水產(chǎn)動(dòng)物常用的膠原及其活性肽的研究現(xiàn)狀

水產(chǎn)動(dòng)物常用的膠原及其活性肽的研究現(xiàn)狀

明膠是動(dòng)物組織的主要成分。它是動(dòng)物體內(nèi)含量最高、分布最廣、具有免疫性質(zhì)的蛋白質(zhì)。廣泛應(yīng)用于皮革業(yè)、影像產(chǎn)業(yè)、制藥行業(yè)、糖業(yè)、生物材料和食品產(chǎn)業(yè)。最近,國(guó)外研究表明,膠原水解所得的膠原多肽不僅具有很好的消化特性,而且還具有許多生理活性功能,已引起研究人員的廣泛興趣。長(zhǎng)期以來(lái),人們都是使用豬、牛的皮和骨提取膠原蛋白和明膠。但因瘋牛病、口蹄疫等疾病的爆發(fā),使人們對(duì)牲畜膠原制品安全性產(chǎn)生疑慮。另外,由于宗教和習(xí)俗等原因,有些地區(qū)也不能使用牲畜膠原蛋白制品。因此,尋找膠原蛋白的新來(lái)源顯得愈來(lái)愈迫切。水產(chǎn)動(dòng)物尤其是其加工廢棄物——皮、骨、鱗中含有豐富的膠原蛋白,具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。本文將簡(jiǎn)要介紹來(lái)源于水產(chǎn)品加工廢棄物中的膠原蛋白及其活性肽的研究現(xiàn)狀和利用狀況。1關(guān)于產(chǎn)水生物的研究1.1日本黃尾魚(yú)肌肉膠原蛋白研究在魚(yú)的普通肉中,至少存在兩種膠原蛋白,即Ⅰ型和Ⅴ型膠原蛋白,它們被認(rèn)為是主要膠原蛋白和次要膠原蛋白。Nishimoto等研究了日本黃尾魚(yú)中普通肉和深色肉中的膠原蛋白,發(fā)現(xiàn)I型和Ⅴ型膠原蛋白為其主要膠原蛋白和次要膠原蛋白,這與Yata等的報(bào)道相符。研究表明,魚(yú)肌肉膠原蛋白對(duì)原料魚(yú)肉和烹飪魚(yú)肉質(zhì)地的形成非常重要,膠原蛋白含量越高,魚(yú)肉的質(zhì)地越硬。近年來(lái)魚(yú)肉的嫩化被認(rèn)為與V型膠原蛋白降解有關(guān),其肽鍵的破壞引起的細(xì)胞外周膠原纖維的裂解被認(rèn)為是肌肉嫩化現(xiàn)象的主要原因,這一現(xiàn)象已引起廣泛關(guān)注。1.2魚(yú)皮中膠原蛋白的含量人們對(duì)哺乳動(dòng)物的皮進(jìn)行了較多的研究與利用,而對(duì)魚(yú)皮利用的研究甚少。魚(yú)皮的蛋白質(zhì)含量很高,傅燕鳳等研究發(fā)現(xiàn),鰱魚(yú)、鳙魚(yú)和草魚(yú)魚(yú)皮的蛋白質(zhì)含量分別為25.9%、23.6%和29.8%,均高于各自相應(yīng)魚(yú)肉的蛋白質(zhì)含量:17.8%、15.3%和16.6%。而魚(yú)皮中的膠原含量最高可超過(guò)其蛋白質(zhì)總量的80%,較魚(yú)體的其它部位要高許多,有研究報(bào)道真鯛魚(yú)皮中膠原蛋白占粗蛋白的80.5%,鰻鱺則高達(dá)87.3%。從得率考慮,從魚(yú)皮中提取膠原蛋白具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。日本中央研究所測(cè)定了多種魚(yú)皮可溶性膠原蛋白的氨基酸組成,并與牛皮的氨基酸組成進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)魚(yú)皮膠原蛋白的羥脯氨酸和脯氨酸等亞氨酸含量比牛皮的低。此外,魚(yú)皮明膠與牛皮明膠相比,其固有的粘度、熱變性溫度均比較低。這和魚(yú)皮中羥脯氨酸含量較哺乳動(dòng)物皮的低有關(guān),因?yàn)槟z原蛋白的熱穩(wěn)定性和羥脯氨酸含量呈正相關(guān)性(見(jiàn)表1)。與哺乳動(dòng)物皮相比,魚(yú)皮膠原蛋白除了熱穩(wěn)定性比較低以外,另一顯著特點(diǎn)就是絕大多數(shù)真骨魚(yú)類(lèi)真皮的膠原含有其他脊椎動(dòng)物所沒(méi)有的第三條α鏈,即它是由三條異種α鏈所形成的單一型雜分子α1(I)α2(I)α3(I)組成,而不是[α1(I)]2α2(I)。