草鱼皮胶原蛋白的制备及质研究硕士学位.doc

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1、 硕 士 学 位 论文 草鱼皮胶原蛋白的制备及性质研究 分类号分类号 Q512 学学 号号 2004108001 2 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（需亲笔）签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电

2、子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权南京农业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者（需亲笔）签名： 年 月 日 导师（需亲笔）签名： 年 月 日 R RE ES SE EA AR RC CH H O ON N P PR RE EP PA AR RA AT TI IO ON N A AN ND D C CH HA AR RA AC CT TE ER RI IZ ZA AT TI IO ON N O OF F C CO OL

3、 LL LA AG GE EN N F FR RO OM M S SK KI IN N O OF F G GR RA AS SS S C CA AR RP P byby JianzhongJianzhong ZhangZhang SupervisedSupervised byby AssociateAssociate ProfessorProfessor XinxinXinxin AnAn A A THESISTHESIS SubmittedSubmitted toto NanjingNanjing AgriculturalAgricultural UniversityUniversity I

4、nIn partialpartial fulfillmentfulfillment ofof thethe requirementsrequirements forfor thethe MastersMasters DegreeDegree ofof ScienceScience JuneJune 20072007 目 录 i 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指 导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致 谢的地方外，不包含其他人或组织已经发

5、表或公布过的研究成果，也不包 含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确 的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的 规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校 有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服 务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢 利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 草鱼皮胶原蛋白

6、的制备及性质研究 ii 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部

7、 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 目 录 iii 目录目录 摘 要 I ABSTRACT III 第一章第一章 文献综述文献综述 .1 1 胶原蛋白的概念.1 2 胶原蛋白的类型及分布.1 3 胶原蛋白的结构及特性.2 4 胶原蛋白的提取方法.4 5 胶原蛋白及其降解产物在食品工业中的应用.5 5.1 功能性食品和保健品.5 5.2 肉制品改良剂.6 5.3 食品包装材料.6 5.4 食品的涂层材料.6 5.5 在其它方面的应用.6 6 本研究的

8、主要内容及意义.7 第二章第二章 草鱼皮提取胶原蛋白工艺条件研究草鱼皮提取胶原蛋白工艺条件研究 .8 1 材料和方法 8 1.1 材料.8 1.1.1 草鱼皮原材料.8 1.1.2 主要试剂.8 1.1.3 主要仪器.9 1.2 方法.9 1.2.1 预处理对草鱼皮的脱色效果及脱杂蛋白情况.9 1.2.2 预处理对胶原蛋白的溶解性的影响.9 1.2.3 预处理的脱脂效果与常规脱脂效果比较10 1.2.4 胶原蛋白提取条件研究10 1.2.5 羟脯氨酸含量测定11 1.2.6 福林酚法测定蛋白质含量11 草鱼皮胶原蛋白的制备及性质研究 iv 1.2.7 SDS-PAGE 电泳分析.12 2 结果

9、和分析12 2.1 预处理的脱色效果12 2.2 预处理的脱杂蛋白效果13 2.3 预处理对胶原蛋白溶解性的影响14 2.4 预处理的脱脂效果与常规脱脂效果比较15 2.5 胶原蛋白提取条件研究16 2.5.1 鱼皮胶原蛋白在醋酸溶液中溶解性16 2.5.2 鱼皮胶原蛋白在醋酸酶溶液中的溶解性17 2.6 胶原蛋白肽链组成17 3 本章小结20 第三章第三章 草鱼皮酸溶性和酶溶性胶原蛋白提取及性质草鱼皮酸溶性和酶溶性胶原蛋白提取及性质 21 1 材料和方法21 1.1 材料 .21 1.1.1 原材料21 1.1.2 主要试剂21 1.1.3 主要仪器22 1.2 方法22 1.2.1 酸溶性

10、胶原蛋白提取 .22 1.2.2 酶溶性胶原蛋白提取 .22 1.2.3 氨基酸分析23 1.2.4 蛋白质含量测定23 1.2.5 紫外吸收光谱分析23 1.2.6 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析.23 1.2.7 SDS-PAGE 电泳分析.23 1.2.8 变性温度测定23 2 结果和分析24 2.1 氨基酸组成分析24 2.2 紫外光谱25 2.3 傅立叶变换红外光谱25 2.4 电泳分析27 2.5 变性温度28 目 录 v 3 本章小结29 第四章第四章型和型和型胶原蛋白分离纯化型胶原蛋白分离纯化 .30 1 材料和方法30 1.1 鱼皮和猪皮原材料30 1.2 主要试剂30

