胶原蛋白与胶原蛋白肽（精选12篇）
胶原蛋白与胶原蛋白肽 篇1
急性心肌梗死的早期炎性反应及后期的心室重构进程可能是影响心肌梗死预后最重要的因素之一。抗醛固酮治疗已经被证明能够影响后期心室重构进程[1,2]。同时有研究提示抗醛固酮治疗能够降低炎性因子表达[3]。血清Ⅲ型前胶原氨基末端肽含量 (PⅢNP) 可反映心肌梗死后的心室重构进程, 高敏C反应蛋白 (hs-CRP) 是心肌梗死后提示疾病预后的重要的炎性因子, 螺内酯是目前临床广泛应用的抗醛固酮治疗的首选药物。本研究通过检测早期应用螺内酯后PⅢNP及hs-CRP的水平变化, 探讨螺内酯是否具有减少心肌梗死早期炎性反应, 抑制心肌梗死后期心室重构进程的作用。
#与常规治疗组比较, P<0.05
1 对象与方法
1.1 对象
选择北京航天总医院2009年1月至2010年3月心血管内科住院的未经静脉溶栓, 或者溶栓未成功的急性心肌梗死患者68例, 排除严重的各系统功能衰竭、肿瘤、急性感染等。心肌梗死诊断均符合典型胸痛、心电图演变、心肌酶谱变化三项指标。
1.2 方法
入院后将AMI患者随机分为常规治疗组和螺内酯治疗组。常规治疗组遵循心肌梗死治疗指南, 常规给予硝酸酯类、阿司匹林、肝素、ACEI类及β受体阻滞剂等药物。螺内酯治疗组在常规治疗基础上口服螺内酯25mg, 2次/d。两组均在急性心肌梗死后第1、7、30、60天采血, 采血后立即分离血清, -80℃冰箱保存, 集中检测患者的PⅢNP及hs-CRP水平。PⅢNP的检测试剂由上海西唐生物科技有限公司提供, hs-CRP的检测试剂由美国DSL公司提供, 严格按照说明书操作测定。
1.3 统计学处理
采用SPSS13.0统计软件包进行数据统计学处理。正态分布数据以均数±标准差表示。hs-CRP等数据呈偏态分布, 以中位数及四分位数表示, 在进行统计之前先转化为对数处理。组间比较采用t检验, 采用P<0.05为有统计学显著性差异。
2 结果
2.1两组患者的一般临床资料, 如性别、年龄、BMI、胆固醇、吸烟史、空腹血糖、血压、丙氨酸转氨酶、肌酐等比较均无统计学意义。
2.2两组间的相关指标的比较
较常规治疗组而言, 早期螺内酯治疗能降低4周及此后的PⅢNP水平 (P<0.05) ;同时, 早期螺内酯治疗能降低1周及此后的hs-CRP水平 (P<0.05) , 见表1。
3 讨论
大量的研究已经证明, 心肌梗死后心肌重构发生的最主要的原因之一就是肾素-血管紧张素-醛固酮系统的异常激活。目前的大量临床观察已经证实抑制该系统的异常激活就可以改善心肌重构, 改善心肌梗死的预后。由此推测积极的抗醛固酮治疗应该是心肌梗死后防治心肌重构, 改善预后的关键手段。1999年的RALES实验[1], 2003年的EPHESUS实验[2]已经证实, 积极的抗醛固酮能显著减少心肌梗死后患者心力衰竭及猝死的风险。目前的大量临床观察均是通过观察心肌纤维化的指标, 判断抗醛固酮治疗的机制在于拮抗心肌纤维化而达到改善预后的作用。存在于心肌的胶原主要为Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维, PⅢNP能反应Ⅲ型胶原的合成, 是临床上常用的观察心肌纤维化的指标之一。本研究也观察了PⅢNP在患者心肌梗死后的变化, 与其他观察一致, 本研究发现加用螺内酯后, PⅢNP在心肌梗死后第4周出现了显著的下降, 并持续至观察结束。这说明, 螺内酯能明显抑制心肌纤维化的进程, 这种益处开始于心肌梗死后第4周, 并持续发生, 从而改善预后, 减少心力衰竭的发生。
但是醛固酮的生理作用远不止于此。基础研究发现, 醛固酮作为RAAS系统的一个重要的组成部分, 同样对大量的神经内分泌激素, 细胞因子有着不同的作用。醛固酮能刺激核因子κВ和活化蛋白1的信号通路, 还能增加还原型烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸酶的活性, 使使氧化应激产物生成增多[4], 醛固酮还能通过降低四氢生物蝶呤的水平, 从而减少内皮一氧化氮合酶和一氧化氮的生成。同时醛固酮还能增加交感神经活性, 增加心肌对去甲肾上腺素的摄取和电解质紊乱, 诱发心律失常, 加重心力衰竭。
众所周知, 心肌梗死后伴随的炎性反应是影响心肌梗死预后的关键, hs-CRP是公认的炎症指标, 大量的研究也证实hs-CRP能够提示心肌梗死的预后。本研究观察了急性心肌梗塞患者的炎症指标hs-CRP, 发现螺内酯可以降低心肌梗死后1周几以后的hs-CRP浓度。这说明螺内酯不仅能够通过抑制心肌重构改善心肌梗死预后, 同样可能通过减轻急性心肌梗死后的炎性反应, 降低心肌梗死患者的各种风险, 改善预后。根据醛固酮的生理作用及其在冠状动脉粥样硬化性心脏病病理生理过程中的作用, 我们推测螺内酯可能可以通过多种途径抑制上述细胞因子、核因子, 影响炎性因子的生成, 同时拮抗氧化应激反应, 从而达到减轻炎症的目的。这可能也是抗醛固酮治疗改善心肌梗死患者预后的作用途径之一。这一推测可能还需更多的观察, 更进一步的研究来阐明其原理。
因此, 在AMI后早期使用螺内酯, 不仅降低PⅢNP产生, 减轻心肌纤维化而起到预防心肌重构, 心力衰竭发生的作用, 而且还可以通过降低hs-CRP, 减轻血管炎症, 从而降低AMI后的各种风险, 改善患者的预后。
摘要：目的 观察早期螺内酯治疗对于急性心肌梗死 (AMI) 患者血清Ⅲ型前胶原氨基末端肽含量 (PⅢNP) 及高敏C反应蛋白 (hs-CRP) 的影响。方法 将68例未经溶栓或者溶栓未成功的AMI患者随机分为常规治疗组 (32例) 和螺内酯治疗组 (36例) , 持续观察12周。比较24h内、1周后、4周后、12周后血清Ⅲ型前胶原氨基末端肽含量 (PⅢNP) 及高敏C反应蛋白 (hs-CRP) 的水平。结果 ①较常规治疗组而言, 早期螺内酯治疗能降低4周及此后的PⅢNP水平 (P<0.05) ;②较常规治疗组而言, 早期螺内酯治疗能降低1周及此后的hs-CRP水平 (P<0.05) 。结论 早期螺内酯治疗不仅能改善患者心肌梗死后心室重构的进程, 还可能可以通过减轻急性炎性反应从而改善患者预后。
关键词：急性心肌梗死,螺内酯,Ⅲ型前胶原氨基末端肽,高敏C反应蛋白
参考文献
[1]Pitt B, Zannad F, Remme W, et al.The effect of spironolactone on morbidity and mortality in patients with severe heart failure.Randomized Aldactone Evaluation Study Investigators[J].N Engl J Med, 1999, 341 (10) :709-717.
[2]Pitt B, Remme W, Zannad F, et a1.Eplerenone, a selective aldosterone blocker, in patients with left ventricular dysfunction after myocardial infarction[J].N Engl J Med, 2003, 348 (14) :1309-1321.
[3]Rocha R, Rudolph AE, Frierdich GE, et al.Aldosterone induces a vascular inflammatory phenotype in the rat heart[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2002, 283 (5) :1802-1810.
[4]Johar S, Cave AC, Narayanapanicker A, et al.Aldosterone mediates angiotensin II-induced interstitial cardiac fibrosis via a Nox2-containing NADPH oxidase[J].FASEB J, 2006, 20 (9) :1546-1548.
胶原蛋白与胶原蛋白肽 篇2
胶原蛋白的重要性
胶原蛋白是皮肤内部不可或缺的营养成分，它含有天然的保湿因子，由一个螺旋状的结构能够强有力地为皮肤锁住水分，从而让皮肤时刻保持湿润水嫩的状态。而我们补充胶原蛋白，当胶原蛋白被皮肤所吸收之后，就会在皮肤的真皮层之间，增强皮肤的紧致度，让皮肤产生张力，缩小毛孔，令皮肤非常有弹性。所以，胶原蛋白对于皮肤的重要性在于，它能够非常好的舒展皮肤的皱纹、淡化细纹并且修复皮肤细胞，皮肤胶原蛋白充足，就能够时刻保持水润有弹性。
胶原蛋白流失的原因
很多美眉认为胶原蛋白的流失与年龄的增长有一定的关系，但其实，胶原蛋白的流失有很多种原因，年龄的增长当然是一个不可抗拒的因素，而紫外线的辐射、用力荡昶し簟⒒し舴椒ú坏薄⑺眠不足、环境的恶劣等等，都会导致皮肤胶原蛋白的流失，因此，美眉们不能因为感觉自己还年轻就不用补充胶原蛋白，胶原蛋白的补充可以随时进行，无关年龄。
怎样补充胶原蛋白
补充胶原蛋白的方法也有很多，美眉们可以从饮食上、平时的护肤品上以及护理上多方面入手。总体的补充胶原蛋白可以分为一下几种，美眉们赶紧来看一看!
