大鲵水解胶原的制备、生物活性及护肤作用研究进展.pdf
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1、2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 89 大鲵水解胶原的制备、大鲵水解胶原的制备、生物活性及护肤作用研究进展生物活性及护肤作用研究进展 易凡智1,刘金洋1,翟兴月2*,李伟1,佟长青1*(1大连海洋大学食品科学与工程学院,辽宁省水产品加工及综合利用重点实验室,海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心,辽宁 大连 116023;2大连医科大学附属第二医院临床营养科,辽宁 大连 116023)摘 要大鲵(Andrias davidianus)皮肤富含胶原蛋白,成为大鲵深加工领域的研究热点之一。从大鲵皮中制备的大鲵胶原蛋白,通过热变性、部分水解获得高分子量
2、水溶性蛋白为大鲵明胶,全部水解获得的低分子量水溶性多肽为大鲵胶原蛋白肽,即大鲵水解胶原。水解胶原由于其分子量小,具有较好的生物相溶性,可以渗透到皮肤的深层,促进皮肤胶原蛋白结构的形成,对皮肤没有刺激作用,是一种功效十分明确的改善皮肤的原料。本文对大鲵水解胶原的制备、生物活性及对皮肤护理的作用等方面进行综述,以期为大鲵的精深加工提供参考。关键词大鲵;水解胶原;生物活性;护肤 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0089-03 Advanced on Preparation,Biological Activities and Skin Care Effects
3、 of Hydrolyzed Collagen from Andrias Davidianus Yi Fanzhi1,Liu Jinyang1,Zhai Xingyue2*,Li Wei1,Tong Changqing1*(1.College of Food Science and Engineering,Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Utilization of Liaoning Province,Collaborative Innovation Center of Seafood Deep Processing,Dalia
4、n Ocean University,Dalian 116023;2.Clinical Nutrition Department,the Second Hospital of Dalian Medical University,Dalian 116023,China)Abstract:The skin of giant salamander(Andrias davidianus)is rich in collagen,which has become one of the research focuses in the field of deep processing of giant sal
5、amander.The giant salamander collagen is prepared from the skin of giant salamander.The water-soluble giant salamander gelatin with high molecular weight is obtained by thermal denaturation and partial hydrolysis.The water-soluble giant salamander collagen peptide with low molecular weight is obtain
