1、毕业论文文献综述食品科学与工程酶解法提取小分子胶原肽的研究现状摘要胶原蛋白特有的三股螺旋结构使其难于被人体吸收，将胶原蛋白水解为胶原多肽后，可显著提高其营养及生理功能。胶原蛋白的水解方式主要分化学降解法和酶解法。本丈介绍了酶解法水解胶原蛋白的优点，重点阐述目前国内外在酶解胶原蛋白领域的研究成果，包括胶原蛋白质的水解方法、胶原蛋白的酶解工艺条件和胶原蛋白酶的水解特性与作用机理等方面的研究。关键词胶原蛋白胶原肽酶解法前言胶原蛋白是一类结构相关的蛋白质家族，广泛存在于动物的皮、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中，是结缔组织极其主要的结构蛋白，起着支持结构器官、保护机体的作用。胶原蛋白具有独特的三股超
2、螺旋结构，三条链相互平行而且由链间氢键相连，具有十分稳定的性质，一般的加工温度及短时间加热都难使其分解，因此难被人体吸收，食用利用率较低1。将胶原蛋白水解为胶原多肽后，其营养及生理功能可显著提高蛋白质消化吸收率几乎达100，能保护胃黏膜以及抗溃疡，促进皮肤胶原代谢，抑制血压上升，对关节炎等胶原病具有很好的预防及治疗作用，能促进钙吸收和降低血清中胆固醇含量等2。因此，胶原蛋白的水解及胶原多肽的利用一直是科学工作者研究的一个热门课题。1酶解胶原蛋白11酶解的优点蛋白质水解产物的生产方式通常有两种化学降解法和酶降解法。化学法是用酸、碱等化学试剂在一定温度下促使蛋白质分子的肽链断裂形成小分子物质的方法
3、。酸法多采用盐酸、硫酸等强酸在高温下反应，反应强烈，设备腐蚀严重，水解彻底，得到的多肽分子质量分布不均匀，色氨酸完全被破坏，该法目前已逐渐被淘汰；碱法水解会因为不对称碳原子经过中间状态的过度阶段，发生消旋现象，即产生D型和L一型的等摩尔混合物，使氨基酸大多消旋，其中，D一型氨基酸不能作为有效的氨基酸源，有些还具有毒性甚至有致癌、致畸和致突变作用3。20世纪80年代，随着酶制剂工业和食品工业的迅猛发展，人们发现酶法水解反应条件温和，反应时间短，无环境污染，产品营养价值高，产物以多肽和L型游离氨基酸为主，易于人体消化吸收，因而利用酶水解胶原蛋白逐渐受到了人们的重视4。12酶的选择能使胶原蛋白酶解的
4、酶类较多。按照作用位点可以分为内切酶和外切酶；从来源上可分为植物蛋白酶如菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等、动物蛋白酶如胰蛋白酶、胃蛋白酶等、微生物蛋白酶如枯草杆菌1398、放线菌166等；此外，较常用于水解的蛋白酶还有风味复合酶等。在实际应用中，酶的选取通常要考虑三个方面一是酶对胶原蛋白作用的强度；二是酶的价格；三是水解产物的要求。如果酶对胶原的作用太弱，则无法得到高的胶原水解率，而酶的纯度直接影响酶的价格，纯度较高的酶与工业用酶的价格往往相差甚远。因此开发的产品如没有特殊要求，一般可以考虑选择用已完全工业化的酶。除此之外，还必须考虑酶对胶原的作用位点，因为这直接影响最后水解产物分子量的分布，是决定能
5、否得到目标产物的一个关键因素34。2胶原蛋白酶解的工艺条件21胶原蛋白的酶解方法目前酶解胶原蛋白的工艺主要分为单酶水解法和多酶水解法。多酶水解法又分为混合酶水解法或分步酶水解法。酶解胶原蛋白的具体实验工艺及条件的选取通常应考虑要开发的产品对分子量的要求，要得到分子量较小的胶原多肽一般采用多酶水解法。从上个世纪80年代我国开始这方面的研究工作，目前已经取得了较多研究成果。例如曹健等在研究影响胶原蛋白水解物分子量和水解度的各种因素时发现复合蛋白酶用量在控制胶原蛋白水解产物分子量方面作用非常明显5。李彦春等以牛皮边角废料为原料，用两步酶解法提取胶原蛋白多肽，并对影响酶水解过程的各个因素进行了分析。通
6、过对水解产物分子量分布和等电点等指标的测定，发现分子量呈不连续分布，主要集中在某些分子量处，分子量的分布主要与所用酶的种类和酶解方式有关【6】。通过酶解其配合物也可有效控制其分子量的分布7。22胶原蛋白的酶解影响胶原蛋白酶解的因素主要包括酶的种类、酶的用量、酶解时间、PH、水解温度等。安广杰和徐清萍以牛骨素为原料，应用NEUTRAES蛋白酶制备水解明胶的工艺。确定最佳水解条件为温度5O、PH为55、加酶量2、底物浓度40、水解时间3H，得到产品的分子质量分布范围为520KDA82_3胶原蛋白的酶解产物特性刘海英等对斑点叉尾鲴鱼皮明胶水解制取抗氧化活性肽的方法进行了研究，比较了不同的水解方法、不