1、补充富含胶原蛋白的食物
从饮食上，美眉们可以多吃富含胶原蛋白的食物，以补充胶原蛋白，像一些含有胶质的食物，例如猪蹄、鸡皮、鸡翅、猪皮、鱼皮、牛蹄筋等等，这些食物均含有丰富的胶原蛋白。因此，多吃富含胶原蛋白的食物，可以在一定程度上为皮肤补充胶原蛋白，从而让皮肤更加有弹性有活力。
2、注重防晒
胶原蛋白的流失，在百分之九十以上都是因为紫外线辐射的原因，所以，预防紫外线辐射皮肤，是留住皮肤胶原蛋白的重中之重。美眉们无论是阴天还是晴天，都要给皮肤涂抹上一层防晒隔离霜，来抵挡紫外线辐射，从而留住胶原蛋白。
3、使用富含胶原蛋白的护肤品
胶原蛋白不美容 篇3
对于这个问题，首先我们来探寻一下人衰老的奥秘，而胶原蛋白又起到了怎样的作用？
众所周知，人是由细胞组成的。而由于基因的缘故，细胞也是有生命周期的，所以，细胞也存在老化的规律。人的皮肤从20岁后就慢慢进入了自然老化状态。随着年龄的增长，皮肤中胶原蛋白、弹性蛋白、糖蛋白、粘多糖及胆固醇分子均有不同程度的下降。
当然这只是一个衰老的浅层概念。整形专家、中科院整形外科医院医生陈焕然解释道，人衰老后首先是皮下脂肪变薄了，再生成的面部肌肉就会变薄、松弛，肌肉逐渐被脂肪嵌入；其次人老后，钙质会大量流失，从而骨骼变得疏松，如果你原来的骨骼健康、结实，含钙高，那么你的肌肉就会有更多的张力，附着在骨骼上，脂肪比较有弹性，皮肤也就比较厚，富有弹性，会造成年轻容貌与年老容貌的反差。
综合以上原因，陈焕然给出结论，可以得出肌肤的衰老是从骨骼到面部肌肉再到皮下脂肪最后到皮肤的四层结构，这是一个综合衰老的过程。陈焕然说，在这里可以负责任地说，猪蹄这类食物，长期吃下去的结果可能会越来越胖，最终你饱满的肌肤可能是“撑”出来的。
而之所以这样说，我们就要了解一下这些胶原蛋白进入人体内要经过一段怎么样的旅程。
美国食品工程博士、美国食品技术协会高级会员王泽斌说，我们吃进体内的胶原蛋白并不会被直接吸收，更不会直接作用于皮肤，而是会被分解成其他物质。当胶原蛋白进入胃里后，经过酶的作用进入肠道，再经过酶的作用分解为最小单位的氨基酸。被吸收后的氨基酸需要重新编组，组成人体组织器官所需要的蛋白质。
人体对蛋白质的吸收量有限，无论吃多少，最后被吸收合成为身体蛋白质的量不变。那么，多余摄取的胶原蛋白等同于身体废物，需要人的肾脏系统把它代谢成大便、小便从身体排泄掉。所以，吃得越多排得越多，会加重肾脏负担。而猪蹄、鸡皮、鱼皮等一些胶原蛋白含量高的食物又恰好是高热量、高脂肪、高胆固醇的食品，血脂和胆固醇偏高的人群要少吃甚至忌食。
山东大学威海分校海洋学院的副教授王亚民说，对很多人认为具有美容功效的鱼翅来说，从营养学的角度看，鱼翅并不具有特殊的营养价值。鱼翅的主要成分是胶原蛋白，它只是一种普通的蛋白质。
肉、蛋、牛奶、蔬菜等许多食物都含有蛋白质。但蛋白质有不同的类型，且有好坏之分，肉、蛋、牛奶里的蛋白质是优质蛋白质，但胶原蛋白却是一种劣质的蛋白质。蛋白质是由氨基酸组成的，人体有20多种氨基酸，其中8种是人体不能自身合成、必须由食物直接供应的，叫做“人体必需氨基酸”。蛋白质的好坏就由这种必需氨基酸的种类和含量来判定。鱼、禽、蛋、瘦肉、牛奶、大多数坚果和豆类中蛋白质的必需氨基酸很多，所以称为“优质蛋白质”。而鱼翅、牛蹄筋中的胶原蛋白不含所有的“人体必需氨基酸”，为劣质蛋白。就是说，你吃了这种食物后，不能满足身体需要，还需要吃其他优质蛋白食物来满足身体需要。所以，把“胶原蛋白”夸到天上也没用，改变不了它的蛋白特性。
那么，直接口服一些胶原蛋白产品会更加有效吗？
王泽斌说，胶原蛋白的氨基酸组成跟人体的需求相差很大。经口服的胶原蛋白进入肠胃之后，会经过一系列的复杂反应，最后可能只有小部分被人体吸收，而绝大部分都会流失。
胶原蛋白与胶原蛋白肽 篇4
1. 仪器及实验材料和试剂
1.1 仪器
UV300紫外-可见分光光度计以及工作站 (美国热电) ;SIMS50000个人型纯水器 (美国MILLIPORE) ;BP211D分析天平 (德国Sartorius) ;HWS26型电热恒温水浴锅 (上海一恒科技有限公司) ;ZH-2自动漩涡混合器 (天津药典标准仪器厂) ;5ml具塞纳氏比色管。
1.2 实验材料和试剂
硫酸铜 (Cu SO4·5H2O) (天津市化学试剂三厂分析纯) 、酒石酸钾钠 (C4H4O6KNa·4H2O) (中国·郑州派尼化学试剂厂分析纯) 、氢氧化钠 (Na OH) (中国医学科学院天津协和医学科技公司分析纯) ;胶原蛋白对照品由陕西巨子生物技术有限公司提供;胶原蛋白贴敷料由陕西巨子生物技术有限公司提供 (批号:20101011、20101113、20101215) 。
2. 方法与结果
2.1 溶液的制备
2.1.1 双缩脲试剂的制备
称取1.50g硫酸铜 (Cu SO4·5H2O) 和6.0g酒石酸钾钠 (C4H4O6KNa·4H2O) , 用500m l纯化水溶解, 在搅拌下加入300ml10%Na OH溶液, 用纯化水稀释至1000ml, 摇匀, 即得。
2.1.2 空白溶液的制备
在5ml具塞纳氏比色管中加入1ml纯化水, 加双缩脲试剂至5ml, 用自动漩涡混合器充分摇匀后, 在37℃水浴下恒温放置30min, 作为空白溶液。
2.1.3 胶原蛋白系列标准溶液的制备
精密称取胶原蛋白适量, 用纯化水做溶剂稀释成每1ml含10mg的胶原蛋白标准储备溶液。分别精密量取标准储备液2ml、4ml、6ml、8ml、10ml、15ml、20ml加入100ml容量瓶中, 纯化水定容, 配制成0.2mg/ml、0.4mg/ml、0.6mg/ml、0.8mg/m l、1.0mg/m l、1.5mg/m l、2.0mg/m l的胶原蛋白标准系列溶液备用。分别精密吸取上述标准溶液各1ml, 移入5ml具塞纳氏比色管中, 加双缩脲试剂至5ml, 用自动漩涡混合器充分摇匀后, 在37℃水浴下恒温放置30min。
2.1.4 供试品溶液的制备
取胶原蛋白贴敷料, 挤压贴膜, 汇集挤出液于25ml烧杯中, 精密吸取挤出液5ml至10ml量瓶中, 加纯化水稀释至刻度, 摇匀。精密量取1ml, 移入5ml具塞纳氏比色管中, 加双缩脲试剂至5ml, 用自动漩涡混合器充分摇匀后, 在37℃水浴下恒温放置30min。
2.2 线性关系考察
以空白溶液为参比, 依据紫外-可见分光光度法, 在540nm对7个浓度的胶原蛋白标准溶液测定吸光度。以对照品溶液吸光度为纵坐标 (y) , 对照品溶液浓度为横坐标 (x) , 绘制工作曲线, 计算回归方程。结果见表1, 标准曲线见图1。
2.3 精密度试验
取0.6mg/ml的对照品溶液, 重复测试6次, 测定吸光度, 结果RSD为2.3%, 表明仪器的精密度良好。
2.4 稳定性试验
取20101011批样品, 在0、2、4、8、24小时分别按供试品溶液制备方法制得供试品溶液, 测定吸光度。结果RSD为1.9%, 表明样品溶液在24小时内基本稳定。
2.5 重复性试验
取20101011批样品, 按供试品溶液制备方法制得供试品溶液, 平行6份, 测定胶原蛋白含量。结果RSD为2.8%, 表明该方法的重复性良好。
2.6 加样回收率试验
取20101011批样品5ml至10ml量瓶中, 加纯化水稀释至刻度, 摇匀, 再精密量取0.5ml, 移入5ml具塞纳氏比色管中, 平行6份, 分别加入浓度为1.0mg/ml胶原蛋白对照品溶液0.5ml, 加双缩脲试剂至5ml, 用自动漩涡混合器充分摇匀后, 在37℃水浴下恒温放置30min, 依据前文的方法测定, 计算回收率及其RSD。结果见表2。
3.样品测定
分别测定胶原蛋白贴敷料3批样品中胶原蛋白含量, 平行操作, 取平均值。结果见表3。
4.讨论
比色法测定胶原蛋白贴敷料中胶原蛋白含量的原理是:在强碱性溶液中, 蛋白质与Cu2+形成紫色络合物, 紫色络合物颜色的深浅与蛋白质浓度成正比, 利用标准胶原蛋白溶液作对照, 采用比色法测定样品胶原蛋白质含量。试验结果表明该方法准确、快速, 实验仪器简单、操作方便, 测定数值重现性好, 可用于胶原蛋白贴敷料中胶原蛋白含量的控制。
参考文献
胶原蛋白简介 - 副本 篇5
胶原蛋白是一种细胞外蛋白质，是人体内含量最丰富的蛋白质，占全身总蛋白质的30%以上。一个成年人的身体内约有3公斤胶原蛋白，主要存在于人体皮肤、骨 骼、眼睛、牙齿、肌腱、内脏（包括心、胃、肠、血管）等部位，其功能是维持皮肤和组织器官的形态和结构，也是修复各损伤组织的重要原料物质。在人体皮肤成 分中，有70%是由胶原蛋白所组成。当胶原蛋白不足时，不仅皮肤及骨骼会出现问题，对内脏器官也会产生不利影响。胶原蛋白是维持身体正常活动所不可缺少的 重要成分。同时也是使身体保持年轻、防止老化的物质。另外，胶原蛋白还可以预防疾病，改善体质，对美容和健康都很有帮助。
当真皮层 的胶原蛋白被氧化、断裂后，对表皮的支撑作用就消失了，因此造成不均一的塌陷，这样皱纹就产生了。人体在吸收胶原蛋白时，胶原蛋白分子量的大小是非常关键 的因素，分子量越小越易被人体吸收。研究指出，胶原蛋白的分子量要在3000道尔顿以下，胶原蛋白活性最强，使用后吸收效果也是最好的，最适合肠道吸收，适用于口服。胶原蛋白不仅可以美容养颜，改善肌肤、延缓衰老，它还可以防止骨骼衰老。在改变骨衰上，德国科学家成功走在了世界最前面，率先提出了以胶原蛋 白为主的“骨营养素”概念，它认为，完善的骨营养素应该包括胶原蛋白：增强骨的韧性和关节软骨的健康；钙：增强骨的密度、硬度；维生素D3：用来辅助钙的 吸收；维生素E：用来辅助胶原蛋白纤维的合成，并具有抗氧化作用，预防骨质疏松。
