魚皮中膠原蛋白的藥用價值研究進展

沈家成,秦政,周祖浩,許瑞波,劉強,李正夫,李姣姣*

1(江蘇海洋大學(xué) 藥學(xué)院,江蘇 連云港,222000)2(江蘇海洋大學(xué) 計算機工程學(xué)院,江蘇 連云港,222000)

海洋包含范圍廣泛的棲息地以及豐富的生物多樣性[1]。據(jù)《聯(lián)合國海洋法公約》劃分,我國不僅是陸地大國,更是海洋大國[2]。隨著人們生活水平的提高,我國水產(chǎn)品進出口量大幅增長,由此產(chǎn)生大量的魚皮、魚骨、魚鰾等副產(chǎn)物,其中只有小部分魚皮被制成廉價的飼料或肥料,經(jīng)濟效益低,大部分副產(chǎn)物則直接被丟棄,這不僅對環(huán)境造成嚴重的影響,同時導(dǎo)致魚副產(chǎn)品綜合利用率降低,不利于可持續(xù)發(fā)展[3-4]。針對這一現(xiàn)狀,水產(chǎn)資源的研究開發(fā)逐漸成為研究重點,如研究者們從尼羅羅非魚皮[5]、鱈魚皮[6]、大型黃魚皮[1]等多種魚皮中成功提取膠原蛋白及膠原蛋白肽,據(jù)實驗研究表明可以用于醫(yī)藥、生物材料、食品、化妝品等行業(yè)。

1 膠原蛋白

膠原蛋白屬于生物大分子,廣泛存在于哺乳動物的肌肉、皮膚、骨骼等結(jié)締組織中[7]。從類型上看,目前已有29種不同類型的膠原蛋白被發(fā)現(xiàn),其中最常見的為Ⅰ型膠原蛋白,占整體膠原蛋白的90%[8]。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)由3個氨基酸α鏈構(gòu)成,α鏈的基本結(jié)構(gòu)為Gly-X-Y。由于膠原蛋白穩(wěn)定的三螺旋結(jié)構(gòu),使其具有良好的生物相容性和優(yōu)異的降解性,因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物材料、食品、化妝品等行業(yè)[9-10]。

傳統(tǒng)的膠原蛋白來源主要包括豬、牛等動物的皮膚、肌肉以及骨骼等。然而,由于宗教文化以及可能的病毒傳播等風險,此類膠原蛋白是否適用于醫(yī)藥、食品以及化妝品等行業(yè)有待商榷[11-12]。而大多水產(chǎn)動物則沒有宗教的限制,且相對于陸生動物而言,水產(chǎn)動物中膠原蛋白的含量較為豐富,同時由于水產(chǎn)動物膠原蛋白因其氨基酸組成等方面的不同,使其具有低抗原性、低過敏性等優(yōu)點[13-14]。

然而,由于大分子質(zhì)量的膠原蛋白不易被人體很好的吸收利用,因此需要通過化學(xué)、酶或微生物發(fā)酵的方法,將膠原蛋白水解為更易被人體吸收利用的膠原蛋白肽,進而發(fā)揮相應(yīng)作用[15]。膠原蛋白肽是一種由2個或2個以上氨基酸組成的介于膠原蛋白和氨基酸之間的一種肽化合物。研究表明,單個氨基酸分子質(zhì)量一般在100 Da左右,二肽及三肽被稱為寡肽,由于分子質(zhì)量較小,在人體中短時間內(nèi)即可進入血液進而被人體吸收,吸收率較好。低聚肽即小分子肽,又稱小分子活性肽,分子質(zhì)量一般在1 kDa以下,由2～10個氨基酸組成,同樣也能較好的被人體所吸收利用,具有降血壓、降血糖、抗氧化等多種活性。多肽的分子質(zhì)量一般在1～3或3 kDa以上,一般含有10～30個或30個以上的氨基酸,其吸收率以及生物活性與低分子質(zhì)量的肽相比,效果不顯著[16]。