11、 1.3 主要仪器30 2 方法31 2.1 胶原蛋白提取纯化方案31 2.2 含尿素 SDS-PAGE 电泳.32 2.2.1 溶液配制32 2.2.2 胶配方33 2.2.3 样品准备33 2.2.4 电泳33 2.2.5 染色和脱色34 3 结果和分析34 3.1 分级盐析型和型胶原蛋白34 3.2 含尿素 SDS-PAGE 电泳分析胶原蛋白肽链.35 4 本章小结38 全文总结 .39 参考文献 .40 致谢 .45 硕士期间研究成果 .46 摘 要 I 草鱼皮胶原蛋白的制备及性质研究 摘要 本文研究了草鱼皮的预处理工艺条件，采用氢氧化钠中添加双氧水方法可以同 时起到脱色、脱杂蛋白、脱

12、脂肪的作用，以及其对胶原蛋白的溶解性的影响。提取 关键参数温度对胶原蛋白提取率及性质的影响；酸溶性胶原蛋白和酶溶性胶原蛋 白的性质区别；草鱼皮和猪皮中型胶原蛋白和型胶原蛋白纯化及电泳鉴定。 1不同浓度双氧水和氢氧化钠溶液处理草鱼皮，可以同时起到脱色、脱杂蛋白 以及脱脂作用，氢氧化钠浓度越高，脱色速度越快，反应也越剧烈，双氧水浓度对 胶原蛋白脱色无明显影响，在 0.1 mol/L 的氢氧化钠溶液含 1双氧水中只需 6 小时 就可以完全脱去色素，在 0.01 mol/L 的氢氧化钠含 1双氧水溶液中，鱼皮浮在溶 液表面色素渐退，无法看到黑色素体转变为淡黄色；0.01 mol/L0.2 mol/L

13、氢氧化 钠能够有效的去除鱼皮中的非胶原蛋白，但是氢氧化钠浓度越高，可能导致胶原蛋 白的降解在预处理溶液中；在 20 条件下，含 1H202 0.01mol/L NaOH 溶液可以 有效脱去脂肪，脱脂率约为 70。 2在含 1双氧水不同浓度氢氧化钠处理鱼皮以后，对鱼皮胶原蛋白性质产生 了影响。在 20 ，1%过氧化氢，0.1 mol/L 的氢氧化钠溶液中处理草鱼皮 24 小时 后，即使在加酶的醋酸中，提取 48 小时，提取率也只有 8。表明胶原蛋白之间发 生了交联，而在 0.01 mol/L 氢氧化钠或 4 条件下处理胶原蛋白，对胶原蛋白的提 取率影响较小，所以只能选择浓度较低的氢氧化钠或在低温

14、处理鱼皮。 3温度和是否加酶对胶原蛋白提取率影响很大。在醋酸溶液或醋酸加酶溶液中， 温度越高，提取率越高。相同温度条件下，醋酸加酶的溶液胶原蛋白提取率高于醋 酸溶液。但是 SDS-PAGE 电泳显示，在 30 条件下，不论醋酸溶液或醋酸加酶溶液 提取的胶原蛋白都发生了变性，胶原蛋白肽链发生了降解，在 4 和 20 提取的 胶原蛋白三螺旋结构保持完整，具有完整生物学活性。 4从草鱼皮中提取的酸溶性胶原蛋白和酶溶性胶原蛋白，紫外光谱分析，最大 吸收峰都接近 223 nm 处；SDS-PAGE 电泳图谱显示：酸溶性胶原蛋白含有较多 、 和多聚体，平均分子量高于酶溶性胶原蛋白，草鱼皮 ASC 和 PS