这是我们公司与德国胶原蛋白生产厂家合作，推出世界一流的德国生产的水解胶原蛋白。主要成分：23.30 % 甘氨酸,13.70 % 脯氨酸,12.30 % 羟脯氨酸,10.00 % 谷氨酰胺, 8.40 % 丙氨酸,7.70 % 精氨酸,4.50 % 天冬氨酸,3.40 % 丝氨酸,3.30 % 赖氨酸, 2.60 % 亮氨酸, 2.20 % 缬氨酸,1.90 % 苏氨酸,1.60 % 焦谷氨酸 ,1.50 % 羟基赖氨酸，1.20 % 异亮氨酸,0.90 % 组氨酸,0.90 % 蛋氨酸,0.60 % 酪胺酸。每十克胶原蛋白的能量为160 千焦耳（38大卡）。蛋白质含量：>98%,碳水化合物：<0.5克，脂肪：(不含脂肪,不用担心发胖)，嘌呤和胆固醇、口服胶原蛋白至少要坚持2个月的周期，因为胶原蛋白长时间流失所形成的皮肤空洞，如果没有一定时间是难以补回来的。美容每天一次，每次3-5克。强壮骨骼,美发，美甲每天一次，每次7-10克。请放心服用，没有副作用，但不要过量，过量部分会排出体外，是个浪费。
吃胶原蛋白的误区 篇6
补胶原蛋白只能吃荤
胶原蛋白不是一般的胶，它是一种蛋白质，这种蛋白质本身放在水里是不溶的，它必须解开盘在一起的三股螺旋，变成可溶的明胶，才易溶于水。明胶和水的关系十分亲密，热的时候明胶分子分散于水，能形成黏稠的溶胶；在低温条件下，明胶分子又能交联成网状结构，把水分子包在里面。所以，如果你煮了肉汤、鸡汤之后，发现冷了之后就变成冻，那也就是说，其中含有不少来自胶原蛋白的明胶。比如说所有动物的皮、爪、蹄、翅，都含有胶原蛋白。还有骨头的柔软部分，其中的胶原蛋白也能煮出一部分来。
由于胶原蛋白属于动物的结缔组织，它绝不可能存在于植物性食品当中。把海带里的褐藻胶说成胶原蛋白，那简直就是驴唇不对马嘴。当然，水果中的果胶也不可能是胶原蛋白。这个错误有多大，说说分类就知道了。胶原蛋白和它解离出来的明胶都是蛋白质，但是褐藻胶和果胶属于膳食纤维，是不可消化的碳水化合物，它们一点亲缘关系都没有，不能因为都能成冻就硬扯在一起。所以，补胶原蛋白只能吃荤食。
营养充足、平衡，人体合成的胶原蛋白足够用
说人非要吃胶原蛋白才能美容，有点言过其实——猪蹄胶原蛋白煮出来的明胶进了人的肠道就会变成氨基酸碎片，并不会整个儿跑到脸上去。
脸色红润皮肤细腻的人，有几个是吃胶原蛋白吃的？不吃胶原蛋白的人，甚至完全素食的人，难道个个皮肤粗糙黧黑？人类有合成自己皮肤胶原蛋白的能力，难道非要指望那些毛孔粗大的猪皮、驴皮和鸡皮？
只要有维生素C帮忙，蛋白质和其他营养素够用，血液循环良好，激素平衡正常，人体自己造点胶原蛋白不是什么难事。我们需要考虑的，倒是自己的血红蛋白够不够、血液循环好不好、维生素和蛋白质足不足、激素平衡是否良好等。这些问题不解决，吃几口猪皮，脸皮也未见得能美到哪里去。
说来说去，只要自己健康状态良好，皮肤自然会有弹性、有光泽，是无须吃胶原蛋白补品的。如果不那么自信，作为一种心理安慰，吃点也是无妨的，但不必期望过高，更不要迷信保健品。所谓什么食物中的胶原蛋白无法被人体消化、非要吃水解胶原蛋白的说法，基本上是一种商业忽悠。
鱼鳞胶原蛋白的提取技术 篇7
胶原蛋白含量占鱼体总蛋白的25%～30%，主要分布于鱼鳞和鱼皮中，而一般水产加工中都将鱼鳞、鱼皮作为废弃物扔掉，尤其是鱼鳞。因此，充分而合理地利用废弃物鱼鳞提取胶原蛋白不仅可推动水产加工业的发展，而且能化废为宝、减少环境污染，更好地造福于人类。我国自古就有“医食同源”之说，在《本草纲目》、《名医别录》等药典中均对鱼鳞的食疗治病功效有所记载。有研究表明，鱼鳞具有多种药用价值，如增强人脑记忆力，延缓细胞衰老，减少胆固醇在血管壁的沉积，促进血液循环，起到预防高血压及心脏病的作用等。美国免疫学家证实，鱼鳞在抗癌中起着重要作用。用鱼鳞提取物制成的抗癌药治疗白血病，有效率达70%以上，对胃、淋巴癌也有较好效果。鱼鳞具有这些保健功能与其中含量较高的胶原蛋白有关。有日本学者曾经以膳食纤维对大白鼠进行实验，发现鱼鳞对大白鼠降低胆固醇的作用比膳食纤维效果好。这是由于胶原蛋白中具有较多的中性和酸性氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸)的特性，从而有聚负离子基团的作用，可以吸附肠道毒素和重金属。又由于胶原蛋白具有一定的乳化性能，疏水性较强的氨基酸被包埋在分子内部，形成特定的疏水区域，胆固醇、甘油脂类等物质可以进入分子内部，有效防止高胆固醇血症的形成，具有明显的降低血清TG和TC的功能。我国是世界上最大的淡水鱼养殖国，据不完全统计，每年废弃鱼鳞约达5万吨，鱼鳞资源相当丰富，目前国内已有多家鱼鳞收购公司，将鱼鳞晒干作为一种资源出口。国外如日本也十分看好中国鱼鳞资源，并将在中国筹建生产基地共同开发鱼鳞胶原蛋白产品。所以鱼鳞胶原的提取非常重要，其与陆生动物蛋白的性质上的差异也使得其提取方法不同于一般的胶原蛋白提取方法。
2 鱼鳞提取胶原蛋白的前处理
鱼鳞主要由胶原蛋白、羟基磷灰石、硬蛋白及Ca CO3、Ca SO4组成。Onozato H等研究发现，胶原纤维被磷灰石黏附。因此，在提取前应对鱼鳞进行前处理，使胶原蛋白脱离磷灰石晶格的束缚而溶出，从而提高提取效果。在鱼鳞的前处理中主要是脱钙，主要方法有酸脱钙和EDTA脱钙。酸脱钙是利用酸和钙盐反应，将钙盐以Ca2+形式溶出。EDTA脱钙是由于EDTA能够与Ca2+、Mg2+等金属离子发生络合，而达到脱出金属离子的目的。在酸脱钙方法中酸的选择也较多，现在主要应用的是盐酸、柠檬酸、醋酸、乳酸等。张俊杰等[1]曾研究过盐酸法脱钙过程中胶原蛋白的变化情况，发现当HCl浓度<0.1 mol/L时，胶原蛋白的溶出量随酸度的增加而增加;当HCl浓度>0.1 mol/L时，胶原的溶出量与酸度呈负相关，即盐酸浓度越大，鱼鳞中胶原蛋白的水解越少，这点对提取胶原蛋白非常有利。但总的来说，用盐酸进行前处理的方法欠佳，原因是其前处理时间过长且有大量的腐蚀性物质被引入，不利于后期的加工生产。有学者在鱼鳞胶原蛋白提取工艺的优化中采用微波辅助10%柠檬酸脱钙的方法对鱼鳞进行前处理，缩短了处理时间，对胶原蛋白破坏较小，且整个过程中没有毒害或腐蚀性物质的引入，提高了胶原蛋白使用的安全性。但实验没有进一步探讨微波处理提高脱钙能力的原因，未对比直接用柠檬酸脱钙和微波辅助10%柠檬酸脱钙的效果差异，即未说明是微波对脱钙有促进作用。EDTA脱钙一般用0.5 mol/L的EDTA溶液(料液比1∶25)处理2 d，期间要加强机械搅动，使金属离子充分络合。张俊杰等[2]在研究鲤鱼鳞酸溶性胶原蛋白的提取时，发现在对鲤鱼鱼鳞前处理前先用Na2CO3处理可以提高胶原蛋白的提取率。主要是因为碱性物质可以起疏松胶原纤维致密结构的作用，从而增大胶原蛋白的提取率。但用Na2CO3处理需要浸泡48 h，时间太长，不利于实际生产。
3 鱼鳞胶原蛋白的提取技术
我国早在1500年前就有熬制鱼鳞胶的记载，如《名医别录》中记载：“取鲤、鲫之鳞片，文火熬成胶冻，可治妇女崩中带下，并对紫癜、齿龈出血有效”。我国传统制胶工艺就有先将鱼鳞洗净，必要时进行脱脂脱色。然后用盐酸溶液浸泡，直至鳞片柔软透明，然后洗净后浸灰，熬制，过滤，加工制成鱼鳞胶成品的做法。目前国内外公开发表的有关利用鱼体废弃物资源提取胶原蛋白的研究文献不少，以鱼皮为原料制取胶原蛋白不多，本文根据提取介质的不同列出了下列几种常用的提取方法。
传统制备胶原蛋白的工艺是：原料→预处理→酸处理→碱处理→熬胶→胶液过滤→浓缩→切片→干燥→成品。即将鱼鳞洗净，必要时进行脱脂脱色，然后用盐酸(pH在4～5)浸泡进行脱钙处理，直到鳞片柔软透明，时间大约为2～3周;取出洗净后浸灰15～20天，主要是使原料组织疏松。洗净后放在60～70℃夹层锅中加热2～3 h熬胶2～5次，提尽为止。趁热转盘，凝固成胶冻，干燥后使含水量<15%，即得成品。然而，传统的提取方法步骤繁多，耗时长且在提取过程中胶原蛋白流失较大，不适于大规模的生产。胡立新等[3]对从鱼下脚料中提取胶原蛋白的方法以及胶原蛋白的应用进行综述，同时黄焕等[4]也综述了鱼鳞胶原蛋白提取技术的发展以及鱼鳞胶原蛋白在食品和化妆品中的应用。笔者在上述文献基础上对鱼鳞胶原蛋白的提取技术进行简述。
3.1 热水提取法
热水法提取，就是原料经过前处理后，在一定条件下用热水浸煮，从而得到水溶性胶原蛋白。
鱼鳞水法制胶的最佳温度在60～70℃。温度高些有助于提胶，但温度过高抽提率还有所下降。如超过70℃后，所制得的鱼鳞胶的固含量反而会有所降低。随着固含量的降低，鱼鳞胶的折光率和增比黏度都会降低，导致鱼鳞胶的质量下降。液比(鱼鳞与水的质量比)越小，所制得的胶黏度越高，鱼鳞胶的质量也相对好;可是液比太小抽提较困难，抽提率低。因此抽提鱼鳞胶的液比以1∶1～1∶1.5为最好。钱曼等[5]在比较热力法和酶解法提取鱼鳞胶原蛋白中发现，热力法的提取率比酶解法高，得率可达45.47%，并且热力法提取的胶原蛋白有较高的保水性、乳化能力和乳化稳定性及泡沫稳定性。但此实验存在一个问题，由于目前胶原蛋白特异性的定量比较困难，因此常采用蛋白质总量测定方法或总氮量测定方法，而胶原蛋白对热比较敏感，在40℃以上的变性过程中，胶原蛋白的三螺旋结构被破坏，其中的氢键和疏水键断裂;温度升高到60℃以上，某些共价键被破坏，发生降解;到125～127℃以上，蛋氨酸、丝氨酸、苏氨酸以及酪氨酸等氨基酸残基被破坏，脱氨、脱水。因此，在实验中测得的应是变性后胶原蛋白的总氮量，由此计算出的提取率就不准确。