本文將從膠原蛋白以及明膠出發(fā),對其藥用價值進行闡述,并對膠原蛋白的制備、分離純化進行概述。

1.1 魚皮中膠原蛋白的提取

由于膠原蛋白優(yōu)異的生物相容性和降解性,一般可以通過酸堿、酶、熱水等方法提取膠原蛋白(優(yōu)缺點見表1),目前常見的提取流程為預(yù)處理、提取、純化、凍干儲存。

表1 酸堿法、酶法、熱水法比較

1.1.1 魚皮的預(yù)處理

即使魚皮中含有豐富的膠原蛋白,但仍含有少量的脂肪、雜蛋白和鉀、鈣、鎂等礦物質(zhì)[17],因此在正式提取膠原蛋白之前,需要對魚皮進行預(yù)處理,將魚皮中雜蛋白、脂肪、色素等物質(zhì)先去除掉,防止對膠原蛋白的提取率、純度造成間接或直接的影響[18]。目前常用的預(yù)處理方法是采用NaOH和丁醇對魚皮組織進行預(yù)處理[19]。然而當采用單一化學(xué)試劑或多種試劑共同使用時,易造成試劑殘留的情況,這會導(dǎo)致提取的膠原蛋白純度降低,甚至徹底破壞膠原蛋白的結(jié)構(gòu)。SONG等[19]采用貝萊斯芽孢桿菌發(fā)酵和化學(xué)法同時對魚皮進行預(yù)處理,再用相同的酸和酶分別對發(fā)酵法和化學(xué)法處理過的魚皮進行水解,通過對羥脯氨酸等氨基酸組分的分析以及紫外、傅里葉變換紅外光譜等方法進行測定,實驗表明,采用發(fā)酵預(yù)處理在一定程度上使所得的膠原蛋白產(chǎn)率提高,具有安全、環(huán)保等特點,并且能夠保持膠原蛋白原有的三螺旋結(jié)構(gòu),純度也相比酸堿處理的要高。

1.1.2 酸堿提取法

堿提取法是指采用堿性等物質(zhì)對魚皮進行水解,使膠原蛋白中含有羥基、疏水基的氨基酸不穩(wěn)定,進而得到膠原蛋白[20]。但在提取過程中,易破壞膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu),且當水解比較嚴重時,會產(chǎn)生有毒的D-型氨基酸[17]。酸法是利用乙酸或檸檬酸[21]等低濃度的酸溶液,通過破壞膠原蛋白內(nèi)部的離子鍵,使含有醛胺類交聯(lián)鍵的膠原蛋白溶出,進而提取膠原蛋白。該方法對于膠原蛋白原有的三螺旋結(jié)構(gòu)保存度較好[20]。

ABBAS等[22]在0.5 mol/L乙酸條件下提取,經(jīng)傅里葉變換紅外光譜和掃描電子顯微鏡測定所提取的膠原蛋白具有高度纖維性且官能團未受到損害,還發(fā)現(xiàn)變性溫度低于豬膠原蛋白,可替代豬膠原蛋白應(yīng)用于食品工業(yè)。KOODZIEJSKA等[23]采用pH 11.5的NaOH溶液提取魷魚皮膠原蛋白,提取率提高至90%。淑英等[24]采用醋酸提取鱈魚皮膠原蛋白,使用響應(yīng)面法對工藝進行優(yōu)化,結(jié)果表明:0.47 mol/L醋酸、料液比為1∶33、提取時間為90.2 h,在此條件下提取率為37.36%。

1.1.3 酶提取法

酶提取法是利用酶從魚皮中提取酶溶性膠原蛋白(pepsin-solubilized collagen, PSC),該方法的優(yōu)點是在水解過程中不會損失營養(yǎng)價值[25],且有機試劑或有毒物質(zhì)殘留較酸堿法少,因此,比較適用于醫(yī)藥食品等行業(yè)[26]。常見的酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶、堿性蛋白酶和復(fù)合蛋白酶等[21]。