15、C 热变性温度 分别为 33.8 、34.5 ，只比猪皮的热变性温度(37 )低 3 左右。表明草鱼 皮胶原蛋白在功能食品、医药、化妆品、制药等方面有潜在的应用。 5在 pH 7.4 条件下，在不同盐浓度下分别沉淀草鱼皮和猪皮胶原蛋白，型 胶原蛋白在 1.8 mol/L 盐浓度（pH 7.4）完全沉淀，此时绝大多数型胶原蛋白溶 草鱼皮胶原蛋白的制备及性质研究 II 解在溶液中，最终在 2.5 mol/L 盐浓度（pH 7.4）的条件下沉淀。纯化得到不同盐 浓度的沉淀样品，再用含尿素的 SDS-PAGE 电泳分析，可以将电泳迁移率相同的 1（）和 1（）区分开，电泳显示，草鱼皮样品中不含 1（）

16、，猪皮中 含有 1（），表明草鱼皮仅含有型胶原蛋白，不含型胶原蛋白，猪皮主要含 有型胶原蛋白同时也含少量的型胶原蛋白。 关键词：胶原蛋白；草鱼皮；性质；型胶原蛋白；型胶原蛋白 摘 要 III R RE ES SE EA AR RC CH H O ON N P PR RE EP PA AR RA AT TI IO ON N A AN ND D C CH HA AR RA AC CT TE ER RI IZ ZA AT TI IO ON N O OF F C CO OL LL LA AG GE EN N F FR RO OM M S SK KI IN N O OF F G GR RA AS SS

17、S C CA AR RP P ABSTRACTABSTRACT In this paper, we study grass carp skin pretreatment conditions, using the method of sodium hydroxide adding hydrogen peroxide can bleaching and removing non-collagen and defatted to grass carp skin, the role of its collagen solubility effects. Effects of the key para

18、meter extraction temperature to the collagen extraction rate and characterization, Characterization different between Acid-soluble collagen and enzyme-soluble collagen; Purifying type I and type III collagens from Grass carp skin and pig skin and electrophoresis identification. 1. Different concentr

19、ations of hydrogen peroxide and sodium hydroxide treatment grass carp skin, can also play a role on bleaching, removing non-collagen and defatted. the higher the concentration of sodium hydroxide, the faster shedding pigment. Concentration of hydrogen peroxide had no significant effect on bleaching.

20、 In 0.01 mol/L the sodium hydroxide solution containing 1% hydrogen peroxide, skin floating in surface of the solution, pigment gradual withdrawal, unable to see melanin turn to yellow; 0.01 mol/L-0.2 mol/L sodium hydroxide can effectively remove the skin of non-collagenous proteins, However, the hi

21、gher concentration of sodium hydroxide, may lead to the degradation of collagen protein in the pretreatment solution; At 20 C conditions, 0.01 mol/L NaOH solution containing 1% H202 can effectively remove fat, defatted rate about 70%. 2. The treatment of different concentrations of hydrogen peroxide

22、 and sodium hydroxide, have an impact on the Characterizations of collagen. At 20 C, 1% hydrogen peroxide, sodium hydroxide concentration solution, leaching treatment 24 hours later, have great impact on the Characterizations of collagen, even in the acid+ enzyme xtracted 48 hours, Extraction rate o

23、nly 8%. In the conditions of 0.01 mol/L NaOH or 4 for 草鱼皮胶原蛋白的制备及性质研究 IV dealing with collagen, have less impact on the collagen extraction rate, so it can only choose lower concentrations of sodium hydroxide or low temperature skin. 3. Key parameter temperature of extraction of collagen and pepsin

24、have great impact on the extraction rate. At 4 in the acetic acid + pepsin solution extraction rate more than double extraction rate in acetic acid, At 20 and 30 , the extraction rate of solution containing pepsin is far higher than that of acetic acid. The higher the temperature, the higher collage

25、n extraction rate. However, SDS-PAGE showed that peptide chain of collagen extracted at 30 C degrade, indicating collagen denaturation. Collagen extracted at 20 C and below 20 C ,triple helix structure keep intact with a complete biological activity. 4. Acid-soluble and pepsin-soluble collagens (ASC

26、 and PSC) were extracted from the skin of grass carp and partially characterized. the UV spectra of ASC and PSC from grass carp showed that the distinct absorption was obtained near 223 nm; SDSPAGE showed that acid-soluble collagen protein contain more , and polymer. Molecular weight of acid-soluble

