胶原蛋白的特性及其应用

题目胶原蛋白的特性及其应用学生姓名赖娜桐

课程纤维化学与物理

学号 *************

专业轻纺与食品学院轻化工程

二〇一四年十一月十九日

胶原蛋白的特性及其应用

赖娜桐

（四川大学轻纺与食品）

[摘要] 近年来，随着胶原提取技术的发展以及对胶原蛋白与胶原多肽的功能性质认识的提高，胶原蛋白的研究与应用成为一个新的热点。本文结合胶原蛋白各方面的性质及性能综述了其在轻工业、医学材料等非制革领域的应用。

[关键词]胶原蛋白；食品；化妆品；医学；应用

Property and Application of Collagen Protein

Lai Na-tong

(School of Light Textile and Food Engineering, Sichuan University) [Abstract]With the development of the means of extracting collagen and the full realization of functional properties of collagen and collagen peptide, the research and application of the collagen have become a hotspot. This paper will introduces the application of collagen protein, combining with the property and function, in light industrial,medical materials and other field except leather manufacture.

[Keyword] collagen protein; food;cosmetics; medical; application

一、前言

胶原蛋白是是细胞外基质（ECM）的主要成分，约占胶原纤维固体物的85%。胶原蛋白是动物体中普遍存在的一种大分子蛋白，主要存在于动物的结缔组织（骨、软骨、皮肤、腱、韧等）中，占哺乳动物体内蛋白质的25%～30%，相当于体重的6%。在许多海洋生物，如鱼类的皮，占其蛋白质含量甚至高达80%以上[1-3]百度。据估计, 自然界中从低等的无脊椎动物到高等的哺乳动物, 总共大约有500亿吨以上的胶原[4]。

胶原蛋白主要含有α－氨基酸、脯氨酸、羟氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸等。胶原蛋白是胶原的水解产物，其中三股螺旋结构彻底松开，成为3条自由的肽链，且降解成多分散的肽段，每一条α肽链在分子结构上都是由重复出现的Gly-X-Y三肽周期结构组成左手螺旋结构．每种胶原蛋白至少含有一段三螺旋结构区域，这样的三股螺旋区域被称为胶原区域，3条肽链在氨基酸残基的相互作用下，以同一轴为中心，以右手螺旋方式形成稳定的三股螺旋结构。除了三螺

旋结构以外，胶原蛋白还含有非三螺旋结构的结构域，这些非三螺旋的结构域可成为细胞外基质[5-6].这些结构特征决定了胶原蛋白具有一定的热稳定性和很高的机械韧性和强度，独特的纤维状结构及良好的生物相容性、可降解性和低抗原性等生物活性[7]。

胶原蛋白的热稳定性和很高的机械韧性和强度, 赋予了它用于食品、医药品、包装材料的独特之处; 胶原蛋白具有很强的亲水、保湿性能, 这是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, 这一特性使其在食品中可用作添加剂, 以改善食品的风味、提高食品的保藏稳定期, 可用作食品的胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂、发泡剂、粘合剂( 粘结剂)、澄清剂等。胶原蛋白作为天然的生物资源, 目前在食品、医药、化妆品、生物肥料、生物农药等高附加值工业中的应用越来越广泛,越来越受到人们的重视。

胶原蛋白所特有的极低的抗原性、极高的可生物降解性、生物吸收性、止血功能和促进细胞生长的功能, 近几年来在医药工业、临床医学和临床治疗中也有广泛的应用。根据临床要求的不同,对胶原进行相应的加工处理, 制备成胶原注射液、胶原止血粉剂、止血纤维、止血海绵、手术缝合材料、心脏瓣膜修复材料, 或以膜形式的外科敷、皮肤移植材料, 以及以管状形式的血管、食管和气管的替代材料等。这些材料被广泛用于创伤和烧伤的修复、整形和美容, 皮肤及神经生长, 以及血管、瓣膜手术等, 展现出良好的应用前景[4]。

我国是肉类消费大国, 在生产肉类的同时会产生大量的副产品, 动物皮就是其中主要之一, 胶原蛋白是动物皮的主要组成成分, 是动物体内含量最高的蛋白, 占皮、筋腱、软骨等组织干重的70 %以上[8]。由于我国大部分的皮资源均以制革等形式加以利用，利用率极低，而产生的皮革固体废弃物。如不加以回收利用，则不仅会占用场地、污染环境，而且也是对胶原蛋白资源的极大浪费。由于世界制革的重心由70 年代欧美目前已转移到我国, 使得动物皮大量用于制革, 而制革工业中只有25 %左右的原料皮变成革, 其余都在制作过程作为边角废料扔掉。据资料统计我国年投产1 .7 亿张皮, 约有140 万t 固体废料产生[9-10] , 这些含80 %胶原蛋白的废料又分为含铬废料和不含铬废料两大类, 其中含铬的有毒废料占了70 %左右[11-12] , 不含铬的胶原蛋白废料由于成分简单, 没有经过铬的交联, 容易提取高纯度、高质量的胶原蛋白产品, 其利用技术也已较为完善。而含铬废弃物中由于铬与胶原以共价键牢固结合并在胶原肽链间形成交联, 很难将其分离提纯。如此多的废料弃之不用既占用场地, 也会带来严重的环境污染和生态破坏, 又是资源的极大浪费。因此, 各国纷纷对皮革下角料制取胶原蛋白, 回收铬盐的工艺进行研究, 以进一步高价值转化皮革废弃物, 充分有效利用资源。美国在九十年代便开始研究从铬革屑中提取胶原蛋白应用于饲料添加剂、农业化肥等领域;罗马尼亚从制革下角料中提取胶原蛋白将其用于皮肤医学、药物和兽医等的生物材料;日本除上述利用外, 还将其加工成照相底片;我国四川大学皮革工程系张铭让教授等研究从制革废弃物中提取胶原蛋白应用于食品和化妆品行业, 并建成了年产100t 胶原蛋白粉的中试基地[13]。

二、胶原蛋白在轻工业的应用

（一）改性胶原蛋白作为化工材料在皮革工业的应用

胶原蛋白类皮革复鞣填充材料。