1.3魚(yú)皮膠原蛋白的分子活性和溶解度在魚(yú)骨膠原蛋白中,至少含有兩個(gè)不同的α鏈—α1和α2鏈,這說(shuō)明骨中的主要膠原蛋白類(lèi)型是Ⅰ型膠原蛋白,即使存在α3鏈,由于電泳條件的限制也沒(méi)法使α3與α1分離開(kāi)來(lái)。據(jù)報(bào)道,魚(yú)皮和魚(yú)骨所含的Ⅰ型膠原蛋白是其主要膠原蛋白。Morimura等研究了黑石首魚(yú)和羊頭海鯛的骨和鱗的酸性膠原蛋白(ASC)的電泳類(lèi)型,發(fā)現(xiàn)在電泳譜帶上可以清楚地看到β、γ、α1和α2組分,且α1的分子量為130kDa,α2的分子量為110kDa,這與Ogawa等報(bào)道的這兩種魚(yú)皮的膠原蛋白的電泳類(lèi)型相似。與提取魚(yú)皮膠原蛋白不同,在提取魚(yú)骨膠原蛋白時(shí),常用EDTA溶液除鈣。Nagai等提取的骨膠原蛋白得率很高:如小鮪鰹42.5%;日本海鱸40.7%;香魚(yú)53.6%;黃海鯛40.1%;竹莢魚(yú)43.5%(均以干重計(jì))。來(lái)自日本海鱸、鮐魚(yú)、大頭鯊和眼斑鲀的皮膠原蛋白的變性溫度為25.0~26.5℃,而來(lái)自日本海鱸、小鮪鰹、香魚(yú)、黃海鯛和竹莢魚(yú)的骨膠原蛋白的變性溫度則為29.5~30.0℃?？梢?jiàn),骨膠原蛋白的變性溫度范圍整體上比皮膠原蛋白的變性溫度范圍要高。骨膠原蛋白和皮膠原蛋白在不同pH時(shí)的溶解度不同。這表明皮和骨膠原蛋白的分子特性和構(gòu)型存在差異。據(jù)報(bào)道,當(dāng)pH為2~5時(shí),膠原蛋白的溶解度最高;當(dāng)pH>6時(shí),大眼鯛皮膠原蛋白的溶解度比其骨膠原蛋白的高,表明皮膠原蛋白的交聯(lián)程度比骨的低。1.4氮、血和魚(yú)的鏈及交聯(lián)度魚(yú)鱗與魚(yú)骨同為鈣化組織,許多學(xué)者從同一種魚(yú)的魚(yú)骨和魚(yú)鱗中分別提取膠原蛋白,并將二者進(jìn)行比較。Kimura等研究了鯉魚(yú)的魚(yú)鱗和魚(yú)骨中的Ⅰ型膠原蛋白,發(fā)現(xiàn)魚(yú)骨膠原蛋白的提取得率比魚(yú)鱗膠原蛋白要高,分別為20%和7%,經(jīng)凝膠電泳檢測(cè)顯示,魚(yú)骨和魚(yú)鱗膠原蛋白均由兩種不同的α鏈—α1和α2構(gòu)成,同時(shí)還有少量與α1遷移速率相同的α3。在交聯(lián)度上,魚(yú)骨和魚(yú)鱗膠原蛋白則有顯著不同。魚(yú)鱗膠原蛋白主要由α鏈構(gòu)成,而魚(yú)骨膠原蛋白則包含相當(dāng)一部分β,γ和由α鏈分子內(nèi)和分子間交聯(lián)衍生而來(lái)的高度交聯(lián)鏈。與魚(yú)皮和魚(yú)肉膠原蛋白相比,魚(yú)鱗和魚(yú)骨膠原蛋白中含有較多的α3鏈,而魚(yú)鰾膠原蛋白中則沒(méi)有α3鏈,只存在(α1)2α2這種異三聚體。對(duì)可溶性膠原蛋白而言,α3鏈在鯉魚(yú)Ⅰ型膠原蛋白中存在組織專(zhuān)一性。對(duì)于(α1)2α2和α1α2α3的共同存在及它們之間的功能差異還需進(jìn)一步研究,目前還未分離出α1α2α3異三聚體。1.5小鼠骨、白的側(cè)皮亞胺psc和雙環(huán)[12鏈”提取魚(yú)鰭膠原蛋白時(shí)也需要用EDTA溶液除鈣。Nagai等報(bào)道以日本海鱸的尾鰭提取酸性膠原蛋白的得率很低,僅為5.2%,而酶促溶膠原蛋白(PSC)的得率卻很高,為36.4%。該魚(yú)的ASC的變性溫度為28.0℃,PSC為29.1℃,介于其皮的變性溫度(25.0~26.5℃)和其骨的變性溫度(29.5~30.0℃)之間。將這兩種膠原蛋白用SDS檢測(cè),顯示出不同的鏈如α,β,γ,且其內(nèi)部和中間交聯(lián)成分很少。這些膠原蛋白顯示出單一的α組合,為α1。