27、 collagen higher than it of pepsin-soluble collagen, The denaturation temperature of ASC and PSC from grass carp was 33.8 and 34.5 , respectively, about 3 lower than that of the porcine skin collagen(37 ). These results suggest that grass carp skin has potential application in the functional food, h

28、ealthcare, cosmetic, and pharmaceutical industries. 5. Under the condition of pH 7.4, different salt concentrations fraction precipitate collagens from grass carp skin and pig skin.Type III collagen were completely precipitated at 1.8 mol/L salt concentration ,at this time the majority of type I col

29、lagen dissolved in the solution, in the final were precipitated at 2.5 mol/L salt concentration. the samples purifying from varying salt concentration , analyzed by SDS-PAGE containing urea. It can make distinction between the electrophoresis mobility of 1（I）and 1（III）which used be the same. SDS-PAG

30、E showed that grass carp skin samples without 1（III）, however the pigskin 摘 要 V contains 1（III）. but purity of type III collagen protein is not high, only about 20%. Type I collagen reached electrophoresis purity. Conclusion: grass carp skin contains only type I collagen without protein III collagen

31、, Pigskin main contain type I collagen protein also contain a small amount of type III collagen . KEYKEY WORDS:WORDS: Collagen; grass carp skin; characterisation; type I collagen; type III collagen 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 1 胶原蛋白的概念 胶原蛋白，英文学名叫 Collagen，是一种纤维蛋白，分子量约为 300kda，它是 动物体内蛋白质结构最特殊者，它以三股螺旋体结构聚合而成的

32、胶原纤维存在于脊 椎动物体结缔组织中，扮演结合组织、连结器官的重要角色。其约占脊椎动物体内 所有蛋白质的 30，在骨骼与肌腱中含量高达 90、皮肤组织含 50以上，主要提 供组织所需的强度（骨骼）及柔软性（皮肤）。例如：胶原蛋白即占皮肤组织中真 皮层的 75，可撑起皮肤外观看起来紧致有弹性。 市面上部分胶原蛋白产品其所含的“胶原蛋白”，应该叫做明胶，英文学名叫 Gelatin。明胶是胶原蛋白的局部水解产物1，胶原蛋白和明胶最大的不同，就在于 其分子结构的差异。胶原蛋白必须具备完整的三股螺旋体结构，而明胶分子量分布 不规则，大至几百万、小至几十，不具备原有生物体的活性与功能2。因此在应用 方面亦

33、有极大差异。而明胶制备过程的高温破坏，导致胶原蛋白原有的三股螺旋体 结构无法保持完整，使得分子量呈现不规则分布，所以仅能运用于低价位的食品材 料，也用在皮肤保养方面，是一种皮肤营养剂3。市场价格和胶原蛋白相差甚远。 胶原大分子多肽或胶原片断（collagen fractions），分子量分布在狭窄范围 内 120-180 kda，比明胶具有更高的吸收水分、水份保持能力和成胶性能，它是胶原 蛋白在酸性或碱性条件下的水解产物，然后在 40 或 40 以下干燥获得4-8。在 食品上有广泛的应用，如添加到肉制品中改善肉品的品质。 胶原小分子多肽，具有抗氧化延缓衰老等作用，它是采用复合酶将胶原蛋白剪 切

34、成分子量只有几百或几千左右的胶原多肽。胶原小分子肽广泛应用在保健食品以 及化妆品中1，也有产品直接用明胶酶解获得，但得到得小分子肽分布不均一5，9-11。 以上总结了市场上主要的胶原蛋白相关产品，不同分子量的胶原蛋白，其性质也不 一样，应用范围也有极大的差异，本文主要研究的是保持三螺旋结构完整的胶原蛋 白。 2 胶原蛋白的类型及分布 胶原蛋白可以说是脊椎动物体内最丰富的蛋白质，它们分子组成特征是若干个 Gly-X-Y 序列重复和由三条多肽链构成的独特的三螺旋结构，至今，有 42 种不同的 多肽链被鉴定，它被 41 种基因所编码并组成 27 种独特的胶原类型12-14。表格 1-1 草鱼皮胶原蛋