6、ed by full hydrolysis,that is giant salamander hydrolyzed collagen.Hydrolyzed collagen has good biocompatibility due to its small molecular weight,which can penetrate into the deep skin and promote the formation of skin collagen structure.It has no irritating effect on the skin and is a very effecti
7、ve cosmetic raw material.In this review,the preparation,biological activities and the effects on skin care of hydrolyzed collagen of giant salamander were reviewed in order to provide reference for the further processing of giant salamander.Keywords:giant salamander;hydrolyzed collagen;biological ac
8、tivity;skin care effect 我国大鲵产业兴起于20世纪80年代后期的张家界,目前形成了湖南、湖北、陕西、河南、重庆、贵州、四川、浙江、广东、广西、江西、福建等主要养殖基地1。全国现有大鲵存池量约为6000万尾,每年出池商品大鲵量约为12万t2,通常以初级产品形式销售。因此,从大鲵中获得多种生物活性物质,推进其在功能食品、保健品、特殊医学用途食品、化妆品、医药品等领域的应用,是我国大鲵产业可持续发展的保证。大鲵皮肤富含胶原蛋白,成为大鲵精深加工领域的一个研究热点3-4。从大鲵皮中制备的大鲵胶原蛋白,通过热变性、部分水解获得高分子量水溶性蛋白为大鲵明胶5,全部水解获得的低分子量
9、水溶性多肽为大鲵水解胶原。水解胶原是国家药品监督管理局发布的 已使用化妆品原料目录(2021 年版)中的成分之一6。水解胶原由于其分子量小,具有较好的生物相容性,可以渗透到皮肤深层,促进皮肤胶原蛋白结构的代谢,同时它对皮肤没有刺激作用,是一种功效十分明确的改善皮肤的原料或者添加剂。以大鲵水解胶原为主要原料开发的保健食品和功能食品将会备受人们的推崇。当前,大鲵水解胶原的定向酶解技术还有待加强,在控制其分子量并提高活性与功效方面仍有待进一步研究。基于此,本文对大鲵水解胶原的制备、生物活性及其对皮肤的作用等方面进行综述,以期为后续大鲵的在功能食品、保健品领域的研究与开发提供一定的理论参考。1 大鲵胶
10、原蛋白及明胶的制备大鲵胶原蛋白及明胶的制备 大鲵胶原蛋白主要分布于肌基质蛋白和皮肤中。酸法和酶解法是常用的提取胶原蛋白的方法7。酸法提取大鲵胶原蛋白的研究显示,大鲵皮胶原蛋白的种类比肌基质蛋白中提取的胶原蛋白种类多,酶解法获得的大鲵皮胶原蛋白与肌基质蛋白中的胶原蛋白分子量基本一致,酸法提取的皮中胶原蛋白网状结构比肌基质蛋白中的胶原蛋白更为完整,两种来源的胶原蛋白黏度显著不同8。对人工养殖大鲵皮中提取的胶原蛋白的性质研究表明,大鲵皮胶原蛋白具有较好的持水性和泡沫稳定性9,大鲵软骨胶原蛋白无免疫原性10。除此之外,大鲵胶原蛋白在特定条件下还具有较好的起泡性和乳化性。例如,0.4%大鲵胶原蛋白在 p
11、H 7,盐离子浓度为 1.25 mol/L 时有较好起泡性,盐离子浓度为 0.25 mol/L 时有较好的乳化性11。综上,大鲵胶原蛋白具有良好的理化性质。李华11对来自四川省什邡市养殖场的大鲵皮胶原蛋白进行组成及性质分析发现,在低温 4 条件下利用酶解工艺提取的胶原蛋白中羟脯氨酸含量为 22.3 mg/g,脯氨酸羟化比例为51.5%,通过十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分析确认为 I 型胶原蛋白。由此可见,大鲵皮中的胶原蛋白主要为 I 型胶原蛋白。利用乙酸、
