(duì)較高，對(duì)設(shè)備的抗腐蝕能力也有相應(yīng)的要求，一定程度上增加了成本，所以該方法現(xiàn)在不常用[18]

2.2 堿法提取

堿法提取也是一種比較簡(jiǎn)單的提取方法，堿法既可以提取也可以修飾蛋白。堿性物質(zhì)通過分解蛋白質(zhì)基質(zhì)，提高蛋白得率，肽得率也相應(yīng)提高。常用的堿提取物質(zhì)是氧化鈣、燒堿、堿石灰等。堿法提取的實(shí)質(zhì)是堿性物質(zhì)破壞含羥基和巰基的氨基酸，導(dǎo)致氨基和羧基之間的酰胺鍵水解，引發(fā)消旋作用[19]。堿法提取膠原蛋白降解為多肽，肽氨基酸可能會(huì)被破壞，會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害物質(zhì)且反應(yīng)進(jìn)程難以控制，現(xiàn)在，在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中很少采用[20]。

2.3 酶法提取

酶法提取是在溶解的骨、皮、殼等中加入某種酶以促使膠原蛋白非螺旋區(qū)段肽鍵降解，該方法可以改善骨源蛋白質(zhì)的質(zhì)量和其功能特性[21]。酶法是生產(chǎn)膠原蛋白肽的重要手段，普遍應(yīng)用在行業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中，常用的酶按來源分為動(dòng)物蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶）、植物蛋白酶（木瓜蛋白酶）、微生物蛋白酶（枯草桿菌蛋白酶），按水溶液中氫離子濃度分：酸性蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶。魏潔瓊等[2]對(duì)牛骨膠原蛋白肽提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)用堿性蛋白酶，在酶添加量為3.0%，酶解時(shí)間為5 h，肽提取率為12.45%。聶凌鴻等[22]在探究鱔魚皮膠原蛋白肽抗氧化性能時(shí)，用堿性蛋白酶在pH9，酶解時(shí)間4 h，酶解溫度45 ℃時(shí)得膠原蛋白肽提取率為13.16%，肽含量為77.70%。邵宏宏等[23]在探究鮟鱇皮膠原蛋白肽自由基清除活性時(shí)，用胃蛋白酶，酶解時(shí)間為5 h，在酶解溫度5 ℃時(shí)得膠原蛋白肽得率為11.46%。

2.4 水熱抽提和熱壓浸提

兩種方法原理都相同，只是施加條件不一樣，是利用加熱、加壓破壞膠原蛋白氨基酸之間的疏水作用力和氫鍵力，使膠原蛋白得以水解，得到肽。最近報(bào)道稱，蛋白質(zhì)在150～190 ℃的區(qū)間內(nèi)，只要溫度升高，蛋白質(zhì)水解程度就會(huì)增大，游離氨基酸增加，膠原蛋白肽得率提高，而在190～240 ℃區(qū)間內(nèi)，蛋白質(zhì)被大量水解為小肽和游離氨基酸[24]。PARK等[25]在190 ℃采用水熱法提取膠原蛋白肽為56.96%。該方法是一種環(huán)保有效提取膠原蛋白肽的方法，其顯著優(yōu)勢(shì)是無毒、安全。

2.5 中性鹽提取法

中性鹽提取法的原理為膠原蛋白在鹽濃度達(dá)到一定程度時(shí)發(fā)生溶解，得到鹽溶性膠原蛋白，再進(jìn)行水解得到鹽溶性膠原蛋白肽[26]。張曉亮等[27]用兔皮為原料，加入中性鹽，攪拌2～3 h后，離心30 min，棄上清液，再加入3%冰醋酸溶液，抽取攪拌過夜，再離心90 min，取上清液即可得膠原蛋白肽。中性鹽常使用的中性鹽有鹽酸-三羥甲基胺基甲烷、氯化鉀、氯化鈉、乙酸鈉、檸檬酸鹽等。該方法制得的膠原蛋白肽為鹽溶性膠原蛋白肽，不同的鹽對(duì)膠原蛋白肽的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不一致，有的提高，有的則降低，所以該方法幾乎不被用來單獨(dú)提取膠原蛋白肽。