35、白的制备及性质研究 2 提供了脊椎动物主要胶原类型的链的组成，分子组成和以及组织分布15-17。不同的 胶原蛋白类型在组织内的分布表明了其显著的多样性和范围。例如型胶原蛋白只 存在于软骨和玻璃质中18，型胶原只存在于晶状体膜中，而纤维蛋白 I 和 V 胶原 蛋白普遍纯在各种组织中。皮肤、血管壁和各种软组织或器官的间质中同时含有 型和型胶原，只是不同的器官中，这两种胶原含量的比例不同，型胶原蛋白是 生物体最丰富的胶原，占生物体胶原蛋白总量的 90%，也是用途最广的胶原蛋白，我 们通常所说的胶原蛋白指的是型胶原蛋白19。 表 1-1 胶原蛋白的主要类型及分布 Table1-1 Major type

36、s and distribution of collagens 类型肽链组成分子式组织中分布 1(I), 2(I) 1(I)22(I) 1(I)3 广泛分布：皮肤，骨，腱，韧带，角膜，等 1(II)1(II)3 软骨，玻璃体 1(III)1(III)3 皮肤，血管壁，肠，子宫壁 1(IV), 2(IV), 3(IV), 4(IV), 5(IV), 6(IV) 1(IV)22(IV); 3(IV) 4(IV) 5(IV); 5(IV)2a6(IV) 晶状体膜 1(V), 2(V), 3(V), 4(V) (rat) 1(V)22(V); 1(V)3; 1(V) 2(V) 3(V) 广泛分布：骨，

37、皮肤，角膜，胎盘，等 3 胶原蛋白的结构及特性 胶原蛋白的结构类似绳索，由无数根胶原蛋白微纤维所组合而成20，21，每条微 纤维是胶原蛋白的基本单位，称为原胶原蛋白分子，由三条多肽链缠绕形成右手三 螺旋。胶原蛋白的微纤维结构如图 1-1 所示： 第一章 文献综述 3 图 1-1胶原蛋白的结构 Figure1-1 Structure of typecollagen 在型胶原蛋白一级结构中，每条链含有超过 1000 个氨基酸，氨基酸以独特的 三螺旋排列，甘氨酸它在序列每第三个位置出现，在紧密的三螺旋链中间留下很小 的空间给残基22-24，在重复的 Gly-X-Y 单元的非甘氨酸位置中，大约 35%

38、位置被脯 氨酸代替，几乎全部在 X 位置，而 4-羟脯氨酸主要在 Y 位置25-27。正是由于脯氨酸 吡咯环的存在，使得胶原多肽链只能形成左手螺旋28。因此，这种有规律的周期结 构对胶原肽链的构象形式和稳定性极为重要。羟脯氨酸起源于脯氨酸被羟化酶遗传 翻译后的羟基化作用。它占胶原蛋白氨基酸组成中大约 10%，在有其他蛋白质存在的 情况下，所以可根据羟脯氨酸的含量来测定胶原蛋白或胶原降解产品含量29。胶原 蛋白也含有独特的氨基酸羟赖氨酸，类似于脯氨酸形成羟脯氨酸，羟赖氨酸是赖氨 酸在内质网经羟基化酶的羟基化作用。形成羟基化残基于糖连接， 糖组分是胶原分 子形成三螺旋结构不可缺少的30-32，这两

39、种亚氨基酸（大约 23%的残基）稳定着三 螺旋的结构，由于他们脂环家族性质，他们使 a 链变的僵硬，形成氢键限制了旋转 33-35。 型胶原蛋白二级结构通过 x 射线分析，a 链组成左手螺旋，每圈上升 0.87 nm 有 3.3 残基36-38。三级结构被认为是原胶原蛋白的基本单位39-41。三条多肽链缠绕 形成右手三螺旋，每圈大约 8.6 nm，一个棒状螺旋的平均分子量大约是 300 kDa， 长度 300 nm，直径 1.5 nm。这种尺寸的比率使得溶液里的高粘度和高迁移率在电场 中42.另外，在链氨基端和羧基端大约有 9-26 个氨基酸区域没有和三螺旋合成一体. 这些没螺旋区域被认为是端