盡管這些膠原蛋白含有α2鏈,但很少。這與黃海鯛和竹莢魚(yú)的骨膠原蛋白的特性相似。2黃尾魚(yú)的活性肽膠原多肽是膠原或明膠經(jīng)蛋白酶等降解處理后制得的具有較高消化吸收性、分子量約為2000~30000的產(chǎn)物,不具有明膠的凝膠性能。目前市場(chǎng)的的膠原幾乎都是膠原多肽。自1979年日本學(xué)者大島等確認(rèn)明膠來(lái)源的多肽具有抑制血壓作用以來(lái),大量研究表明膠原多肽具有多方面的生理功能。如:(1)蛋白質(zhì)消化吸收率幾乎達(dá)100%;(2)保護(hù)胃粘膜以及抗?jié)冏饔?(3)抑制血壓上升作用;(4)促進(jìn)骨形成作用;(5)促進(jìn)皮膚膠原代謝(美容效果)。(6)其它功能:膠原多肽還對(duì)關(guān)節(jié)炎等膠原病具有很好的預(yù)防及治療作用。國(guó)外尤其是日本對(duì)于水產(chǎn)膠原多肽研究得較多,主要是ACE抑制肽、抗氧化肽、促進(jìn)生長(zhǎng)活性肽、提高人體免疫肽及抗腫瘤肽等。Hee-Guk等通過(guò)水解阿拉斯加青鱈的魚(yú)皮,從其水解物中分離出分子量介于900~1900Da的肽片段,它具有ACE抑制因子的活性,并純化出氨基酸組成分別為Gly-Pro-Leu、Gly-Pro-Met的肽片段,其IC50值分別為2.6μmol/L和17.13μmol/L。日本合成化學(xué)公司和京都大學(xué)農(nóng)業(yè)部吉川正明助教授共同開(kāi)發(fā)出ACE抑制肽類(lèi),它是從東方狐鰹魚(yú)水解物中分離而得到的產(chǎn)物。現(xiàn)已證實(shí),在東方狐鰹魚(yú)水解物的復(fù)合肽中有10多種肽具有ACE阻礙活性,它們被認(rèn)為是目前外源性ACE抑制肽中活性最強(qiáng)的肽類(lèi),現(xiàn)已用兔子證實(shí)了該肽類(lèi)對(duì)ACE的強(qiáng)抑制作用。Fahmi等用一種堿性蛋白酶將海鯛魚(yú)鱗膠原蛋白水解,所得肽的混合物具有ACE抑制活性,其IC50為0.57mg/ml,原發(fā)性高血壓大鼠每天口服300mg/kg體重這種混合肽后,血壓顯著降低(P<0.05)。用色譜法從該混合肽中分離出4種ACE抑制活性較高的肽,其氨基酸序列分別為Gly-Tyr,Val-Tyr,Gly-Phe,Val-Ile-Tyr。Joen等用超濾技術(shù)對(duì)鱈魚(yú)蛋白水解物進(jìn)行分離純化,獲得3個(gè)肽片段,10~30kDa的肽片段具有優(yōu)良的乳化特性和攪打性能;分子量介于3~10kDa的肽片段,其抗氧化性能很高;而分子量<3kDa的肽片段,具有優(yōu)越的ACE抑制因子的功效。Morimura等在研究來(lái)自漁業(yè)廢棄物的膠原蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn),黃尾魚(yú)的骨膠原酶解物是平均分子量為350的肽,這種肽具有顯著的抗氧化活性和潛在的降血壓活性,其IC50值為0.16mg/ml和0.41mg/ml。鯖魚(yú)的筋肉經(jīng)酶處理,把未分解的蛋白和脂肪去除.用超濾法對(duì)肽進(jìn)行分離和精制,所得鯖魚(yú)肽具有免疫活性、血小板凝集抑制、抗腫瘤等作用,是一種具有重要生理價(jià)值的藥用活性肽。3水生百合及其活性物質(zhì)的應(yīng)用3.1魚(yú)明膠的提取膠原蛋白含有多種氨基酸,易消化,是食品工業(yè)中的重要原料。目前主要產(chǎn)品有食用明膠和可食性腸衣。研究表明,用膠原膜包裝肉食具有抗氧化性,能使肉食品的顏色保持鮮亮。水產(chǎn)膠原蛋白中應(yīng)用較多的是魚(yú)皮膠原蛋白,利用魚(yú)皮膠原蛋白可生產(chǎn)新型的膠原多肽、氨基酸口服液、膠原蛋白飲料等保健食品。如鮭魚(yú)皮明膠的絲氨酸含量較高,磷酸化后的鮭魚(yú)明膠有促進(jìn)人體鈣吸收的效果,可用作老年人的保健食品。