2.6 微生物發(fā)酵法

該方法利用微生物在生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的各類酶作用于肽鏈進(jìn)行酶解，制備具有不同功能的生物活性肽[28]。此方法利用微生物代謝的胞外酶，一部分對(duì)膠原蛋白進(jìn)行降解，另一部分轉(zhuǎn)化自身發(fā)生降解或者轉(zhuǎn)化為原料中脂肪，會(huì)產(chǎn)生一定的發(fā)酵香味，提高了肽質(zhì)量[29]。劉喚明等[30]對(duì)羅非魚皮接入枯草芽孢桿菌進(jìn)行發(fā)酵法處理，發(fā)現(xiàn)在羅非魚皮添加量為3%，枯草芽孢桿菌接種量為5%、接種14 h的枯草芽孢桿菌的液體種子，發(fā)酵52 h時(shí)，膠原蛋白肽得率為36.88%。張京樓等[31]發(fā)現(xiàn)用混合菌種（酵母菌、細(xì)菌、霉菌1:2:1的比例添加），發(fā)酵溫度30 ℃的情況下，膠原蛋白肽得率為50.65%。相比于酶法，微生物發(fā)酵法操作復(fù)雜、條件要求高，發(fā)酵過程中由于細(xì)胞代謝，還可能產(chǎn)生細(xì)胞次級(jí)代謝產(chǎn)物污染產(chǎn)品，所以該方法現(xiàn)在還沒有得到推廣應(yīng)用。

2.7 復(fù)合法提取

復(fù)合法就是將不同提取方法聯(lián)合起來，是為了克服單一提取方法提取率太低而得到的一種方法。常見的有酸酶復(fù)合法、酸熱水合法、超聲波輔助法和酸堿酶復(fù)合法等[32]。超聲波輔助酸酶復(fù)合法因其簡(jiǎn)單、快速、安全、經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)點(diǎn)也被大量應(yīng)用于生產(chǎn)中，超聲波能夠破壞膠原纖維組織，促進(jìn)酸和酶處理，加快水解速度，它能保存膠原蛋白肽完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，增加熱穩(wěn)定性，膠原蛋白肽的產(chǎn)量取決于超聲時(shí)間和頻率。周婷等[33]利用Box-Behnken響應(yīng)面法分析試驗(yàn)，采用堿性蛋白酶和超聲波輔助法相結(jié)合的方法對(duì)雞膝膠原蛋白肽進(jìn)行提取，在超聲功率253 W、酶提時(shí)間4 h，膠原蛋白肽得率為42.83%。馮玲玲等[34]以海蜇為原料，采用鹽酸-胃蛋白酶法提取，得蛋白質(zhì)含量73.03%，膠原蛋白的含量為1.96%，占蛋白質(zhì)總量39.22%，之后低溫干燥成膠原蛋白肽。郭宏輝等[35]在探究河豚魚皮膠原蛋白肽的美白功效時(shí)，先對(duì)魚皮進(jìn)行酸堿預(yù)處理，然后用熱水浸提制得膠原蛋白，再用二次酶解法得到膠原蛋白肽，得率明顯提高。通常，復(fù)合法的提取效果整體優(yōu)于單一提取。

3 基于其生理活性的應(yīng)用

3.1 食品工業(yè)

膠原蛋白肽目前在食品中的應(yīng)用主要是在食品添加劑、食品保健兩方面。在肉制品、乳制品、固體飲料、糖果、調(diào)味品、烘培食品中都有相應(yīng)的應(yīng)用。它可以改善食品的口感，增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)，延長(zhǎng)保質(zhì)期和保持顏色[36]。