DEVITA等[27]采用菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶進行處理,最終發(fā)現(xiàn)胃蛋白酶和菠蘿蛋白酶的膠原蛋白產(chǎn)量最高。LIU等[28]采用胃蛋白酶處理,料液比為1∶10(g∶mL),所得PSC表征為Ⅰ型膠原蛋白,并保持穩(wěn)定的三螺旋結(jié)構(gòu)。程波等[29]研究3種酶分別對鱘魚皮膠原蛋白的提取率,經(jīng)正交試驗表明,當采用0.5 mol/L乙酸的胃蛋白酶,且酶量4 000 U/g、提取溫度37 ℃、提取時間為6 h、固液比為1∶4時,膠原蛋白的提取率最高為70.15%。

1.1.4 熱水提取法

熱水法即直接采用熱水提取水溶性膠原蛋白,操作簡便,最佳溫度通常為50～90 ℃[30]。但當溫度過高時,會使蛋白質(zhì)發(fā)生變性;溫度過低時,則導(dǎo)致提取速度緩慢。張強等[31]通過酸法、酶法和熱水法3種方法提取膠原蛋白,研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過熱水處理后的膠原蛋白基本呈片狀結(jié)構(gòu),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)消失,說明膠原蛋白已發(fā)生變性和交聯(lián),表現(xiàn)出凝膠性質(zhì),不適用于醫(yī)藥領(lǐng)域。

1.1.5 其他

據(jù)文獻報道,除上述提取方法外,還有一些其他方法可對魚皮中活性物質(zhì)進行提取。本文綜述了幾種相關(guān)的提取方法,如表2所示。

表2 其他提取方法

1.1.6 膠原蛋白的純化

盡管膠原蛋白提取之前已經(jīng)預(yù)處理去除雜質(zhì),但在后續(xù)提取完成后仍然會存在少量雜質(zhì)或提取過程中殘留下的試劑等,因此需要對粗提取的膠原蛋白進一步純化?？刹捎名}析、層析、高效液相色譜、電泳等方法進行提純[35]。

CHEN等[36]采用電滲析的方法對提取的膠原蛋白進行純化,條件如下:進料室NaCl溶液150 L,其中NaCl與水的質(zhì)量比是3∶97,濃縮室150 L蒸餾水,電勢80 V/cm,流量≤1 m3/h,時間2 h。實驗表明,該種方法相對傳統(tǒng)滲析具有高效、大容量、環(huán)保的特點。

1.2 魚皮中膠原蛋白的藥用價值

1.2.1 抗高血壓活性

血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-converting enzyme,ACE)抑制劑被廣泛用于治療高血壓,通過降低腎上腺皮質(zhì)醛固酮的分泌,使腎小管對水和鈉的再吸收減少,細胞外體積減小,血管舒張進而降低血壓[37],常見的ACE抑制劑有卡托普利、貝那普利、依那普利等,然而此類抑制劑會對腎功能造成一定的損傷,同時會引發(fā)高血鉀癥等副作用[38],因此研發(fā)安全有效的抗高血壓藥物顯得尤為重要。ACE抑制肽(見表3)是一種短鏈肽(2～12個氨基酸殘基),近年來,研究人員們發(fā)現(xiàn)源自魚皮的ACE抑制肽與ACE抑制劑具有相似的作用,不僅來源豐富,且對人體具有較小的毒副作用,展現(xiàn)出作為傳統(tǒng)降壓藥物替代品的巨大潛力[39]。

表3 ACE抑制肽

據(jù)相關(guān)研究表明,ACE抑制肽的活性與其分子質(zhì)量、氨基酸序列有關(guān),短鏈肽更易與ACE活性位點結(jié)合,且當C末端具有疏水性或帶正電荷的殘基時,有利于增強其ACE抑制活性[40]。SU等[41]通過酶解、超濾從菊黃東方鲀皮中分離出5組不同分子質(zhì)量(<1、1～3、3～10、10～50和>50 kDa)的ACE抑制肽,經(jīng)研究表明,分子質(zhì)量<1 kDa的具有較高的抑制活性(IC50為0.58 mg/mL),證明小分子活性肽相比高分子質(zhì)量具有較高的活性,選用分子質(zhì)量<1 kDa繼續(xù)進一步研究。隨后與靜脈給藥后的卡托普利組相比,ACE抑制肽能夠維持較長時間的低收縮壓且降壓效果優(yōu)于卡托普利。劉文穎等[42]以三文魚皮為原料制備ACE抑制肽,得到分子質(zhì)量<132、132～576、576～1 000、1 000～3 000和3 000～10 000 u 5個范圍,其中分子質(zhì)量在1 000 u(八肽以下的低聚肽或部分游離的氨基酸)以下的占90.59%,并選取1 000 u以下的進一步研究,測得海洋低聚肽IC50值為1.25 mg/mL。