趙玉紅等將鰱魚(yú)副產(chǎn)物(魚(yú)頭、魚(yú)皮和魚(yú)骨刺)中的蛋白質(zhì)加酶水解,得到的水解產(chǎn)物易利用易吸收,可廣泛應(yīng)用于臨床營(yíng)養(yǎng)、老年人保健食品和運(yùn)動(dòng)員營(yíng)養(yǎng)食品。膠原蛋白具有較高的粘度、乳化性,可生產(chǎn)一些功能性食品添加劑,如粘合劑、增稠劑、絮凝劑、乳化劑等。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,魚(yú)明膠用量最多的是在飲料工業(yè)中作為澄清劑,特別是作為發(fā)酵后除去酒液中一些膠體懸浮物的最佳澄清劑。在20世紀(jì)80年代初,僅英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)所用作啤酒澄清劑的魚(yú)明膠約為500t。目前我國(guó)一些啤酒廠家也開(kāi)始用魚(yú)明膠作為啤酒的澄清劑。膠原多肽由于具有優(yōu)越的加工特性和生理功效,可用于開(kāi)發(fā)多種保健制品。特別是它所具有的美容效果和預(yù)防關(guān)節(jié)炎以及骨疏松癥效果,可以開(kāi)發(fā)出美容飲料和預(yù)防骨疏松癥的保健食品。在日本,膠原食品已被作為健康食品推向市場(chǎng),已經(jīng)有膠原多肽、氨基酸口服液等保健性食品上市,但我國(guó)在此方面還是空白。3.2膠原膠囊的制備由于膠原具有弱的抗原性、生物可降解性,并對(duì)血小板有凝聚作用等,因此膠原可作為生物材料用作心臟瓣膜、創(chuàng)傷和燒傷修復(fù)材料、止血?jiǎng)⑷斯てつw、固定化酶和提取膠囊等。用魚(yú)鱗膠與其他明膠混合使用,用于制造膠囊,例如魚(yú)肝油膠囊和維生素膠囊,在胃中幾分鐘即可溶解,保質(zhì)期較長(zhǎng),大大優(yōu)于片劑。膠原多肽對(duì)關(guān)節(jié)癥等膠原病具有很好的預(yù)防及治療作用,另外對(duì)傷口愈合也有很好的促進(jìn)作用。近年來(lái),英美等國(guó)采用注射性膠原來(lái)整復(fù)面部軟組織的各種損傷,如痤瘡痕、水痘痕,衰老引起的面部皺紋或皺折。我國(guó)研制的這種膠原注射劑已廣泛應(yīng)用于美容界,在延緩皮膚衰老、重建受損肌膚等方面取得了良好的效果,因此,膠原可作為新型的美容抗衰老材料。近年研究表明,膠原多肽具有明顯改善與老化相關(guān)的膠原合成低下作用。老鼠投食實(shí)驗(yàn)表明,此多肽具有促進(jìn)膠原合成效果,可促進(jìn)皮膚膠原代謝作用。3.3水解膠原蛋白的用量水解膠原蛋白作為一種高效的動(dòng)物性蛋白營(yíng)養(yǎng)添加劑,用它替代或部分替代進(jìn)口魚(yú)粉用于混、配合飼料生產(chǎn),其飼養(yǎng)效果和經(jīng)濟(jì)效益均超過(guò)進(jìn)口魚(yú)粉。陜西省畜牧獸醫(yī)研究所用水解膠原蛋白替代蛋雞濃縮料中50%的進(jìn)口魚(yú)粉(試驗(yàn)組)與仍使用原來(lái)飼喂的濃縮飼料(對(duì)照組)作對(duì)比,結(jié)果表明試驗(yàn)組和對(duì)照組在產(chǎn)蛋率、蛋重和飼料報(bào)酬等多項(xiàng)指標(biāo)上基本相近,沒(méi)有差異(P>0.05)。連云港市農(nóng)科所的試驗(yàn)表明,在肉豬日糧中添加3%~8%的水解膠原蛋白可以提高用體瘦肉串2.8%~4.7%。飼喂用3%的水解膠原蛋白全部替代魚(yú)粉,日增重增加10.5%。3.4高級(jí)圖片壓膠dsp膠原蛋白可用于攝影業(yè),如魚(yú)膠可作為保護(hù)膠體介質(zhì)制備AgBrI納米粒子照相乳劑,魚(yú)膠與重鉻酸銨配合,可做成高級(jí)攝影膠膜,在歐美,膠原蛋白在攝影業(yè)中的消費(fèi)量?jī)H次于食品工業(yè)中的用量而居第2位。水解膠原蛋白還可用于生物