3.1.1 食品添加劑 膠原蛋白肽被用于添加劑主要是作為增稠劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、澄清劑。常常被添加到乳制品、飲料、罐頭、酒水和面包等產(chǎn)品中。董世榮等[37]將膠原蛋白肽添加到凝固型酸奶中，發(fā)現(xiàn)膠原蛋白肽的添加顯著提高了酸奶的持水能力和pH，降低了酸奶的硬度和膠著性，延長(zhǎng)了酸奶的發(fā)酵時(shí)間。宋維春等[38]將膠原蛋白肽加入運(yùn)動(dòng)飲料中，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)飲料氨基酸含量增加，可以為運(yùn)動(dòng)員提供電解質(zhì)和糖的同時(shí)提供豐富的氨基酸，為運(yùn)動(dòng)員迅速提供能量。張順亮等[39]研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)味蛋白酶解液對(duì)金黃色葡萄球菌有抑菌效果，動(dòng)物復(fù)合蛋白酶、胰蛋白酶對(duì)腸炎沙門氏菌具有抑菌效果，因此將其加入產(chǎn)品中，還有一定的抑菌效果。市場(chǎng)上，牛奶中添加膠原蛋白肽可以抵抗乳清析出，增加免疫力，增加乳品保健功能，例如：三元極致牛奶、伊利營(yíng)養(yǎng)舒化牛奶、蒙牛新養(yǎng)道沁研牛奶；酒水中添加膠原蛋白肽可以去除懸浮物；面包中加入膠原蛋白肽可以增加淀粉熟化程度，使面包質(zhì)地膨松柔軟，增加口感。

3.1.2 食品保健 膠原蛋白肽是小肽類物質(zhì)，其自身含有豐富的氨基酸，也兼?zhèn)涓鞣N營(yíng)養(yǎng)功能，非常適合被用來做功能性營(yíng)養(yǎng)食品的原料。在食品保健方面，膠原蛋白肽主要被用于降低高血壓、補(bǔ)鈣和促進(jìn)腸道吸收。膠原蛋白肽之所以能作為降低高血壓的保健品是因?yàn)樗軌蛞种蒲芫o張素升高，血管緊張素升高是造成血壓升高的最大誘因[40]。人體骨骼中的鈣主要是被膠原蛋白粘合沉積在羥基磷酸鹽中，由此攝入膠原蛋白或者膠原蛋白肽都能促進(jìn)骨膠原蛋白的代謝，減少鈣損失，抑制骨質(zhì)疏松，并且膠原蛋白肽吸收效果更好[41]。膠原蛋白可以給皮膚供給豐富的脯氨酸和羥脯氨酸，而優(yōu)質(zhì)的膠原蛋白肽可以給膠原蛋白的合成提供優(yōu)質(zhì)原料，促進(jìn)人體膠原蛋白的合成，從而促進(jìn)膠原纖維和彈性纖維形成，及時(shí)補(bǔ)充人體損失的膠原蛋白和彈性蛋白，維持皮膚網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加皮膚含水率，而達(dá)到延緩皮膚衰老的效果[42]。

3.2 醫(yī)療

抗氧化性、抗腫瘤活性、抗凝血活性、抗凍活性、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制活性和促細(xì)胞增殖活性是膠原蛋白肽具有的最顯著的生物活性。它制成的膠原蛋白/肽材料擁有極佳的機(jī)械性、低抗原性、生物降解性和自締合性等特性，所以它也被普遍應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)[43]。具體醫(yī)療領(lǐng)域主要是被用于控制肥胖、愈合傷口、治療骨質(zhì)疏松等方面。

3.2.1 控制肥胖 肥胖已逐步成為全世界面臨的一大健康難題，它是由個(gè)體遺傳變異和能量平衡失調(diào)引起的[44]。攝入高純度的膠原蛋白肽（脂肪極低），可以增加飽腹感。VELDHORST等[45]對(duì)24列受試者展開隨機(jī)研究，研究讓他們隨機(jī)吃富含蛋白質(zhì)、膠原蛋白肽和富含色氨酸的膠原蛋白肽的早餐，發(fā)現(xiàn)早餐中10%～25%的能量由膠原蛋白肽或是富含色氨酸的膠原蛋白肽代替，可以減少當(dāng)天午餐的20%熱量，減少40%的食欲。此外，膠原蛋白肽是一種功能性營(yíng)養(yǎng)素，能抑制脂肪細(xì)胞的成脂肪分化，促進(jìn)細(xì)胞代謝，能夠降低高密度脂蛋白、低密度脂蛋白和游離氨基酸含量，導(dǎo)致血脂濃度下降，從而調(diào)控肥胖疾病的發(fā)生[46]。