由上述研究結(jié)果表明,魚皮膠原蛋白肽具有顯著的降血壓以及穩(wěn)定血壓的效果,且低分子質(zhì)量的短肽具有比單一氨基酸更易吸收的優(yōu)勢和較高的ACE抑制活性,與傳統(tǒng)的ACE抑制劑相比,在安全性、有效性等方面具有十分廣闊的發(fā)展前景。

1.2.2 抗氧化活性

抗氧化肽是一類由動植物膠原蛋白經(jīng)酶解或發(fā)酵產(chǎn)生的生物活性肽(2～20個氨基酸[46]),因為膠原蛋白具有獨特的三螺旋結(jié)構(gòu)不易被人體消化吸收,所以將膠原蛋白酶解成為膠原蛋白多肽,以便讓人體很好的吸收,其能夠維持機體內(nèi)自由基平衡和抑制脂質(zhì)氧化,具有較強的抗氧化活性以及安全、高效、易消化吸收的特點,且來源廣泛,具有廣闊的市場前景。相關(guān)研究表明,抗氧化肽由于較穩(wěn)定的自由基,被證明是比傳統(tǒng)游離氨基酸更有效的抗氧化劑。而抗氧化肽的活性高低通常是由其中氨基酸的類型、位置和疏水性所決定。目前,常用的抗氧化活性檢測方法有氧自由基吸收能力(oxygen radical absorbance capacity,ORAC)、鐵離子還原法(fluorescence recovery after photobleaching,FRAP)和DPPH自由基清除實驗。

蔡金秀等[47]采用雙酶分布酶解法提取馬面魚皮膠原抗氧化肽,經(jīng)超濾后得到分子質(zhì)量為<5、5～8、8～10和>10 kDa,4個組分,該實驗以DPPH自由基清除率和水解度(degree of hydrolysis,DH)為評價指標,其中分子質(zhì)量<5 kDa的組分具有較高的保留率以及較低的IC50值,其清除DPPH自由基的IC50值為1.80 mg/mL,結(jié)果表明,其水解產(chǎn)物主要是由低分子質(zhì)量的肽組成,且低分子質(zhì)量的肽具有較強的抗氧化活性,最終經(jīng)超高液相色譜-質(zhì)譜(ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS)分析推測,其可能的氨基酸序列為GGGACA或AGGACG。NURILMALA等[48]研究黃鰭金槍魚皮抗氧化肽,由十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)得膠原蛋白的分子質(zhì)量在2.94～11.93 kDa,采用ABTS和DPPH兩種方法對多肽的抗氧化活性進行測定,結(jié)果表明,分子質(zhì)量3～10 kDa的抗氧化肽表現(xiàn)出較強的抗氧化活性以及較好的DPPH清除率。TKACZEWSKA等[49]通過FRAP和鐵離子螯合能力方法,證明了從鯉魚皮中提取的Ala-Tyr二肽具有較強的體外抗氧化特性,并進行體外消化測試,表明其具有良好的腸道吸收能力。

僅管實驗表明獲得的抗氧化肽具有較好的抗氧化活性,但由于多肽在體內(nèi)吸收程度等問題,目前仍然局限于體外抗氧化實驗以及體外模擬實驗,因此,仍然需要進一步研究。

1.2.3 促傷口愈合活性

膠原蛋白可以為成纖維細胞的增殖提供良好的環(huán)境基質(zhì),并且可以誘導(dǎo)血小板的凝固以及血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、纖維細胞生長因子(β-fibroblast growth factor,β-FGF)、抗炎因子等各類生長因子的上調(diào),從而達到促進傷口愈合的功效。