40、肽。三螺旋特殊结构存在，使得三螺旋区域高抗蛋白水 解酶（如胃蛋白酶）的攻击，所以用蛋白酶提取胶原蛋白时，胶原蛋白的三螺旋结 草鱼皮胶原蛋白的制备及性质研究 4 构保持完整，仅切除了末端的端肽，胶原酶是唯一能够攻击螺旋酶区域的酶43-45。 在胶原蛋白的四级结构中三螺旋交错纵向排列，三螺旋链交错 67 nm 在随后的 链后有一个 40 nm 的缺口46-48。多个胶原分子聚集形成微纤维，这些微纤维的直径 从 10 到 500 nm，由组织类型和生长阶段决定。这些微纤维有组织的排列成光纤，在 它的末端可以形成大的纤维团。胶原蛋白光纤的抗拉强度可高达 510 公斤/毫米平 方，因此它提供了结缔组织所

41、需的张力、抗拉强度等49。如使皮肤富有弹性。 4 胶原蛋白的提取方法 目前，胶原蛋白的提取方法主要有以下四种，即盐法、酸法、碱法、酶法12-14。 盐法：利用中性盐溶液（0.15-2 mol/L NaCl）提取胶原，只适合提取组织中最 新合成的胶原以及交联度可以忽略的胶原。调变提取温度、振荡速率以及对组织的 溶剂体积比，可以提取有交联度胶原，但不可避免地会改变所提取胶原的组成，提 取的胶原再经过离心、沉降、透析即可得纯化胶原。但对于大多数动物组织来说， 中性盐溶解胶原的含量极低，甚至没有，因此采用中性盐溶剂提取胶原的方法不适 合大规模提取胶原。 酸法：稀酸，例如，0.5 mol/L 醋酸，柠檬

42、酸缓冲液，pH 值在 2-3 之间的盐酸 溶液，要比中性盐溶剂提取胶原更为有效。稀酸可以破坏醛亚胺型分子间的交联， 但不能破坏较为稳定的酮亚胺型的交联。因此，稀酸溶液不适合从酮亚胺交联键较 为丰富的组织，例如骨、软骨或来自于年代较老动物的组织都较难溶解在稀酸中， 一般利用稀酸溶液提取胶原的流程是先将组织在较低温度下研磨粉碎，再用中性盐 溶液清洗，除去可溶性蛋白和多糖，然后在低的离子强度条件下提取胶原。 碱法：利用强碱和强碱盐溶液(如 10%的氢氧化钠和 10%硫酸钠)可以将结缔组织 中不溶性胶原溶解出来，与不溶性胶原结合在一起的脂肪被皂化，非螺旋的端肽被 切除，胶原纤维瓦解，最终所得胶原的大小

43、和分子质量，取决于处理时间以及碱的 浓度。同时强碱处理的胶原，则会产生 DL-型氨基酸消旋混合物，有的 D 型氨基酸有 毒，有的甚至有致癌作用，D-型氨基酸还有可能抑制 L-型氨基酸的吸收。强碱盐可 以控制胶原的溶涨，并保护胶原天然的三股螺旋结构。必须指出的是与明胶类似， 所提取的胶原的等电点也降低，这是因为在提取过程中，天冬酰胺和谷氨酰胺转变 为天冬氨酸和谷氨酸。目前，应用碱法提取胶原蛋白的较少。 酶法：酶法是目前提取胶原最常用的方法，胶原的三股螺旋结构对蛋白酶（例 如链霉蛋白酶、 无花果蛋白酶、胃蛋白酶或胰蛋白酶）具有相当的稳定性，利用此 第一章 文献综述 5 特性，在较低温度下加入蛋白酶

44、，可以显著提高胶原的得率。利用蛋白酶处理的优 点，就在于蛋白酶可以选择性的切除非螺旋的端肽而溶解出胶原分子。在一定条件 下可以将端肽切除，同时保留了胶原的三股螺旋结构，所得胶原被称为原胶原，它 具有比较温和的免疫反应特性。一般提取的条件：胃蛋白酶和组织干重比为 1：10，0.5 mol/L 醋酸溶液。醋酸还可以起到胶原蛋白膨胀和增溶的作用。 5 胶原蛋白及其降解产物在食品工业中的应用 胶原蛋白在生物医学材料、化状品、食品和化工等领域有着广泛的应用50-52， 本文主要介绍在食品方面的应用。胶原具有适用于食品的一些属性：食用级胶原通 常外观为白色，口感柔和，味道清淡，易消化。明胶和胶原多肽作为胶