3.2 酸提取法
酸提取法即是利用酸在一定的外界环境条件下提取胶原蛋白，使用的酸有盐酸、柠檬酸、乳酸、醋酸等。
利用乙酸从鲤鱼鱼鳞中提取胶原蛋白，发现乙酸浓度过高会使胶原蛋白的提取率有下降的趋势，主要原因是较高的乙酸浓度会增加胶原蛋白的溶解速率，使提取液的黏度迅速增大，反而不利于后期的提取。分别用醋酸、柠檬酸、乳酸提取草鱼鱼鳞胶原蛋白的实验，表明柠檬酸提取胶原蛋白的得率最高，乳酸次之，醋酸最低。总体上说，酸提取胶原蛋白在前处理中不能用酸进行处理，则有部分杂蛋白难以去除，在后续提取得到的胶原蛋白含杂蛋白较多，就增大了胶原蛋白纯化的工作量。
3.3 碱提取法
碱法提取，一般是将样品匀浆后，用Na OH溶液提取。
主要工艺流程为：鱼鳞→清洗→Na OH溶液溶解(约3～5 d)→离心→上清液经HCl溶液滴定至pH值为3→产生沉淀→离心分离→回收沉淀→除盐。以青鳞鱼下脚料为原料，采用碱萃取(pH=9)、蛋白酶水解、浓缩、喷雾干燥等手段，制得水解鱼胶原蛋白，萃取率达90%以上。
3.4 酶提取法
酶法提取，即利用各种不同的酶在一定的外界环境条件下提取胶原蛋白，通常使用的酶有中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶等。原料采用不同的前处理后，加入不同的酶提取得到酶促溶性胶原蛋白。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，研究者大多从这几个方面来研究胶原蛋白的酶解工艺。
采用蛋白酶水解鲤鱼鱼皮的结果表明，对鱼蛋白作用最适的酶是胃蛋白酶，在pH值3.2的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液中，于35℃酶解4.5 h，提取效果较好，提取率为31.2%。酶水解红非鲫鱼鱼皮的实验发现，先采用菠萝蛋白酶在最适酶解温度45℃、pH值4.5与酶解时间4 h水解，再用Alcalase 2.4 L蛋白酶在最适酶解温度55℃、pH值7.5与酶解时间2 h进行复合酶水解效果更佳，所得水解产物的水解度为30.43%。采用中性蛋白酶对鲢鱼下脚料进行水解，酶解最适条件为：pH值7、100 g原料酶用量1 g、时间1～1.5 h、温度40～50℃，所得产物的水解度约为40%。以安康鱼皮为原料，采用酶法提取胶原蛋白，用正交实验对安康鱼皮胶原蛋白提取工艺进行优化，并测定了安康鱼皮的基本组成和鱼皮胶原蛋白的氨基酸组成。结果表明，当胃蛋白酶添加量为1%、料液比为1∶10、酶解时间为6 h、酶解温度为5℃时，鱼皮胶原蛋白提取率最高，提取率为11.01%。比较多种酶(枯草杆菌1398蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶)在其各自的最佳条件下对胶原蛋白的水解，得到其中经稀释后鱼鳞胶蛋白溶液的总氮量为37.30 mg/m L，酶用量为2000μ/m L，水解时间为5 h，而利用混合酶水解在相同的时间内水解度较高。虽然多酶的水解度高，但成本太高，同样不利于大规模的生产加工。
湖北工业大学膜技术研究所采用生物技术和膜分离手段来分离、制备胶原蛋白多肽，开发了下脚料多肽纯品及营养液、超微鱼骨粉和保健鱼油三种产品，其主要工艺流程为：
(1)一种酶两步水解流程：碱性蛋白酶A处理原料→称重→水洗脱脂→调节水量、pH值和温度→A酶水解去除非纤维蛋白→水洗→调节水量、pH值和温度→A酶水解鱼皮胶原蛋白→高温灭酶活→离心分离→常压过滤→冷冻干燥→干燥器保存。
(2)两种酶两步水解流程：碱性蛋白酶A处理原料→称重→水洗脱脂→调节水量、pH值和温度→A酶水解去除非纤维蛋白→水洗→调节水量、pH值和温度→537酸性蛋白酶水解鱼皮胶原蛋白→高温灭酶活→离心分离→常压过滤→冷冻干燥→干燥器保存。
4 结束语
现有的胶原提取技术中，酸提取法迅速而又彻底，但色氨酸全部破坏，产品得率较低，步骤过于繁琐且提取物中混有酸，产生二次污染，不利于食品、化妆品工业的加工利用。
碱提取法同样迅速而又彻底，但工艺生产较为复杂，含羟基和巯基的氨基酸，全部被破坏且产生消旋作用(结构变异)，还产生有毒物质，无生物利用价值，因此不宜采用。
热水提取法对生产要求低，操作简便，对设备要求低，无污染，有利于环境保护，但胶原分子在加热过程中，轻度变性，三股螺旋解旋而成游离多肽链。
酶提取法有其他方法无可比拟的优越性，反应速度快，时间短，无环境污染，提取的水解胶原蛋白纯度高，水溶性好，产品理化性质稳定，但酶制剂的来源，价格上还存在某些制约因素，随着酶的水解作用，在水解产物中容易有苦味肽的出现，限制了其应用范围。
因此上述的几种方法在大规模生产中都存在着不可避免的缺点，笔者认为在未来环保话题日益凸显的情形下，应该避免使用酸碱提取法，以热水提取法和酶提取法来提取鱼鳞胶原蛋白，通过改进热水提取法，可以将热水提取产物进行降温复性，从而保证肽链和螺旋的完整：对于酶提取法，可以控制水解程度来有效控制苦味肽的生成，在生物界中寻找更有效的酶制剂，或者人工合成所需要的酶制剂;或者将两种方法结合使用，可以先用热水提取法来进行初步提取，然后使用酶制剂进行再次提取，这样既可以提高鱼鳞胶原蛋白的得率与纯度，又能保证成本较低，污染较小，但是酶制剂的种类以及处理工序仍有待探讨。
目前鱼鳞胶原蛋白的提取方法不断增多，各种新方法相继出现，但是各有其优缺点。随着胶原蛋白的利用逐渐广泛，迫切需要我们从前人的基础上寻求更方便更优化的提取方法。
参考文献
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[4]黄焕,王欣,刘宝林.鱼鳞胶原蛋白提取技术及应用[J].食品科技,2009,34(01):208-211.
胶原蛋白与胶原蛋白肽 篇8
胶原蛋白具有优良的理化性能,可广泛应用于多个领域,如生物医学材料、临床医学、美容[1]和保健、食品、饲料、造纸及制革等其他工业中。胶原蛋白是动物体内含量最丰富的蛋白质之一,占人体皮肤蛋白质的71.2%。人的皮肤老化失去青春光彩,就是因为随着年龄增长胶原蛋白的结构发生变化,并且皮肤的胶原蛋白含量每年平均以约1%的速度递减。皮肤失去弹性并变薄老化的同时,可导致真皮的纤维断裂、脂肪萎缩、汗腺及皮脂腺分泌减少,使皮肤出现色斑、皱纹等一系列老化现象。胶原蛋白的化学组成和结构决定了其具有美白、保湿、防皱、修复、营养、减肥等美容美体作用[2]。姜黄的主要成分姜黄素是一种食药两用天然色素[3],具有多种生物功能,如抗炎、抗氧化、预防长波紫外线照射引起的皮肤细胞DNA链断裂损伤等[4],因此也可在化妆品中使用。表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力[5]显著下降的物质。胶原蛋白作为一种生物大分子,能与姜黄素发生较好的作用,形成复合物[6]。而表面活性剂与蛋白质或胶原及明胶(胶原改性产物)作用的荧光性质已有相关报道[7,8]。将胶原蛋白-姜黄素与表面活性剂等复配,可用于化妆品,而用荧光光度法研究胶原蛋白-姜黄素与不同表面活性剂作用的性质的工作未见报道。因此研究表面活性剂对胶原蛋白-姜黄素体系作用和影响有一定参考意义。
2 实验
2.1 仪器
荧光分光光度计,美国Cary Eclipse(瓦里安);电子天平(AL204),梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。
2.2 试剂
胶原蛋白(相对分子质量2000～4000 Da),铭让公司;姜黄素,十二烷基硫酸钠(SDS),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),吐温(TX 80),均为分析纯,成都科龙化工试剂厂。
2.3 实验方法
条件:激发波长278 nm,开始波长290 nm,停止激发350 nm,激发狭缝宽度5 nm,发射狭缝宽度5 nm,扫描速度为600 nm/min。
30℃下SDS、CTAB、TX与胶原蛋白-姜黄素的相互作用:用双蒸馏水配制100 mL胶原蛋白-姜黄素溶液(用0.1%的胶原蛋白(质量分数)的溶液作溶剂配制0.002%姜黄素(质量分数)的混合溶液)混合溶液。分别配制100mL 2%的SDS、2%的CTAB、2%TX 80的溶液。取胶原蛋白-姜黄素溶液2 mL于比色皿中,然后逐步加入10μL的SDS溶液配制成不同浓度的作用体系。以相同的方法分别研究CTAB、TX 80与胶原蛋白-姜黄素的相互作用。
3 结果与讨论
3.1 S DS与胶原蛋白-姜黄素体系的作用
从图1和表1可以看出,当加入阴离子表面活性剂SDS时,体系的荧光强度降低。胶原蛋白随SDS的加入,由于静电相互作用,可以形成类胶束或复合物,引起体系自聚,体系光谱发生变化。胶原蛋白在无SDS加入的情况下,在305 nm处有最大吸收峰,随着SDS溶液的逐次加入,SDS浓度逐渐增大,胶原蛋白-姜黄素的内源荧光发射强度逐渐降低,但最大发射峰位没有移动,峰形也没有改变,这表明SDS的加入使胶原蛋白-姜黄素的内源荧光有规律地猝灭,色氨酸和酪氨酸残基逐渐从疏水环境暴露到亲水环境中,该蛋白逐渐去折叠.说明在这一阶段,阴离子表面活性剂与胶原蛋白-姜黄素相互作用形成了离子缔合物从而导致荧光强度度减小。