ZHANG等[50]從鮭魚皮中提取海洋膠原蛋白肽(marine collagen peptides,MCP),將MCP處理的大鼠傷口與藥物處理的大鼠傷口進行比較,經(jīng)MCP處理后的傷口愈合速度快于藥物處理的,并且改善了血管生成以及形成更厚的膠原纖維沉積。陳秀麗等[51]通過SD大鼠背部創(chuàng)傷模型,測定了鯊魚皮膠原海綿的促愈合活性,發(fā)現(xiàn)其能夠顯著的提高CD31、TGF-β和VEGF的表達,進而加速新血管和肉芽組織的形成,以達到促傷口愈合的目的。MEI等[52]采用鮭魚皮膠原肽和羅非魚皮膠原肽建立小鼠創(chuàng)傷模型,研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)2種魚皮膠原肽處理的傷口愈合率明顯優(yōu)于實驗對照組,并發(fā)現(xiàn)促炎因子(TNF-α、IL-6、IL-8)被下調(diào),而VEGF、β-FGF、抗炎因子(lL-10)等被上調(diào),結(jié)構(gòu)表明此類肽不僅可以加速創(chuàng)傷面的愈合,還具有潛在的抗炎活性。HU等[53]從尼羅羅非魚皮中提取MCP,通過體外劃痕實驗研究MCP對愈合過程的影響,實驗表明MCP處理的愈合效果明顯優(yōu)于其他對照組,并采用兔子建立深度局部燙傷模型,在同一時間下MCP組的愈合率較高,并通過組織學(xué)評估,發(fā)現(xiàn)MCP組傷口被3層新表皮完全覆蓋,且真皮層中炎癥細胞消失,成熟肉芽組織增殖出現(xiàn),而其他對照組的肌肉層中可以看到疤痕組織的形成,成功地證明了MCP促傷口愈合的活性。

膠原蛋白除制成相應(yīng)蛋白肽來促進傷口愈合外,還可聯(lián)合其他功能性物質(zhì)制備膠原蛋白膜,該膜具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),以及穩(wěn)定性好,低抗原性的特點,被廣泛應(yīng)用于傷口止血敷料的研發(fā)。GE等[54]從羅非魚魚皮中制備新型水凝膠敷料,動物實驗表明,該膠原蛋白水凝膠敷料能夠促進創(chuàng)面的愈合,且由于其規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無明顯細胞毒性以及低抗原性,因此可以用于深度燒傷創(chuàng)面的愈合及護理。AHMED等[55]以驢右掌傷口為實驗?zāi)Ｐ?左掌為對照模型,評估尼羅羅非魚魚皮作為生物敷料的活性,結(jié)果表明,魚皮包扎的傷口附近的微生物計數(shù)顯著減少,且傷口開始愈合。

1.2.4 抑制肥胖和高血糖活性

隨著生活水平的提高,糖尿病的發(fā)展正趨于年輕化,導(dǎo)致年輕人患糖尿病的一大因素就是肥胖。近年來,利用生物活性肽來降低肥胖的發(fā)展進而控制血糖正成為一大熱點[56-57]。

NEVES等[56]使用人二肽基肽酶Ⅳ(dipeptidyl peptidase-Ⅳ,DPP-Ⅳ)對從鮭魚中提取的生物活性肽進行DPP-Ⅳ抑制活性測定,研究結(jié)果證明了其有效的抑制DPP-Ⅳ活性,IC50值為(0.08±0.01) mg/mL。WOO等[57]研究源自鰩魚皮的膠原蛋白肽(1 050 Da),通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn),口服膠原蛋白肽的小鼠,其體重和內(nèi)臟脂肪質(zhì)量低于對照組,實驗顯示通過下調(diào)脂肪酸合成的肝蛋白表達水平和膽固醇合成,上調(diào)β氧化和膽汁酸的合成,小鼠在喂養(yǎng)膠原蛋白肽后,肝臟蛋白表達水平的磷酸化5′單磷酸腺苷激活的蛋白激酶和血漿中的脂肪素水平較高,而瘦素水平較低,結(jié)果表明膠原蛋白肽有效地抑制了肝臟脂質(zhì)的積累,進而達到抑制肥胖的效果。