12、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶对伊水大鲵皮中胶原蛋白进行提取,木瓜蛋白酶和胃蛋白酶提取的胶原蛋白氨基酸组成中甘氨酸含量最高,谷氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸的含量较高,木瓜蛋白酶提取的胶原蛋白中胱氨酸含量最低,胃蛋白酶提取的胶原蛋白中酪氨酸含量最低。由此可见,大鲵胶原蛋白中富含疏水氨基酸,具有很好的抗氧化效果12。运用蛋白质组学方法,可以从大鲵皮中发现更多种类的胶原蛋白,如胶原蛋白-1(II、IV、IX、XXVII)、胶原蛋白-2(IX)、IV 型胶原蛋白-3 结合蛋白等13。总体上来讲,大鲵皮及肌基质蛋白都是大鲵胶原蛋白的重要来源。大鲵水解胶原常用的另一种原料是大鲵明胶。将经过酸处理的大鲵皮置于超声波清洗器热
13、水浴中,经过一定时间提取、收稿日期 2023-02-22 作者简介 易凡智(1999-),男,辽宁抚顺人,硕士研究生,主要研究方向为活性物质。*为通讯作者。广 东 化 工 2023 年 第 16 期 90 第 50 卷 总第 498 期 过滤、离心、减压浓缩、冷冻干燥等步骤,得到富含甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸和丙氨酸的大鲵明胶14。大鲵明胶是大鲵胶原蛋白通过热变性、部分水解获得的高分子量水溶性蛋白。在大鲵明胶的基础上制备的大鲵明胶肽具有一定的抗氧化能力15,暗示大鲵明胶肽具有作为抗氧化肽的潜力。明胶主要用来改善食品结构、提高食品的保水性、稳定性16,或进行深度开发,例如制备明胶复合膜17等。2 大
14、鲵水解胶原的制备及结构特征大鲵水解胶原的制备及结构特征 大鲵水解胶原,即大鲵胶原蛋白肽,是从大鲵胶原蛋白或者大鲵明胶经过水解制备而成的小分子生物活性肽。制备大鲵水解胶原的众多方法中,目前使用较多的是酶解法。采用不同的酶对不同的原料进行酶解可得到分子量不同的胶原蛋白肽,大鲵皮胶原蛋白经过木瓜蛋白酶酶解,可以获得分子量低于55 kDa 的大鲵胶原蛋白肽,它具有三股螺旋特征18;以大鲵皮明胶为原料,利用木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和风味蛋白酶组成的复合酶进行水解,得到的大鲵胶原蛋白肽分子量小于5000 Da19。值得注意的是,提取分子量越小的胶原蛋白肽所需的水解条件更多,例如,利用水解蛋白酶、中性蛋白酶、
15、风味蛋白酶组成的复合酶对大鲵皮胶原蛋白进行酶解,并利用生物膜技术进行分离,可获得分子量小于 1000 Da 的大鲵胶原蛋白肽20。由于大鲵皮质较厚,表面粗糙且韧性较强,在其加工过程中不易粉碎,故存在酶解效率较低21等问题,高温高压等预处理可以软化大鲵皮组织,从而获得较高的大鲵胶原蛋白肽提取率22。对于大鲵水解胶原结构的研究上,目前仅限于氨基酸组成分析及分子量测定。胶原蛋白的主要结构是由 Gly-X-Y 氨基酸重复序列形成的螺旋结构或非螺旋结构,其中 X 和 Y 常为脯氨酸(Pro)和羟脯氨酸(Hyp)。水解胶原是胶原蛋白以酶解方式进行水解获得的肽段,其氨基酸序列具有胶原蛋白的特征。研究表明,水
16、解胶原在血浆中的主要结构是 Pro-Hyp、Pro-Hyp-Gly、Gly-Pro-Hyp 等形式23。现如今,制备大鲵水解胶原蛋白的方法还比较局限,还需发展大鲵水解胶原的定向酶解技术,且对于水解胶原的结构研究,今后应进一步深入研究肽段的构效关系。3 大鲵水解胶原的生物活性大鲵水解胶原的生物活性 大鲵水解胶原具有减轻氧化应激对人体损伤的作用。在人体中,氧化应激反应产生的氧自由基会导致细胞膜、蛋白质和DNA 发生氧化损伤,继而引发皮肤损伤、发炎、癌症、神经元损伤和衰老24。大量的研究表明,具有抗氧化活性的胶原蛋白肽可以通过降低氧化应激反应带来的患病风险,因而具有较好的保健功效。利用碱性蛋白酶酶解
17、大鲵皮胶原蛋白获得的大鲵水解胶原,表现出了较好的清除羟基自由基的能力25。由此可见,大鲵水解胶原是一种天然的抗氧化剂。另外,大鲵水解胶原具有保护肝损伤作用。李林格等18利用大鲵水解胶原对乙醇诱导的肝损伤小鼠的保护作用进行研究,发现大鲵水解胶原低50 mg/(kgd)、高150 mg/(kgd)剂量组可以显著降低乙醇诱导小鼠血清中谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)、丙谷转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)水平,显著抑制丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量升高,促进肝组织中超氧化物歧化酶(Superoxide d