45、原蛋白的降 解产物，同样具有很多优良的性能。近年研究表明，胶原多肽可以在肠道直接被吸 收，而且比氨基酸具有更大的吸收量；明胶是强有力的保护胶体，乳化力强，进入 胃后能抑制牛奶、豆浆等蛋白质因胃酸作用而引起的凝聚作用，从而有利于食品的 消化。此外，胶原的一些独特的品质使得它在许多食品中用作功能物质和营养成分 具有其它替代材料无可比拟的优越性：(1)胶原大分子的螺旋结构和存在结晶区使其 具有一定的热稳定性；(2)胶原天然的紧密的纤维结构使胶原材料显示出很强的韧性 和强度，适用于薄膜材料的制备；(3)由于胶原分子链上含有大量的亲水基团，所以 与水结合的能力很强，这一性质使胶原在食品中可以用作填充剂和

46、凝胶；(4)胶原在 酸性和碱性介质中膨胀，这一性质也应用于制备胶原基材料的处理工艺中50，53-55。 胶原蛋白在食品行业中的应用主要包括以下几类。 5.15.1 功能性食品和保健品功能性食品和保健品 经常食用含胶原蛋白丰富的食品，能有效地增加皮肤组织细胞的储水能力，增 强和维持肌肤良好的弹性，强化肌肤的韧性，延缓肌体的衰老56-58。同时，胶原蛋 白可以作为补钙成分用于保健食品，因为血浆中来自胶原蛋白的羟基脯氨酸是将血 浆中的钙运输到骨细胞的运载工具，骨细胞中的骨胶原则是羟基磷灰石的黏合剂， 它与羟基磷灰石共同构成了骨骼的主体59。此外，胶原蛋白还能降低血甘油三酯和 胆固醇，用于制作减肥降血

47、脂食品。有研究表明，铝对人体有害，老年痴呆症可能 与摄入过量的铝有关，而胶原蛋白在排出体内的铝方面也具有独到之处60。因此， 胶原蛋白是生产补钙及减肥、美容护肤、延缓衰老类保健食品的理想原料。在我国， 有一种传统的胶原保健品“阿胶”，它主要是以灰驴皮为原料，经特殊的工艺 生产出来的，具有较高的滋补保健作用。在日本，胶原食品被厚生省作为健康食品 草鱼皮胶原蛋白的制备及性质研究 6 推向市场，胶原蛋白及其降解产物被作为众多功能性食品的原料，已大量地应用于 食品工业，如胶原多肽、水解氨基酸口服液及饮料等保健食品。为保证有效的生理 功能，用作保健制品原料的胶原蛋白要有一定程度的降解60。 5.25.2

48、 肉制品改良剂肉制品改良剂 研究发现，胶原蛋白可以影响肉类的嫩度和肉类蒸煮后肌肉的纹理，其含量和 存在状态与肉制品的嫩度密切相关50，61-63：通过破坏胶原蛋白分子内的氢键，使其 原有的紧密超螺旋结构破坏，形成分子较小、结构较为松散的明胶，即可改善结缔 组织的嫩度，提高其食用价值，研究表明：将酸法制得的胶原蛋白粉添加到肉制品 中，不仅能改善产品品质，如口感好、多汁，提高产品的蛋白质含量，而且无不良 气味。Meullenet 等人的研究64显示，添加胶原量 2%、水 20%左右时，腊肠的感观、 质地和口感最好。胶原蛋白与其他蛋白质一样具有良好的染色性，根据制品的需要， 可以用红曲等食用色素将其染成近似于肌肉组织的桃红色，使消费者易于接受。 5.35.3 食品包装材料食品包装材料 胶原蛋白是制作人工肠衣的理想原料，在热处理过程中，随着水分和油脂的蒸 发和熔化，胶原几乎与肉食的收缩率一致，胶原蛋白可作为食品黏合剂制成纤维膜， 用做香肠肠衣、肉类、鱼类的包装纸；用明胶制成的明胶膜又称可食包装膜；生物 降解膜，具有良好的抗拉强度、热封性、较高的阻气、阻油、阻湿性能。陈洁65等 人用明胶制成的生物降解膜主要用于水果保鲜、肉类保鲜、食品包装或直接食用。 为了保证包装材料的强度，要求水解胶原保持较大的分子量。 5.45