1.2.5 用作生物材料

骨骼是由鈣化的骨基質(zhì)、細胞和其他的生物活性因子構(gòu)成,存在于骨基質(zhì)中的有機聚合物是骨再生的關(guān)鍵。膠原蛋白因其低抗原性和較好的生物相容性,可作為優(yōu)異的骨支架材料。然而,膠原蛋白的機械強度較低,且骨誘導(dǎo)性極大程度地限制了骨再生、骨移植等,因此需要將膠原蛋白與其他生物材料相結(jié)合,來改善膠原蛋白的機械強度和骨誘導(dǎo)性,以期成為良好的骨支架材料。ZHANG等[58]概述了生物陶瓷、碳基材料、天然聚合物/人造高分子材料的相應(yīng)性質(zhì),并分別與膠原蛋白相結(jié)合,以此來制備性能良好的膠原蛋白復(fù)合骨支架。

1.2.6 抗菌活性

抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)是一種具有生物活性的小分子蛋白,通常由生物體自行產(chǎn)生進而發(fā)揮作用,屬于生物體本身抗感染所不可或缺的部分。主要通過直接與細菌作用,從而發(fā)揮抗菌活性。魚類大多生活在含有大量的致病微生物的環(huán)境中,魚皮本身可以作為物理屏障,從而發(fā)揮抗菌作用,而AMPs此時則發(fā)揮著化學(xué)屏障的作用。天然的AMPs對多類細菌、真菌等顯示出廣譜抗菌活性,因此,魚類可以作為AMPs的潛在來源[59-60]。

研究人員從不同湖泊中非洲鰱魚的皮膚黏液成功提取出了7種新的AMPs(含有11～16個氨基酸殘基)[61],以金黃色葡萄球菌(ATCC 25923)和大腸桿菌(ATCC 25922)為評價指標,采用瓊脂擴散法和肉湯稀釋法測定其抑菌活性,并采用環(huán)丙沙星作為對照,結(jié)果表明這7種AMPs對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均顯示出較高抗菌活性,其中活性最佳的一組MIC值分別為2.84和0.71 μg/mL。研究人員還研究了黃鯰魚[62]的皮膚黏液得出一種新的線性AMPs叫Pelteobagrin,其對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均表現(xiàn)出較好的抗菌活性,肽序列為GKLNLFLSRLEILKLFVGAL。

除了從皮膚黏液中提取純化AMPs以外,還可從魚皮膚中提取相應(yīng)AMPs。BROEKMAN等[63]從太平洋鱈魚中提取純化得到一種新型抗菌肽,研究表明,該肽對革蘭氏陽性菌活性較弱,而其對真菌顯示出較好的抗菌活性,MIC值為2.5 μmol/L。CHEN等[64]分別選用了2種不同魚源的抗菌肽CATH_BRALE和codCath1來研究其抗菌活性。結(jié)果表明這2種肽對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌顯示出有效的光譜抗菌活性,MIC值為2.34～18.75和2.34～37.5 μg/mL,它們均是通過直接誘導(dǎo)細菌細胞膜滲透和細胞破裂來發(fā)揮抗菌作用。ATEF等[65]使用微量稀釋法測定鱘魚皮膠原水解物對大腸桿菌和沙門氏菌菌株的抗菌活性,其水解產(chǎn)物能夠釋放出較好的抗菌活性。還有利用枯草桿菌對鰩魚皮進行水解,并采用離子交換、固相萃取和反向高效液相色譜法進一步純化得出分子質(zhì)量分別為841和1 010 Da的2種肽,其肽序列分別為GRPGNRGE和AKDYEVDAT,經(jīng)抗菌活性實驗得到,2種肽對金黃色葡萄球菌均顯示出較高的抗菌活性,MIC值為0.52和0.46 mg/mL[66]。