18、ismutase,SOD)升高,大鲵水解胶原具有保护乙醇诱导的小鼠肝损伤作用。张钰源等26利用碱性蛋白酶酶解获得的大鲵皮胶原对 ICR(Institute of Cancer Research)小鼠呈现出较弱抗原性。从鱼胶原蛋白提取出的水解胶原在浓度为 1.88 mmol/L时,可实现对金黄色葡萄球菌的完全抑制,表明水解胶原具有抑菌作用27。对术后患者服用水解胶原,服用组的球蛋白(globulin,GLB)、淋巴细胞(lymphocyte,LYM)等指标与营养状况评价指标与未服用组相比都有明显升高,表明水解胶原具有改善免疫功能的作用28。对小鼠进行紫外线照射实验,通过组织病理学分析发现水解胶原
19、具有抗皮肤老化作用29,对水解胶原进行体外试验与临床试验的研究表明,水解胶原可以促进伤口愈合30,并且具有降血压活性31,对血糖水平与络氨酸酶都具有抑制活性32-34。综上,水解胶原具有多种生物活性,如抗菌活性、免疫调节活性、抗皮肤衰老活性、促进组织修复功能、降血压、血糖活性及抑制酪氨酸活性等。但鲜有对大鲵水解胶原的活性研究,通过对大鲵水解胶原在这些方面生物活性的研究,可以拓展其在食品、保健食品、化妆品及药品等领域上的应用范围。4 水解胶原对皮肤的作用水解胶原对皮肤的作用 皮肤的结构、弹性和紧致度是由构成皮肤的胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸决定的35。随着年龄的增加和环境的变化,如机体代谢和激素
20、水平发生改变以及紫外线照射,会导致皮肤出现弹性下降、粗糙、皱纹形成和色素沉着等老化现象36。在皮肤老化过程中,皮肤的胶原纤维出现增厚、变短的现象,机体补充胶原蛋白的能力降低37。研究表明,通过补充水解胶原可以消除皮肤中的自由基,维持皮肤的正常代谢、延缓皮肤老化35。水解胶原经口服后在胃肠道中经过消化降解,通过主动吸收、胞吞作用、被动运输等形式通过小肠上皮细胞到达血液38-40。寡肽转运蛋白(PepT1)是一种依靠 H+梯度的肽载体41,它将结合的各种二肽和三肽转运到肠上皮细胞中,但是不能转运四肽42-43。小鼠口服胶原蛋白肽后,在其血液中可以鉴定出 17 种胶原蛋白衍生肽,其中 Gly-Pro
21、-Hyp 浓度较高,而在皮肤中来自 Gly-Pro-Hyp的 Pro-Hyp 浓度较高23。随后的研究表明,在人和小鼠中Pro-Hyp 的吸收和排泄是完整,在皮肤和血液中只存在于微摩尔范围的浓度,相较于摄入量,吸收的含量较低42,44。目前虽然胶原蛋白肽可以口服利用,但其利用率还不高。从另一个角度讲,水解胶原含有的大量甘氨酸,参与人体内的胶原蛋白合成代谢。因此,口服水解胶原具有改善皮肤代谢状态的功效。皮肤具有吸收外界物质的能力。水解胶原与人皮肤胶原蛋白结构类似,具有较好的生物相容性,因此可以被皮肤吸收。水解胶原经皮吸收属于透皮吸收。水解胶原的透皮吸收主要通过角质层、毛囊皮脂腺、汗管口等几种途径
22、45。一般情况下,小分子物质、兼具脂溶性和水溶性的物质更容易穿过角质层46。对海蜇、牛骨和鳕鱼皮胶原蛋白肽透皮吸收的研究结果表明,胶原蛋白肽分子量越大,透皮吸收能力越小47。综上,水解胶原可以通过两种方式进入人体,从而改善皮肤的健康状态。5 大鲵水解胶原的应用大鲵水解胶原的应用 基于大鲵水解胶原对皮肤的改善作用,徐阳等48以感官评价得分和离心稳定性为指标,优化出大鲵水解胶原口服液的最佳配方,该口服液无急性毒性,但未见大鲵水解胶原口服液服用后对皮肤的影响报道。肽类和蛋白质类物质口服制剂具有服用方便的优点,但胃肠道的酶解作用和肠道黏膜屏障影响了其生物利用率49-50,此问题仍需进一步克服。对小鼠进
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