7、同底物、不同的蛋白酶对水解产物抗氧化活性的影响。研究结果表明酶解法适合生产胶原蛋白活性肽，酶解产物具有不连续的分子量分布及较好的抗氧化活性。不同底物酶解制取的产物的抗氧化活力不同【10】。郑巧东等通过全波长扫描和凝胶渗透色谱，对水解过程动态及其多肽分子质量的变化进行了研究，考察了水解温度、酸用量等因素对水解动态的影响，并对酸法水解的过程动力学进行了分析。结果说明鸭掌胶原蛋白酸法水解得到的多肽分子质量分布不均匀，分子质量大小随反应时同的增大而减小；增大酸用量和提高浓度可使水解反应更彻底，水解过程可用一级反应动力学方程进行描述【11】。此外，对木瓜蛋白酶而言，反应PH为50时水解度最高，反应温度在
8、4060之间时可将胶原水解产物的分子量控制在6520KDA之间。这些研究成果对控制产物分子量具有理论和实践上的指导意义。还有些文献对水解产物的研究进行了报道。BOLI等在进行水解猪皮胶原的实验时发现混合蛋白酶与单酶相比，所得的水解产物具有更强的抗氧化活性。水解的程度会影响水解产物的抗氧化剂的性质，缩氨酸的分子越小金属螯合的能力就越强【12】。VSERNR1KOSMAC等利用碱和酶水解铬革屑制备胶原水解产物，将其与长链的羧酸及它们的氯化物缩合。胶原水解产物和缩合物分别与乙烯和丙烯氧化物嫁接，用化学和分光镜分析其反应程度，认为缩合物的表面活性主要与所使用的酸有关【13】。3胶原蛋白酶的水解特性与作
9、用机理31胶原蛋白酶的水解特性测定A胰凝乳蛋白酶水解完整的胶原蛋白、热处理过的变性的胶原蛋白、以及用人体胶原酶解旋的胶原蛋白得到的碎片的尺寸，通过比较得出胰凝乳蛋白酶不能使完整的三股螺旋的胶原蛋白分子解链，但能使变性的胶原蛋白完全降解成小分子产物【14】SIRIPOMDAMRONGSAKKUL等在用木瓜蛋白酶和应用NEUTRASE蛋白酶水解生牛皮时，发现应用NEUTRASE蛋白酶水解的产物中，胶原蛋白的水解产物的粘度跟水一样低。I一型的人类胶原蛋白是存在于哺乳动物体内最丰富的一种分子，天然的胶原对大多数的胶原蛋白酶都具有抵抗力【17】。JFRIEDRICH等在研究角蛋白酶对天然胶原的水解能力时
10、发现羽毛角蛋白和胶原不能被这种从菌类提取的角蛋白酶水解【18】。32胶原蛋白酶的作用机理对于酶作用机理的研究也很多。MISOOKKIM等利用从生姜的根茎中提取的半胱氨酸蛋白酶GP2水解从小牛皮中提取的I型胶原蛋白时，发现这种酶能作用于胶原分子三条螺旋链上的相同位点，是目前唯一被证明能够水解天然胶原的植物半胱氨酸蛋白酶【23】。运用热力学和动力学参数定量的比较，发现金属胶原蛋白酶对对胶原蛋白分子链的解旋和伸展至少有两种截然不同的机理【25】。ACRISTINASARMENTO等认为存在三种溶胶机理，一种是用裂缝胶原蛋白酶，能够分裂稳定三股螺旋胶原蛋白，第二种是拓宽的精细蛋白酶，如半胱氨酸蛋白酶，
11、能够作用于天然胶原蛋白分子的分裂的肽端，第三种是细菌蛋白酶及组织蛋白酶K【26】。实验证明高压条件下胶原分子表面一些氨基酸侧链不宜暴露，也不宜被组织蛋白酶B识别。胶原水解的速率随着压力的增大而减小。高压会导致酶和底物的构象发生变化，压力还会改变酶的弹性27。4应用现状由于胶原多肽具有良好的营养功能、理化性能以及生理功能，所以它的应用范围非常广泛。随着年龄的增长，人体对能量的需求量呈下降趋势，但单位体重氮的需求量并不下降，老年人可通过摄入胶原多肽来克服这一矛盾。由于胶原多肽具有保护胃粘膜抗溃疡、抑制血压上升、提高骨骼强度、促进皮肤胶原代谢等功能，同时酶解胶原蛋白制备的胶原多肽具有更小的相对分子质
12、量,并且更易降解,所以在营养保健品和日用化学品开发方面拥有一定的市场，可将其开发成各种美容护肤品、美容饮料或降血压、预防骨质疏松等的功能保健品。除此之外胶原多肽还可应用于运动保健食品中，实验证明由于肤在胃中排空及小肠吸收快，负氮平衡及由此产生的肌肉分解代谢阶段将进一步缩短或消失，胶原水解物可作为在运动或运动结束时的恢复性饮料。由于蛋白水解物属于高蛋白低热量物质，还可应用于减肥食品。参考文献1SRFAHNESTOCK,ASTEINHIICHE1BIOPOLYMERS8POLYAMIDESANDCOMPLEXPROTEINACEOUSMATERIALSM，20052PIEZKA，EIGNEREA，
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