3.2 CTAB与胶原蛋白-姜黄素体系的作用
从图2和表2可以看出,当加入阳离子表面活性剂CTAB时,体系的荧光强度降低。胶原蛋白-姜黄素中加入CTAB溶液,其荧光强度在305 nm处有不同程度的降低,这说明CTAB可能和胶原蛋白-姜黄素分子形成配合物,并产生静态猝灭[9]。因胶原蛋白-姜黄素有自然荧光的氨基酸可以看作大分子荧光体,大分子荧光体的转动速度慢,在发射光谱中仍有部份保留着吸光时的取向,可出现荧光偏振[10]。当胶原蛋白-姜黄素与CTAB有配合物的形成时,分子变性使蛋白质结构产生变化,通过降低偏振度而使荧光减小;同时CTAB的加人引起蛋白质变性,可使胶原蛋白-姜黄素由深层和内层向外层转移的幅度和可能性也更大,CTAB也可能会充分地与酪氨酸残基接近或发生配位键合作用,从而引起能量的转移而使荧光强度减少。
3.3 TX 80与胶原蛋白-姜黄素体系的作用
从图3和表3可知,在30℃,表面活性剂TX 80与胶原蛋白-姜黄素作用,荧光强度随着表面活性剂TX 80浓度的增加而增强。随体系中TX 80浓度增加,在305～307 nm出现最大荧光发射峰,且峰位和峰形不变。这是因为蛋白质分子与表面活性剂的增溶机理[11]。分散在表面的蛋白质分子与水溶性的表面活性剂TX 80形成胶原蛋白-姜黄素表面活性剂复合物,从而使胶原蛋白-姜黄素分子以复合物的形式进入水相。此时,表面活性剂与被吸附的胶原蛋白-姜黄素有强烈的相互作用。表面活性剂TX 80中的疏水基会使胶原蛋白-姜黄素的结构更加均一有序,有利于能量转移,疏水性增强,从而增强荧光强度。
4 结论
(1)水解胶原蛋白-姜黄素能与离子型表面活性剂(阴离子及阳离子表面活性剂),可通过静电作用,产生一定的荧光碎灭作用。
(2)非离子表面活性剂TX与胶原蛋白-姜黄素中的蛋白分子结合,具有增溶作用疏水性增强,从而增强荧光强度。
摘要：研究了十二烷基硫酸钠(SDS),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),吐温(TX)三种不同表面活性剂对胶原蛋白与姜黄素溶液的荧光性质的影响,测定在温度一定时,表面活性剂浓度逐渐增大的荧光性质。结果表明,在30℃时,胶原蛋白与姜黄素在表面活性剂的作用下,光谱图的最大波峰均在305～307nm处;并且荧光性质具有显著的的递变规律,即随着SDS和CTAB浓度递增,体系的荧光性质减弱,主要表现为静电力;而TX使其荧光性质增强,主要表现疏水力。
关键词：姜黄素,胶原蛋白,表面活性剂,荧光
参考文献
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猪皮中胶原蛋白美容价值的分析 篇9
猪皮是由表皮、真皮层、皮下结蹄组织构成, 在真皮层含有大量的胶原蛋白纤维, 其含量可占干物质的99%。猪皮中蛋白质含量可高达33%, 其中胶原蛋白含量为87.8%。胶原蛋白是一种高分子蛋白质, 由18种氨基酸组成, 其中甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸含量比较高, 是由3条肽链拧成螺旋形的纤维状蛋白质, 胶原蛋白是人体内含量最丰富的蛋白质, 占全身总蛋白质的30%以上。主要存在于人体皮肤、骨骼、眼睛、牙齿、肌腱、内脏 (包括心、胃、肠、血管) 等部位。在人体皮肤中, 其可与水结合, 具有很好的保水保湿作用, 它与弹力纤维合力构成网状支撑体, 提供真皮层坚定有力的支撑, 能使皮肤保持结实而有弹性。其功能是维持皮肤和组织器官的形态和结构, 也是修复各损伤组织的重要原料物质。随着年龄的增长, 胶原蛋白逐渐变性、断裂, 含量减少, 皮肤组织被氧化、萎缩、塌陷, 肌肤就会出现干燥、皱纹、松弛无弹性并变薄等衰老现象。因此说人的皮肤老化的确与胶原蛋白流失有密切的关系。
中国有句俗语“吃什么, 补什么”, 因此常理认为, 吃了富含胶原蛋白的牛蹄筋、猪蹄、猪皮、鸡翅、鸡皮、鱼皮及软骨等就等于吃到了胶原蛋白, 因此每次外出赴宴, 都会有人指着那盘猪蹄或猪肘子殷勤地对同桌的女士说:“女士多吃点好, 能美容。”这种说法是否正确?本实验试图通过对猪皮和猪肉中蛋白质必需氨基酸种类与含量的分析比较, 揭示食用猪皮能否直接高效补充人体皮肤的胶原蛋白, 促使人们能够形成正确健康的膳食美容观念。
材料
超市购买的带皮的新鲜猪肉。
主要仪器设备
恒温水浴锅、烧杯、高速冷冻离心机、层析缸、电磁炉、分液漏斗、滤纸;
50 ml量筒、精确电子天平、5 ml移液管、华氏喷雾器、吹风机、微型毛细管
实验方法
原材料的预处理
鲜肉冷冻后, 用小刀将皮肉剥离, 剔除皮下脂肪组织 (一定要剔除干净, 否则会影响实验结果) , 分别称取猪皮、猪肉各50 g, 分别切成10㎜×10㎜的小块, 用35℃清水冲洗干净, 再用4-5倍40℃温水和脱脂液 (8%Na2CO2溶液) 洗一次, 10 min后滤去温水, 再重复一次, 最后用清水再洗2次。
蛋白质的盐提
将预处理好的皮肉分别放入烧杯中, 加入等量的等渗盐水, 放置于60℃的恒温水浴锅中, 水浴加热1.5 h, 加热时不停地搅拌, 便于均匀受热, 直到用手就很容易把皮条扯断, 然后过滤, 得到蛋白质的悬浮液。
蛋白质的提纯
将制备好的溶液中加入等量25%的饱和硫酸铵溶液, 60℃加热5 min, 冷却至室温, 离心15 min (3000 r/min) , 弃去上清液, 即得到胶原蛋白粗制品。
胶原蛋白的水解
用酸解法水解蛋白质。分别量取相同量的猪皮和猪肉胶原蛋白粗制品, 然后加入相同量的6 mol/L盐酸, 在100℃的水中水解大致20 h。
胶原蛋白水解产物必需氨基酸的分离鉴定
取层析滤纸 (22×18 cm) 一张, 在纸的一端距边缘2-3 cm处用铅笔画一条直线, 在此直线上每间隔2 cm做一个记号;用毛细管蘸取少量氨基酸标准液分别点在这8个位置上, 用吹风机吹干后再点一次样。等滤纸上的液体干后, 用线将滤纸缝成筒状, 纸的两边不能接触。将点好液体的滤纸垂直放在里面有20 ml层析液的密封的层次缸中, 千万避免划横线的部分与层析液接触, 同时避免与层析缸两侧接触, 待滤纸浸湿处高度差不多到了15-20 cm时就拿出滤纸, 用铅笔在浸湿处扩展剂到达的地方画一条线, 吹干后, 用喷雾器在干的滤纸上喷上准备好的显色液 (茚三酮正丁醇溶液) , 然后用热风吹5 min左右就能看出每个层析出的斑点。将原蛋白水解液分别稀释一倍, 用上述同样的方法进行纸层析, 选取效果清晰的层析图, 与8种标准必需氨基酸的层析图进行比较, 即可能鉴定出水解样液中氨基酸的种类。
氨基酸含量的测定
采用茚三酮显色法。茚三酮配成的溶液能跟氨基酸发生作用生成紫色的物质。紫颜色的深或者浅与每种氨基酸的含量多少是呈正比的关系。可以通过观察反应颜色的深浅来比较猪皮胶原蛋白和猪肉蛋白质中所含有必需氨基酸相对含量的多少。
结果与分析
猪皮与猪肉中必需氨基酸种类的比较与分析
猪皮中含有的必需氨基酸种类
由图1可知:猪皮中含有6种人体必需的氨基酸, 即赖氨酸 (Lys) , 苯丙氨酸: (Phe) , 蛋氨酸 (Met) , 苏氨酸 (Thr) , 亮氨酸 (Leu) , 缬氨酸 (Val) ,
没有色氨酸 (Trp) 和异亮氨酸 (Ile) , 通过参考文献得知:含有的异亮氨酸 (Ile) 只有0.67%, 所以图中几乎没有显示出来。试验结果表明:猪皮胶原蛋白不含必需色氨酸, 也就是说猪皮胶原蛋白实际上是一种不完全蛋白。
猪肉中含有的必需氨基酸种类
由图2可知:瘦猪肉蛋白质中含有8种人体必需的氨基酸, 即赖氨酸 (Lys) , 苯丙氨酸: (Phe) , 蛋氨酸 (Met) , 苏氨酸 (Thr) , 亮氨酸 (Leu) , 缬氨酸 (Val) , 色氨酸 (Trp) 和异亮氨酸 (Ile) 。实验结果表明:试验结果表明:猪肉胶原蛋白中含有8种必需氨基酸, 也就是说猪肉胶原蛋白是一种完全蛋白, 营养价值高。
讨论
由于猪皮胶原蛋白中含有的必需氨基酸的种类与含量均比猪肉中低, 并且猪皮胶原蛋白的食用率也没有猪肉蛋白质高, 所以食用猪皮并没有特殊的美容价值, 甚至还不如猪肉的美容价值高。并且胶原蛋白都是大分子的不完全蛋白质, 不能被人体直接吸收, 这些蛋白质经过人体的蛋白酶分解后变成了多肽、氨基酸, 再被人体吸收, 合成了新的蛋白质。所以大多数人认为的食用猪皮中胶原蛋白能更高效补充人体皮肤胶原蛋白这种观点是错误的。
水解胶原蛋白及其表征的研究进展 篇10
胶原蛋白是自然界最丰富的蛋白质之一,是一种生物性高分子物质,是白色、不透明的纤维性蛋白质。胶原蛋白几乎存在于动物机体的一切组织中,并且富含于动物的结缔组织:如皮、骨、肌腱、韧带、血管等,为这些结缔组织提供一定的结构和机械力学性质。可以说,胶原蛋白是一切动物的生命支架。
1.1 胶原蛋白结构
胶原蛋白的基本分子单位为胶原,分子量约为300KD,是由三条α多肽链组成的三股螺旋结构,这是胶原蛋白最普遍的结构特征。每一条α-肽链都是左手螺旋构型,并由多达300个以上的Gly-X-Y三联体重复构成,两端连接具有不同结构的其它小片段。其中X、Y是Gly之外的氨基酸残基,但X通常是Pro,Y通常是不由DNA碱基密码子编码的羟基脯氨酸(Hyp)[1]。3条左手螺旋链交叉相互缠绕成右手螺旋结构,即超螺旋结构构成了胶原蛋白独特的三重螺旋结构。另外,肽链间的范德华力、氢键和二硫是维持胶原三股螺旋结构稳定的主要作用力[2]。