2 明膠

作為膠原的變性產(chǎn)物,明膠是膠原蛋白經(jīng)溫和而不可逆的水解或熱變性處理后的一種良好的溶膠-凝膠可逆熱塑性的多肽化合物[67],其分子質(zhì)量一般為幾萬到幾十萬不等,屬于一種高分子物質(zhì),相較膠原蛋白具有更好的水溶解性、凝膠性、乳化性等特殊性質(zhì)。因此,食用明膠可用作食品中的增稠劑、乳化劑等;工業(yè)明膠一般用于生物復(fù)合材料的制備;醫(yī)用明膠常聯(lián)合其他生物材料用于藥物的載體以及傷口止血敷料。

2.1 魚皮中明膠的制備

明膠的制備一般分為預(yù)處理、提取、純化3步,即采用酸法、堿法、酶法等方法進行預(yù)處理,使膠原蛋白在酸性或堿性的條件下,氫鍵斷裂,螺旋結(jié)構(gòu)解體,進而在水和熱的條件下轉(zhuǎn)變?yōu)槊髂z。

酸法是利用鹽酸、磷酸等酸溶液對膠原蛋白進行處理,使其充分酸化膨脹,接著調(diào)節(jié)pH并提取明膠。吳佳南等[68]以新西蘭鱈魚皮為原料,采用0.1 mol/L HCl溶液浸泡,使魚皮充分溶脹,洗至中性,最后采用熱水抽提的方法進行提取。堿法則是采用NaOH等堿性溶液來水解膠原蛋白的一種方法,其優(yōu)點是在處理原料時可以同時去除其他雜蛋白,以達到純化的目的。僅管堿法提取的明膠質(zhì)量較好,但其生產(chǎn)周期過長。陳仁薈等[69]采用超聲波輔助堿法提取鮭魚皮明膠,經(jīng)研究表明最佳條件為pH 8、超聲80 min、30 ℃下提取7 h,提取率為54.66%,以此獲得高質(zhì)量的魚皮明膠。

2.2 魚皮中明膠的藥用價值

由于明膠特殊的凝膠性、成膜性,因此被廣泛用于醫(yī)用材料的制備,如外科敷料、栓劑以及膠囊劑的囊材等方面。而魚皮明膠的凝膠強度、成膜性、乳化等功能特性相對較差,因此需要聯(lián)合一些生物材料或直接對明膠進行化學(xué)、物理改性,使魚皮明膠達到作為醫(yī)用材料的要求[67]。

劉晗等[70]研究了鱈魚皮明膠,并聯(lián)合海藻酸鈉制備出一種可吸收性的復(fù)合止血敷料,通過對該敷料的物理性能、肝臟相容性及其結(jié)構(gòu)的研究,證明該止血敷料具有良好的止血功效。宋雪等[71]同樣采用海藻酸鈉聯(lián)合太平洋鱈魚皮明膠,制備得到一種可吸收復(fù)合止血敷料,經(jīng)試驗研究表明,明膠復(fù)合止血敷料可以明顯縮短活化部分凝血活酶時間和凝血酶時間,激活內(nèi)源性凝血系統(tǒng)和共同性凝血途徑,以達到快速止血效果,并通過生物相容性實驗進一步表明,該復(fù)合止血敷料無急性毒性、無刺激性且溶血率小于5%,可以作為醫(yī)用材料進一步研究。

3 總結(jié)

我國是水產(chǎn)大國,2021年我國魚類養(yǎng)殖與捕撈總產(chǎn)量為3 561.84 t,水產(chǎn)加工品總量2 125.04萬t,同比增長1.64%,具有豐富的魚類資源。從魚皮中提取生物活性物質(zhì)并用于制藥、食品、化妝品等行業(yè),不僅可以解決資源浪費以及環(huán)境污染的問題,同時能夠獲得較好的經(jīng)濟效益,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。本文從膠原蛋白及其變性產(chǎn)物明膠出發(fā),著重對膠原蛋白的處理、純化進行概述,并對二者的藥用價值進行闡述,以期為后續(xù)研究新的處理工藝或開發(fā)新的藥用價值提供理論基礎(chǔ)。目前,由于技術(shù)成熟度的缺陷,魚皮脫腥工藝以及后續(xù)膠原蛋白穩(wěn)定性等問題不能得到妥善解決,進而不能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因此,針對水產(chǎn)資源的研究仍然是一項十分重要的任務(wù)。