3.2.2 促進(jìn)傷口愈合 皮膚是人類抵御外界傷害的第一道防線也是最大的器官。自然狀態(tài)下，皮膚能夠自發(fā)愈合，但是速度非常慢，蚯蚓和壁虎是自然界最常見的強(qiáng)自愈能力的生物。膠原蛋白肽能夠治愈傷口的宏觀機(jī)理是增強(qiáng)成纖維細(xì)胞的向傷口遷移能力[47]。為弄清楚膠原蛋白肽愈合傷口的分子機(jī)制，DU等[48]將皮膚創(chuàng)傷的小鼠皮下包埋蚯蚓膠原蛋白肽作為實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組為包埋聚琥珀酸丁二酯以及不予以處理的組，用TMT標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究其作用機(jī)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組纖維膠原三聚體、Ⅰ型膠原三聚體、膠原纖維組織明顯增多，說明可能是與膠原蛋白肽轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)受體通路打開；而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，COL4A1是治療傷口愈合的膠原蛋白肽受體。

3.2.3 治療骨質(zhì)疏松 骨質(zhì)疏松是由于成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨代謝失衡引起的，骨骼結(jié)構(gòu)被破壞，骨重量減少，骨骼脆性增強(qiáng)[49]。治療骨質(zhì)疏松的藥物常見有降鈣素、雌激素、雙磷酸鹽，但是這些藥物對(duì)機(jī)體都會(huì)產(chǎn)生一定的副作用?？诜z原蛋白肽促進(jìn)成骨細(xì)胞的活性，抑制破骨細(xì)胞的活性，用成骨細(xì)胞Mc3T3-E1細(xì)胞研究其促成骨方面的機(jī)制，最終發(fā)現(xiàn)它是通過激活PI3K/AKt通路抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)Mc3T3-E1細(xì)胞增殖和分化[50]。最近報(bào)道，司秋霞[51]發(fā)現(xiàn)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松婦女口服膠原蛋白肽能夠調(diào)節(jié)骨代謝平衡，通過增強(qiáng)骨合成，降低骨吸收，使身體骨量增加。SONG等[52]在小鼠日糧中添加膠原蛋白肽飼喂56 d后，發(fā)現(xiàn)小鼠骨機(jī)械強(qiáng)度、骨密度、骨膠原蛋白增加，并且老齡鼠骨微結(jié)構(gòu)得以改善。

3.3 美容化妝

皮膚的生物特性是由細(xì)胞外基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的細(xì)胞、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子之間的相互作用決定的[50]。成纖維蛋白是由轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子活化后分泌的，可調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)（彈力蛋白、膠原蛋白、蛋白聚糖構(gòu)成胞外基質(zhì)蛋白的三大部分），促進(jìn)細(xì)胞增殖，彈性蛋白的功能決定皮膚的彈性，它的丟失和改變是皮膚老化的最主要原因；膠原蛋白和彈力蛋白具有協(xié)同作用，口服膠原蛋白肽被腸刷狀緣轉(zhuǎn)運(yùn)體吸收進(jìn)入血液，運(yùn)輸?shù)狡つw細(xì)胞被利用，其促進(jìn)了胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)了膠原蛋白和彈力蛋白在細(xì)胞中所占的比例，因此，延長(zhǎng)皮膚細(xì)胞壽命[42]。膠原蛋白肽能夠有效地滲入角質(zhì)層、真皮層細(xì)胞，通過增加細(xì)胞含水量來改善皮膚功能。多數(shù)化妝品中使用的防腐劑是苯甲酸酯，它會(huì)誘導(dǎo)精子畸形發(fā)育，損害生殖系統(tǒng)，激素分泌紊亂，也會(huì)誘發(fā)乳腺癌，引發(fā)部分人群的過敏反應(yīng)[53]。用天然油脂和膠原蛋白肽制成的化妝品，不僅克服了傳統(tǒng)防腐劑的弊端，也同樣具有抗菌防腐的功效[54]。