1.2 胶原蛋白的用途
胶原蛋白是一种结构蛋白,具有良好的细胞粘附性能,与细胞结合对细胞迁移、胶原分解代谢以及血小板凝聚等也具有一定的作用。另外对动物副产物的综合利用,治理环境污染,都具有十分重要的意义。胶原蛋白具有优良的生物相容性、低抗原性以及吸收性,因此被制成胶原溶液、胶原膏剂、胶原胶囊、胶原复合材料等,广泛用于化妆品、生物制药和组织工程等领域。
制革固体废弃物中虽然蛋白质含量高却因含有有毒物质铬长期以来只能作为垃圾废弃。以绝干铬革屑计算,其中含胶原蛋白质90%左右。这样大量的胶原蛋白被丢弃,最终导致了严重的环境污染[3],因而应该引起高度的重视。近些年来,对制革固废提取胶原蛋白有了一定的研究,并将提取出来的胶原蛋白用于轻工业、农业等各方面,这样既可以减轻铬革屑的污染,也可以充分利用其价值。李曼尼[4]等研究了,含铬革屑经酸或碱水解后,胶原蛋白水解物多肽可与丙烯酸类单体接枝共聚,可做皮革复鞣填充剂。王志杰[5]等从皮革废弃物中提取胶原蛋白,然后与植物纤维混合抄片,发现胶原蛋白使得纸张的物理性能有了较为显著的提高。
2 胶原蛋白的提取
近年来,有关从铬革屑中提取胶原蛋白的研究,对于一些基础问题国内外的研究者早已作了较深入研究,并取得了一定进展[6,7]。对于废革屑的利用,主要是采用酸、碱、酶以及两种混合的方法来提取胶原蛋白。
2.1 酸法
酸法提取是采用酸浸泡后再经提纯得到胶原蛋白的方法。在酸性条件下铬配合物会发生解离,使配合物的分子变小,失去鞣制作用,从而达到脱铬提取胶原蛋白的目的[8]。一般采用浓的酸溶液处理铬革屑,高浓度的氢离子(H+)可封闭胶原的羧基,可以削弱胶原羧基与铬配合物的结合[9]。沈菊泉[10]等采用酸法从牛皮中提取胶原蛋白,研究不同条件对胶原蛋白提取的影响。得到了采用0.5 mol/L乙酸作介质,料液比1∶30,温度为32℃时提取6 h为最佳酸法提取牛皮胶原蛋白条件。Yan mingyan[11]等研究了从鳕鱼皮中采用酸法提取胶原蛋白,并通过氨基酸组成和SDS-PAGE电泳实验来说明提取出来的胶原蛋白为Ⅰ型蛋白。最后测定了其变性温度和收缩温度(T)分别为24.6℃和47℃。尽管酸法提取的胶原蛋白的提取率远高于碱法与酶法,但胶原分子降解过大,只会得到低级胶原和低聚肽,所得产品的分子量较小。在酸提取的过程中,铬与胶原的分离不彻底,导致提取出来的胶原中铬含量偏高,并且所用的酸会腐蚀设备。
2.2 碱法
碱法是利用羟基与铬的配位能力远远大于胶原羧基与铬的配位能力这一性质来脱铬进而提取胶原蛋白的。碱液中的OH-进入铬络合物内界,将胶原羧基从铬络合物中取代进来,使胶原脱铬且同时发生一定程度的降解,铬则与OH-结合形成Cr(OH)3沉淀,达到胶原溶液与Cr(OH)3沉淀分离,提取胶原蛋白[12]。曹健[13]等采用碱法水解脱铬革屑制备胶原水解产物,得出结论为碱法水解的最佳条件为Ca O用量4%(w/w)、反应时间l h、反应温度60℃、液-料比为7,在此条件下,胶原水解产物的收获率为55.03%。梁文伟[14]等通过Na OH在较高的温度下水解皮屑,采用正交实验方法确定了从皮革固体废弃物中提取胶原蛋白的最佳工艺:氢氧化钠用量9%、水解时间6 h、水解温度120℃,此条件下胶原提取率可达87.45%。王学川[15]等采用碱性较弱的Mg O从铬鞣废革屑中提取胶原蛋白,然后对其进行羧甲基化、酰氯化改性和金属离子沉淀得到胶原蛋白凝油剂。这是碱法水解提取的胶原蛋白的一种新应用。碱处理法操作简便,脱铬率比酸法高,但得到的胶原发生一定程度的水解,分子量较小。在使用碱法提取胶原蛋白时周期比较长、污染严重、石灰耗量也较大,而且含羟基、巯基的氨基酸全部被破坏,产物也会发生消旋作用。
2.3 酶法
在最初的研究中用酶水解铬革屑,使革屑中的铬络合物与蛋白质脱鞣,分离出铬盐和已部分水解的胶原。张莹[16]等对酶处理法提取胶原蛋白进行了探索,研究了各种因素对从废革屑中提取胶原蛋白的影响,不同的酶提取得到胶原蛋白的效果不同,纤维素酶的效果最好。王碧[17]等采用单一酶和复合酶从皮边角废料中提取得到不同分子量分布范围的胶原蛋白及多肽样品,对这些样品的功能特性进行了测定。酶法脱铬专一性强,反应时间短,不腐蚀设备,能耗低,收率高,氨基酸不破坏,水解物也比较稳定,是高效、清洁、无污染回收胶原蛋白的较佳方法。但酶法处理前要先脱铬,工序较多,成本也较高[18]。
2.4 混合法
为了弥补酸、碱和酶水解的缺陷,国内外很多学者开始研究将上述方法进行组合来优化水解提取胶原蛋白以达到较为理想的效果。其中包括酸碱交替法,酸-酶法,碱-酶法等。
2.4.1 酸碱交替法
单用酸或碱处理铬鞣废皮屑脱铬制取明胶,都只能获得低级的明胶。而采用酸碱交替处理法,脱铬率会有一定的提高,并且可以得到稳定性和质量更高的高附加值的胶原产品。但是该法繁琐复杂,到现在研究很少。裴海燕[19]等采用酸碱交替的方法,得出结论无论是酸或碱的量过多或过少都会影响胶原蛋白的提取率,因而说明这种方法是可行的。但是成本较高,适用于对铬含量要求比较苛刻的行业。
2.4.2 酸-酶法
酸-酶法提取胶原蛋白,主要是先用酸处理进行脱铬,然后再使用酶水解,将酸没有脱掉的铬进行补充脱除,提高提胶率和脱铬率。胡杨[20]等首先使用草酸处理铬革屑脱铬,然后使用酶水解提取胶原蛋白。得出最佳用酶为工业胰酶,并且酶处理阶段的最佳条件为:工业胰酶用量1.0%、反应时间15 min,在此条件下的酸-酶结合法总脱铬率可达90.68%。刘苏锐[21]等采用酸膨胀-胃蛋白酶降解的方法,从猪皮中提取Ⅰ型胶原蛋白。先用酸膨胀处理10~15个小时,待皮膨胀均匀后采用双蒸水打浆,然后用胃蛋白酶水解提取胶原蛋白。
2.4.3 碱-酶法
碱-酶处理法是在碱处理法的基础上经过改进而得到的方法。在提取胶原时,先用碱对铬革屑进行预处理,然后再用酶进行第二次处理,这样可增加胶原的提取率以及脱铬率。Taylor M.M.[22]等先用Mg O处理铬革屑制取明胶,再用碱性蛋白酶处理铬革屑渣制取水解蛋白质,蛋白质回收率可达80%,明胶质量也有较大提高。强西怀[23]等先用氧化钙和氧化镁提取明胶,再使用1398中性蛋白酶水解残渣提取蛋白质多肽。得出最佳的工艺条件是:氧化钙3%,氧化镁3%,H2O 300%,水解温度80℃,反应时间4 h,提取明胶的效率超过40%;当酶用量是0.125%,水解温度46℃时,提取蛋白质多肽的效率可以达到20%。P.Mokrejs[24]等在使用酶法水解铬废物时,加入Mg O作引发剂,再利用三步洗提法,调节所需p H值将残余铬泥中的Mg分离出来,有效率达84%。
3 胶原蛋白的结构表征
3.1 红外吸收光谱分析
红外吸收光谱(FTIR)是由分子不停地作振动和转动运动而产生的,分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动,多原子分子可组成多种振动图形。通过红外光谱的测定,可以与标准物质进行对比,得出新物质的红外光谱分析。Chen Yujie[25]等采用FTIR光谱在150 mg KBr含1.5mg胶原的压片上进行,采集(扫描)速度为4 cm-1,波长从4000到400 cm-1。证明了蛋壳膜胶原很好地保持了其三重螺旋结构,有较高的热稳定性。蛋壳膜胶原与其他来源的胶原有相似的特性。朱亮[26]等将胶原溶液真空干燥成膜直接进行红外检测。结果可以看出标准的Sigma I型胶原的红外谱图中的主要峰在所提取的胶原蛋白的红外谱图中都有所体现,充分说明了新鲜猪皮的提取物为I型胶原蛋白。
3.2 紫外可见光谱分析
紫外可见光谱(UV)的基本原理是,用不同波长的近紫外光(200~400 nm)依次照一定浓度的被测样品溶液时,就会发现部分波长的光被吸收。张俊杰[27]等采用紫外可见光谱扫描的结果证明鱼皮胶原蛋白在228 nm有一最大吸收峰,与资料报道的胶原蛋白吸收峰位于225 nm附近位置是一致的,因而可以充分说明提取物为胶原蛋白。李贺[28]等采用紫外可见分光光度计进行测定,利用胶原蛋白中含有酪氨酸和苯丙氨酸,这2种氨基酸具有敏感性的发色团,在300 nm以下波长存在最大吸收。最后测定出胃蛋白酶提取猪皮胶原的紫外最大吸收在231.8 nm波长处,符合胶原蛋白的特性。
3.3 原子力显微镜分析
原子力显微镜(AFM)技术日益发展,现在已成为分辨生物样品的一项强有力的工具。原子力显微镜分辨率高、结果直观清晰,可用于深入观察胶原纤维的微观结构,在分子水平上探讨胶原的特性,是一种新的研究方法。刘苏锐[22]等采用原子力数字显微镜,在室温下空气中进行,轻敲模式记录形貌图,探针为氧化Si3N4,悬臂长度135μm,曲率半径15 nm,力常数20 N/m。取适量胶原溶液,滴于新鲜剥离的云母片上,空气中旋转干燥20 min,置于样品台上观测,观察了所提取的Ⅰ型胶原蛋白的形貌结构。
3.4 差示扫描量热仪检测
差示扫描量热仪(DSC),测量的是与材料内部热转变相关的温度、热流的关系,应用范围非常广,特别是材料的研发、性能检测与质量控制。沈菊泉[10]等采用胶原的DSC分析,称取(2~3)mg冻干胶原蛋白样品及SigmaⅠ型标准原蛋白,密封于DSC坩锅中,以空坩埚为参比,以5℃/min的升温速率在10~100℃温度范围内测定DSC曲线。通过曲线对比可以确定所提取的牛皮胶原蛋白为典型的I型天然胶原蛋白。Chen Yingjie[25]等采用DSC分析显示蛋壳膜胶原蛋白的热变性温度是55.10℃,在提取后蛋壳膜中胶原蛋白保持着分子间的交联,可以肯定的说蛋壳膜中的胶原蛋白是典型的Ⅰ型胶原蛋白。
4 胶原蛋白分子量的测定方法
4.1 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法(SDS-PAGE)
十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法(简称SDS-PAGE)可以消除不同蛋白质分子的电荷效应,使蛋白质按照分子量大小分离。通过与胶原蛋白标准品的电泳条带进行比较来鉴别胶原蛋白。付步芳[29]等采用SDS-PAGE来鉴别胶原蛋白及分析杂蛋白含量,实验结果表明,胶原蛋白电泳条带与I型胶原蛋白标准品进行比较,其电泳条带应一致。杜红丽[30]等采用SDS-PAGE电泳,将自提的CⅡ与标准CⅡ进行比较,结果条带一致。进行电泳时,分子量较小的较容易落下,相反的分子量较大的则卡在起点附近。虽然较大的电压可以缩短实验的时间,却会得到较模糊的结果,因此实验时间较长。
4.2 凝胶渗透色谱法(GPC)
凝胶渗透色谱法(GPC)又称分子尺寸排阻色谱法(SEC)。A Ritter[31]等使用GPC(SEC)法通过循环测试程序测试了六种不同物质的平均分子量,其测定结果重复性很好。陈秀金[32]等采用凝胶过滤色谱法测定了不同酶解条件下所得脱铬革屑胶原水解产物的分子量及其分布。由于GPC(SEC)测定分子量需要用与待测物质的结构类型相似的标准品先做标准曲线,但有些标准样品不易找到甚至有的价格相当昂贵,而且所测的分子量也只是相对分子量。因此寻求一种直接快速测定分子量的方法才是分子量测定技术发展的必然方向。
4.3 多角度激光光散射-凝胶渗透色谱法(GPC-MALLS)
GPC可提供分子质量及其分布情况,但该方法属于相对测量方法,测量结果与实验条件相关,从而使得不同实验条件测得的实验结果只能近似对比。多角度激光散射法(MALLS)是用来测量聚合物重均分子质量的。因而GPC与MALLS联用便可测量分子质量及其分布,不用标准物质作校准曲线,可直接测量。Ye Hongping[33]等采用GPC-MALLS同时测定蛋白质的聚集、降解以及绝对分子质量。Ming-Hsuan Chen[34]等利用该方法和传统GPC法测定比较了聚合直链淀粉和支链淀粉的分子量及其分布,表明GPC-MALLS法测量时间短、重复性较好、结果更精确。
4.4 基质辅助激光解吸-飞行时间质谱法(MALDI-TOF-MS)
MALDI-TOF-MS是一种无碎片质谱,可以分析非挥发性的、极性的、热不稳定的化合物。用MALDI-TOF-MS测定水解胶原蛋白分子量分布可以直接、快速地得到样品中水解胶原蛋白的相对分子量和分子量分布,可以减少样品的用量,缩短分析时间,提高测试准确率和效率。徐昕荣[35]等应用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)快速测定了水解胶原蛋白粉的分子量。分别以α-氰基-4-羟基肉桂酸、2,5-二羟基苯甲酸和芥子酸为基质,在正离子模式下对水解胶原蛋白粉分子质量分布进行测定。
4.5 高效液相色谱与电喷雾-质谱联用技术(HPLC/ESI-MS)
高效液相色谱与电喷雾-质谱联用法(HPLC/ESI-MS)是利用质谱灵敏、专属、能提供分子量和结构信息的特点,将高效液相色谱和电喷雾-质谱联用的一种方法。最近由于电喷雾质谱(ESI)的发展,可以用于测定1~20万分子量的蛋白质,而且只需要少量蛋白质试样,快速、灵敏,精确度可以达到0.1%~0.01%。王一红[36]等采用HPLC-MS法,直接用乙腈∶水∶甲酸(5∶95∶0.1,v/v/v)为流动相进行反相液相色谱分离,然后用电喷雾ESI源,在正离子模式下建立了18种游离氨基酸的测定方法,通过选择反应监测(SRM)方式对18种氨基酸的母离子及子离子进行监测,并用三级四极质谱测定。测得结果回收率为95%~104%,相关系数0.9931~0.9999,检出限为0.5~8 mol/m L。林炜[37]等采用HPLC/ESI-MS测水解胶原的分子量。水解胶原样品溶解后,用高分辨双聚焦有机磁质谱仪测定其分子量。
5 结语与展望
制革固体废弃物中富含的胶原蛋白是一种用途广泛的可再生资源。现在人们对铬革屑中胶原蛋白的提取、结构表征、分子量测定方面的研究已经相当成熟,只是酸、碱、酶法水解胶原蛋白的提取方法在分子量控制方面还有一定的欠缺,而且提取出来的胶原蛋白分子大小和分布很不均匀,限制了进一步工业化应用和产品的开发。因而我们应选择不同的酶、酸碱p H控制、以及引入激活剂/抑制剂的方法控制酶活力的释放,在此基础上控制水解条件,从而可以有效地控制胶原蛋白的分子量。在胶原蛋白分子量的控制上取得一定的研究进展。
目前从铬革屑中提取的胶原蛋白的绿色化、高值利用,还有待于进一步的研究。随着对胶原的性能、纯度、提取分离工艺以及对化学修饰、复合胶原蛋白材料开发的进一步研究,胶原蛋白类产品将会被越来越广泛地应用于制革、造纸、污水处理、生物材料等领域。
摘要：本文简单介绍了胶原蛋白的结构和用途,总结了提取胶原蛋白的方法。归纳了胶原蛋白的结构表征方法,阐述了胶原蛋白分子量的测定方法,为胶原蛋白的应用提供了一定的依据。最后,本文还对胶原蛋白分子量的控制进行了展望。
胶原蛋白的保健忽悠 篇11
如果能从体外补充胶原蛋白，让皮肤中的胶原蛋白数量保持不变甚至上升，不就能让皮肤永葆青春吗？
于是，市场上出现了各种各样的胶原蛋白保健品，号称吃了它，就能补充皮肤中的胶原蛋白，让皮肤焕发青春。这种产品是从国外传进来的，但是与国人“吃什么补什么”的传统观念不谋而合，很快成了国内保健品市场上的宠儿。
胶原蛋白是一种蛋白质，蛋白质进入消化道后，先被一些蛋白酶切割成一个个由氨基酸组成的小片段，叫做多肽。多肽再进一步被切割成更小的片段，成为三肽（由三个氨基酸组成）、二肽（由两个氨基酸组成）和游离的氨基酸，然后被吸收进小肠黏膜细胞中。在那里，三肽、二肽进一步被肽酶降解成游离的氨基酸，和其他氨基酸一起被吸收进血液中。
氨基酸随着血液被送到全身各个地方，参与各种生理过程，当然也包括在皮肤中合成新的胶原蛋白。所以吃胶原蛋白，和吃别的蛋白质没有区别，并不能被人体直接吸收利用，最终都是被消化成氨基酸才被吸收，并不能对皮肤起到特殊的保健作用。
因此，为了掩人耳目，有些保健品厂商就耍了点“高科技”花样，改卖胶原蛋白肽了。他们的理由是，胶原蛋白因为分子量太大没法被人体直接吸收，但是如果先在体外分解成分子量很小的多肽片段，不就可以被直接吸收了吗？有的厂家甚至卖三肽胶原蛋白，意思是已把胶原蛋白都降解成了三肽，而三肽是可以被直接吸收到小肠黏膜细胞里的。
这个说法很容易迷惑人，连有的所谓专业人士也觉得不无道理。
但是，吃胶原蛋白肽和吃胶原蛋白的结果不会有任何区别。因为胶原蛋白吃下去，也要在消化道内先变成胶原蛋白肽，胶原蛋白肽保健品不过是把在体内发生的消化过程第一步给跳过而已。消化道内的蛋白酶也不会因为你吃的是胶原蛋白肽就放过它，而不对之做进一步的降解。所以，吃下去的胶原蛋白肽，最终还是要被消化成氨基酸才被吸收进血液里，即使是三肽，在小肠黏膜细胞中也要被降解成氨基酸。
少量的胶原蛋白肽有可能躲过消化，从肠道的淋巴或损伤处进入血液循环，但即便如此，哪怕它们不会作为外来的抗原引起过敏，也无法用来补充皮肤中的胶原蛋白。
市场上还有胶原蛋白护肤品，那同样不能起到保健皮肤的作用。道理很简单，胶原蛋白是大分子，无法穿透皮肤进入体内。
胶原蛋白与胶原蛋白肽 篇12
胶原广泛存在于哺乳动物体内,占整个体内蛋白总量的30%。其基本结构单位是原胶原又叫胶原分子,由三条α链组成,每条α链自身卷曲成不规则的左手螺旋,三条α链借氢键作用又以右手螺旋的方式相互盘绕形成三股螺旋结构。通常分为三种类型I、II、III,其中I型长300 nm,直径1.5nm。当前,胶原蛋白的主要用途有化妆品、皮革助剂、生物医用材料、动物饲料等。最近几年,研究人员又将其用于微胶囊药物缓释技术,开拓了胶原蛋白利用的新方向。然而,胶原蛋白提取过程中,由于分离纯化及加工处理复杂,得到的胶原蛋白交联密度小、纤维大小不等具有多样性。并且纯胶原干燥后质地脆,成膜能力并不强,其膜延伸性低,易干裂,抗水性差,遇水易溶涨,在体内易降解,潮湿环境易受细菌侵蚀而变质,耐酶解性能差。因此,胶原材料需要根据产品性能需要选择合适方法进行改性。胶原的化学改性方法可归纳分为交联改性和接枝改性两大类。
2 交联改性
交联改性是指胶原分子内部和胶原分子间通过共价键结合实现提高胶原纤维的张力和稳定性的目的[1]。交联涉及胶原中赖氨酸、羟赖氨酸、组氨酸等残基。交联改性按交联键发生的位置不同可分为分子内交联和分子外交联。分子内交联是在同一个螺旋内两条肽链之间形成的交联键,这类交联键主要影响交联产物的变性温度和拉伸强度等性能;另一种是分子间交联,它是在两条相邻的螺旋间的肽链中形成交联键。这类交联键主要影响交联产物的溶胀性和表面延伸性。当两条微纤维之间的距离小于交联剂分子的长度时,交联也可以在两条相邻的微纤维之间发生。胶原蛋白之间形成交联不但提高分子量,而且可以增加改性物的反应性能。
常用的交联剂有戊二醛、碳化二亚胺、环氧化合物、乙醛酸、含二硫化合物的二羧酸化合物、酰基叠氮化合物、1,6-己二异氰酸酯、环烯醚萜类化合物、金属络合物等。
2.1 戊二醛(Glutaraldehyde,GTA)