膠原蛋白肽被認(rèn)為是最出色的抗氧化劑，骨膠原蛋白肽更是被美稱“皮膚軟黃金”、“膚中之膚、骨中之骨”，它可以抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)，進(jìn)而抑制了細(xì)胞老化[55]。盛周煌等[56]發(fā)現(xiàn)羅非魚皮膠原蛋白肽對(duì)自由基有清除能力，且對(duì)羥基自由基清除能力最強(qiáng)，抑制細(xì)胞的死亡和突變，有利于機(jī)體健康。大量研究表明皮膚衰老過程，實(shí)際上是膠原蛋白大量流失造成的。一般女性體內(nèi)膠原蛋白老化、流失始于20歲，且流失量是男人的2.5倍[57]。李艷莉[58]發(fā)現(xiàn)將豬皮膠原蛋白肽樣品涂于皮膚表面時(shí)，皮膚呈現(xiàn)出水嫩光滑的效果，這是人體皮膚吸收膠原蛋白肽以后達(dá)到的美容保濕效果。

3.4 組織工程

膠原蛋白肽被認(rèn)為是組織工程的“金標(biāo)準(zhǔn)”[59]，它常常被制成骨再生支架和可注射基質(zhì)，如皮膚、骨組織、氣管和血管支架等。膠原蛋白肽支架有利于傷口周邊細(xì)胞增殖，周圍和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷神經(jīng)組織的修復(fù)和再生。薛延等[60]用莖狀細(xì)胞和膠原蛋白肽凝膠制作肌腱用于腱后修復(fù)，還可以把膠原蛋白肽水溶液制成各式的給藥物品，如眼科方面的膠原蛋白肽保護(hù)物、燒傷使用的膠原海綿、蛋白質(zhì)傳輸?shù)奈⒘?、皮膚給藥調(diào)控材料、基因傳輸?shù)募{米微粒、細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的基質(zhì)等。

3.5 飼料行業(yè)

膠原蛋白肽含有脯氨酸和羥脯氨酸，也作為磷酸鈣制劑或動(dòng)物飼料的原料，能顯著的促進(jìn)毛發(fā)生長(zhǎng)，提高毛發(fā)等級(jí)，常用于名貴毛皮動(dòng)物的飼料添加劑[61]。研究表明，在肥育豬日糧中添加膠原蛋白肽粉，添加比例在6%以下時(shí)，其育肥效果與魚粉或豆粕相當(dāng)，當(dāng)添加量大于8%時(shí)，肥育豬生產(chǎn)性能及消化率降低[62]。在哺乳母羊的飼料中加入膠原蛋白粉，可以增加母羊飼料攝入量，提高母羊營(yíng)養(yǎng)水平，進(jìn)而提高產(chǎn)母羊產(chǎn)奶量，改善羊奶的品質(zhì)[63]。李二鳳等[64]發(fā)現(xiàn)在牧區(qū)的羊飼料中添加膠原蛋白肽，羊發(fā)生疾病的概率大大減小，而且羊毛順滑細(xì)致。

3.6 生物材料

膠原蛋白肽生物材料具有良好的可塑性、熱穩(wěn)定性、柔韌性?，F(xiàn)在常見的生物材料是膠原蛋白制成的，最常見的是支架生物材料，有膠原蛋白凝膠、瓊脂糖、富血小板纖維蛋白凝膠和3D 支架[65]。膠原蛋白水凝膠是小分子藥物的適宜支架，如工程水凝膠促進(jìn)牙齦細(xì)胞的生長(zhǎng)，肝素水凝膠改善血腦屏障，減少腦內(nèi)疾病發(fā)生[66]。膠原蛋白交聯(lián)氧化鋅納米顆粒盾片治療青光眼，3D生物打印技術(shù)應(yīng)用于組織工程支架、器官替代品的制造，3D生物打印與膠原蛋白生物墨水結(jié)合已經(jīng)打印出了心臟、腦、脂肪、皮膚、膀胱，具有良好的生物相容性，如今加入了刺激響應(yīng)材料的4D生物打印也在發(fā)展中[67]，而膠原蛋白肽作為生物材料還比較少，劉琦等[68]從Ⅰ型膠原蛋白提取出來兩種末端肽，之后將微生物源谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶引入其中進(jìn)行交聯(lián)，產(chǎn)生了一種新型膠原蛋白肽復(fù)合材料，它為附著物提供了更大的表面積，適宜用作藥物傳送的載體物質(zhì)。吳歡[69]用膠原蛋白肽和殼聚糖、膠原蛋白肽與羧甲基殼聚糖組成了藥物緩釋載體，其抗菌性、抗氧化性、生物可降解性增強(qiáng)。郭恩慧等[70]制備了一種光交聯(lián)魚膠原蛋白肽-透明質(zhì)酸水凝膠，發(fā)現(xiàn)具有良好的組織相容性和體內(nèi)降解性。BILEK等[71]發(fā)現(xiàn)了水母膠原肽多孔支架，可用于軟骨再生并促進(jìn)人間充質(zhì)干細(xì)胞增殖。