戊二醛是最早且最常用的一种交联剂,具有水溶性、双官能团、低价格的特性。对胶原进行交联改性时,戊二醛浓度对交联作用有一定的影响。高浓度的戊二醛比低浓度的交联效果要差。用低浓度的戊二醛处理胶原纤维不会改变胶原纤维的原始形状,但对物理、化学稳定性有明显的改善。
曹健等[2]利用戊二醛对胶原蛋白进行改性,研究了p H值、戊二醛用量、反应时间、温度等对改性的影响。试验结果表明:改性反应的最佳条件为:p H值为8、戊二醛体积分数2%、反应时间1.5 h、温度60℃。也就是说,在此条件下,改性后胶原蛋白的乳化性和乳化稳定性都最好,分子质量变大。
2.2 碳化二亚胺(EDC)
EDC不作为联接的一部分滞留在交联物分子中,而是转变为具有极低细胞毒性的水溶性脲衍生物,所以这种方法可以避免解聚作用和残留有毒性物质的释放[3]。EDC具有良好的水溶性,改性时不引入外源物质,且没有或仅有较少的细胞毒性,能提供有效交联。
Park Si-Nae等[4]采用EDC和GTA交联胶原/透明质酸多孔支架材料,通过酶解试验和细胞毒性试验得出,用EDC处理的材料显示了很强的抗酶解性能,且无明显的毒性。
2.3 环氧化合物
环氧基中电荷的极化和环氧环张力的存在,使得环氧基具有极高的反应活性。它易与含有活泼氢原子的基团,如胺基、酚羟基、羧基、巯基、羟基、酰胺基等发生反应。在碱性条件下,胶原中赖氨酸的ε-胺基是胶原氨基酸残基侧链中最具反应活性的官能团[5]。胺基属强亲核试剂,含活泼氢,在室温下就能与环氧基发生反应,伯胺基比仲胺基的反应活性大得多。碱催化开环是SN2反应主要靠试剂活泼,胺基作为强亲核试剂进攻环氧基中取代基较少的环碳原子。在酸性条件下,易受到胶原中谷氨酸或天冬氨酸中亲核羧基阴离子的进攻,形成酯键。首先,环氧基的氧原子被酸质子化,带正电荷,会吸引环碳原子上的电子,削弱C-O键,并使环碳原子带上部分正电荷,增加与亲核试剂结合的能力,胶原中羧基就向C-O键的碳原子背后进攻,发生SN2反应。由于环碳原子上的给电子基分散了碳上的正电荷而更稳定,故羧基进攻取代基较多的环碳原子,生成β开裂的异常加成物[6]。
2.4 乙醛酸(Glyoxylic a cid)
乙醛酸是最简单的醛酸,兼有酸和醛的性质,酸性较强具有刺鼻的气味。乙醛酸的羧基和醛基都比较活泼,羧基能形成盐、酯、酰胺等,与过渡金属离子反应形成比较稳定的配位键;醛基由于羧基的吸电子使其活性增强,易于反应[7]。
2.5 含二硫化合物的二羧酸化合物
在蛋白质分子中二硫键起着很重要的作用,正是由于二硫键的稳定性,蛋白质分子才能保持自己的结构,保持自己的生化特性。反应原理是硫醇官能团能和赖氨酸的ε-NH2官能团反应。
周磊等[8]采用γ-硫代丁内酯对胶原蛋白进行了硫代交联改性。系统研究了不同酸溶液、不同咪唑用量和不同的改性温度对胶原蛋白的相对分子量和粒子大小及分布的影响。实验结果证明,乳酸溶液中不能发生的交联改性,能够在醋酸溶液中很好地进行,在中性p H条件范围内,咪唑的用量对胶原蛋白改性的影响最大,温度的影响很小。
2.6 酰基叠氮化合物
酰基叠氮化合物被广泛用于交联富含胶原的组织。胶原的天冬氨酸或谷氨酸残基的羧基侧链基团转入到酰基叠氮化合物中,再与肼反应转换成酰基脲,然后和赖氨酸或羟赖氨酸残基上的伯胺基反应发生酰胺交联。酰基叠氮的交联物不宜钙化,并且不具有细胞毒性。但是,用酰基叠氮交联需要几天以上的反应和洗涤过程,工艺十分复杂。
2.7 1,6-己二异氰酸酯(HDI)
HDI与胶原的交联过程是:赖氨酸残基上主要的ε-氨基和亲核试剂反应后形成脲键,然后游离的异氰酸酯基团进一步与伯胺残基反应形成交联。两个异氰酸酯基分别与两个分子的氨基反应,以不同碳链长度的桥将其偶联,这类试剂的p H>7时的主要反应是与氨基甲酸酯反应形成脲,也可以在PH<7时与羟基反应形成氨基甲酸酯衍生物,水溶液中的副反应为可能通过疏水作用与蛋白质聚合。
2.8 环烯醚萜类化合物(京尼平)
环烯醚萜类化合物具有羟基、酯键等多种活性基团,具有自发与氨基酸或蛋白质反应的能力。根据反应观察和检测推测认为京尼平自发与氨基酸反应生成一个环烯醚萜的氮化物,再经过一个脱水作用形成一个芳香族单体,最后该单体可能由于自由基反应的二聚作用而形成环状的分子间和分子内交联结构。与其他改性剂相比,京尼平最大的优势在于其极低的毒性,据报道其细胞毒性比戊二醛小10 000倍,而暴露于京尼平的细胞增殖能力大约是戊二醛的5000倍。
丁克毅[9]以从栀子属植物的果实中提取的环烯醚萜类化合物京尼平为代表,研究其与皮胶原的反应性。采用UV、TLC等方法并结合已有的文献资料,探讨了京尼平与皮胶原的反应机理。用DSC法分析了京尼平的鞣制效果,并对最佳鞣制条件(京尼平的用量、鞣制时间、鞣液温度及p H值等)进行了筛选。结果表明:用干皮粉质量5%的京尼平,在p H=7.5左右鞣制24h后,其DSC曲线的Tg可达到85℃,同时皮粉被染成深蓝色。
2.9 金属络合物
李闻欣等[10]研究了用铬-铝络合物与胶原蛋白的羧基反应形成络合物。探讨用铬-铝络合物来对铬革屑的水解液进行改性,研制出一种胶原蛋白复鞣剂改性产品。应用试验表明:该胶原蛋白复鞣剂具有较好的鞣制复鞣填充作用,可促进对铬的吸收,所鞣制的坯革丰满、柔软、弹性好,粒纹清晰细致,对染料的吸收性好,着色均匀,收缩温度提高,废液中的含铬量降低。
3 接枝改性
接枝改性又叫做引入聚合物的改性。胶原为三股螺旋结构,构成肽链的氨基酸侧链基团位于螺旋外侧,这些侧链基团主要有胺基、羧基、羟基、巯基等,它们成为与其它化学物质发生反应的活性中心。带有活性基团的化合物易与这些活性中心接枝反应,加强了多肽之间的连接。用于胶原的接枝改性化合物主要有烯类单体和聚氨酯。其中烯类单体研究较早,应用普遍;聚氨酯接枝还属于研究探索阶段,工业化产品较少。烯类接枝共聚改性的单体包括丙烯酸(AA)、丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)以及丙烯氰(AN)。
3.1 烯类单体
利用烯类单体接枝改性胶原,改善胶原蛋白自身的许多缺点。烯类单体以用丙烯酸改性最多,反应机理类似。
苏德强、王坤余等[11]用DSC、TG和XRD等测试手段表征了接枝共聚物的结构和性质。当胶原浓度为15%、单体总量/胶原质量为60%、保温反应1 h且丙烯酸类单体AA、AM、BA和AN质量比为5∶1∶1∶1时,丙烯酸类单体的接枝率可达48.64%。
金勇等[12]从猪皮中提取皮胶原,采用IR光谱、UV-可见光谱确证了其结构,并测定其浓度为95.7%。实验结果表明:在弱酸性(p H=4.8)时,丙烯酸-丁烯醛共聚物与皮胶原之间的共价键作用最强。而在40~45℃时,丙烯酸-丁烯醛共聚物与皮胶原复合体系生成的沉淀最多。
贾鹏翔等[13]以过硫酸铵为引发剂,以马来酸酐和丙烯酸为主要原料制作复鞣剂,讨论了单体质量比、反应温度、时间等条件对产品性能的影响,得到了最佳反应条件。经该复鞣剂复鞣过的皮革与经商业化复鞣剂TGR复鞣过的皮革相比,表现出更好的粒面性能、丰满度、弹性及填充性能,可使皮革的收缩温度提高6℃,使皮革的透水气性能提高20%以上。
单云等[14]在水溶液中将胶原大分子吸附于氧化铝纳米粒子表面,确定了胶原大分子在氧化铝粒子表面的最佳吸附量以及探讨了接枝反应时间对接枝率、复合粒子的壳层厚度及红外发射率(8~14μm)的影响。
丁志文[15,16]研究了利用烯类单体对胶原蛋白进行改性,再与聚乙烯醇或聚丙烯腈共混制备胶原蛋白纤维纺丝液。研究了利用聚乙烯醇或聚丙烯腈对胶原蛋白进行改性分别制备得到了胶原蛋白-聚乙烯醇纤维和胶原蛋白-聚丙烯腈纤维[17,18]。
3.2 聚氨酯改性
用聚氨酯对胶原蛋白进行改性比聚乙烯醇或聚丙烯腈改性更有优势,可以克服胶原蛋白硬脆和可纺性能差的缺点,同时可以发挥聚氨酯柔软有弹性、胶原蛋白吸湿和染色性能好的优点,可开发新型的纤维产品和皮革涂饰剂产品。聚氨酯改性胶原蛋白涂饰剂所得薄膜具有良好的机械性能,耐腐蚀、耐曲挠、柔软有弹性,不但可以保留胶原蛋白涂饰剂与皮革相容性好、粘合力强、卫生性能好和能保持革的天然粒纹和手感的优点,而且可以引入聚氨酯涂饰剂的耐曲挠、柔软有弹性的优点,并可改善蛋白涂饰剂耐水性能差、弹性差和不耐湿擦的缺点。
庞晓燕等[19]选取具有不同侧链基团的氨基酸和甲苯二异氰酸酯,在催化剂存在的条件下进行液固反应,观察反应情况,用红外光谱对反应物进行表征。通过红外谱图及理论分析讨论得出,氨基酸中活性基团和甲苯二异氰酸酯中异氰酸酯基团的反应顺序,为聚氨酯改性胶原蛋白提供一定的理论依据。
李伟、汤克勇等[20]研究了胶原蛋白接枝改性聚氨酯皮革涂饰剂,探讨了接枝改性过程中反应温度、时间、成盐亲水物质的量等因素对反应的影响。试验结果表明:在接枝反应中成盐亲水物质为单体质量分数的5.0%、反应温度80℃、反应时间2.5 h为最佳接枝反应条件。
4 结束语
胶原应用于实际生产总会有某些性能的不足,胶原的改性显得尤为重要,甚至可以决定胶原的应用领域和范围。胶原蛋白材料改性的研究大多集中于理论性质和半实用性方面,虽然已经有了极大的发展,并且已被作为关键技术之一备受重视,但是距广泛应用于工业生产这个目标还有相当的距离。当前关键问题是需要研究高性能改性技术和合适的改性方法,对胶原蛋白进行高性能改性,获得产品高附加值。
摘要：综述了胶原蛋白改性的两类化学改性方法:交联改性和接枝改性。阐述了每一种改性方法的机理和优缺点,并且总结了两种改性方法的最新研究成果。