4 展望

針對(duì)目前膠原蛋白肽生產(chǎn)制造研究方面存在的問題，以下方面是應(yīng)該致力解決的方向：a. 明確膠原蛋白肽對(duì)人體功效的分子機(jī)制，從而制備出更多具有專一功能的膠原蛋白肽產(chǎn)品；b. 建立對(duì)魚類產(chǎn)品有效的脫腥方法；c. 研究出能夠有效克服牛等動(dòng)物膠原蛋白肽過敏反應(yīng)的藥物；d. 完善膠原蛋白肽市場(chǎng)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，比如，使計(jì)算膠原蛋白肽提取率標(biāo)準(zhǔn)化；e.提高分離純化技術(shù)，研究減少溫度對(duì)其熱穩(wěn)定性差的限制；f. 補(bǔ)充和完善膠原蛋白肽指紋圖譜圖庫，為行業(yè)高效生產(chǎn)提供參考；g. 企業(yè)做到在生產(chǎn)和服務(wù)過程中與先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，如5G、6G，云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)綠色安全食品需求的增長(zhǎng)，膠原蛋白肽的各項(xiàng)功能正在逐步被揭曉，也被廣泛應(yīng)用于人類市場(chǎng)上，推測(cè)未來膠原蛋白肽研究方向可能集中于以下幾方面：a.從預(yù)防和臨床醫(yī)學(xué)的角度入手，開發(fā)出更多適宜人類疾病的特征藥物或包囊、能替代人類組織器官的生物工程材料。例如：殼聚糖熱敏膠原蛋白肽納米粒子在藥物傳遞和組織修護(hù)和熱效應(yīng)水解膠原蛋白凝膠在細(xì)胞封裝和傷口愈合中逐被應(yīng)用于臨床中；b.從基因工程、蛋白質(zhì)工程、基因組學(xué)方面考慮：制造重組膠原蛋白，利用膠原蛋白/肽指紋圖譜，對(duì)生物進(jìn)行追根溯源分析。目前，這方面的最新報(bào)道是利用膠原蛋白肽圖譜對(duì)日本考古雞和野雞起源的研究；c.從人體代謝組學(xué)、生理學(xué)入手：研發(fā)類人膠原蛋白肽、納米顆粒膠原蛋白肽、藥物基因輸送系統(tǒng)；d.從人類膳食、營(yíng)養(yǎng)吸收方面考慮：更多的膠原蛋白肽膳食補(bǔ)充劑將會(huì)被開發(fā)出來，如無毒無害的肽鈣螯合物，促進(jìn)人體對(duì)鈣的吸收；e.從環(huán)境科學(xué)、生態(tài)工程方面考慮：由于它極佳的生物可降解性，在將來可能與納米碳顆粒、硅顆粒、天然生物材料以及其他高分子材料一起被制成能用來代替塑料袋的廉價(jià)環(huán)保包裝材料。

未來各種豐富生物性功能的膠原蛋白肽產(chǎn)品將會(huì)以不同方法被提取制備出來，大量用于保健品、化妝品、生物工程材料和醫(yī)學(xué)器材等領(lǐng)域。膠原蛋白肽在國際國內(nèi)市場(chǎng)將會(huì)占有越來越大的份額，在人民的日常生活中扮演著重要角色，對(duì)人民產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，也會(huì)創(chuàng)造更大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的開發(fā)潛力和市場(chǎng)前景。