海洋胶原蛋白肽的制备及生物活性研究进展

海洋胶原蛋白肽的制备及生物活性研究进展
*
陈 华1，2，易湘茜1，2，3，陈 忻1，2，4，孙恢礼1
（1中国科学院南海海洋研究所/中科院海洋生物资源可持续利用重点实验室，广州 510301；2中国科学院研究生
院，北京 100049；3广西中医学院药学院，南宁 530001；4佛山科学技术学院理学院，佛山 528000）
*项目来源：国家“863”高技术研发项目（2007A A091602），国家科技支撑计划项目（2008B A D94B08），中科院重要方向项目（K Z C X2Y W209），广东省中国科学院全面战略合作项目（2009B091300018），粤港招标项目（2007498611）。

作者简介：陈华（1982～ ），女，湖北人，博士生，研究方向为海洋生物高值化利用。

通讯作者：孙恢礼
摘 要：海洋胶原蛋白肽由海洋胶原蛋白水解而成，其分子量小，易于人体吸收。

在众多提取方法中，生物酶法最为温和、安全和专一。

海洋胶原蛋白肽具有抑制血管紧张素转化酶、抗氧化、抑制酪氨酸酶等多种生物活性，其作为一种新的具有高度生物安全性原料，可广泛应用于食品、药品、化妆品等领域，开发前景非常广阔。

关键词：海洋胶原蛋白肽；酶解；抗氧化；生物活性长期以来，人们认为蛋白质水解成游离氨基酸后才能被吸收，但研究发现，在氨基酸运输系统功能出现障碍时，人体对寡肽和氨基酸的混合物吸收效果更好。

这是因为在相同浓度和氨基酸组成条件下，寡肽可减少游离氨基酸运输系统的彼此竞争，间接提高吸收效果。

所以从营养学的角度看，在供给人体必需氨基酸的同时，适当补充一些生物活性肽，可增强免疫力，并延缓机体衰老。

胶原蛋白是结缔组织极其重要的结构蛋白，也是细胞间质最重要的功能蛋白。

近年来，胶原蛋白及活性肽已广泛应用于生物、医疗、食品、化妆品、饲料、皮革、影像等诸多领域。

它们主要来源于畜禽动物组织，但由于宗教和习俗等原因，有些地区不能使用。

海洋生物的多样性及所含化合物的特异性为胶原蛋白肽的开发利用提供了机遇与挑战，为了适应高压、低温、高温或高盐等极端环境，海洋生物蛋白氨基酸组成及序列都与陆地生物蛋白不同，其种类和数量也远大于陆地蛋白。

所以，海洋胶原蛋白肽开发利用已成为世界各沿海国海洋开发的一项重要内容。

1 结构特点
胶原蛋白是对动物体内某种蛋白质的特定称谓，植物中并没有；其大多由原料一次水解而成，分子量较大，人体吸收效果不大理想。

而胶原蛋白肽则由胶原蛋白再次水解而成，分子量较小，易于被人体吸收。

现在
很多美容院、商店等经销的“胶原蛋白”与“胶原蛋白肽”其实是不同的产品，消费者也应加以辨别。

1.1 海洋胶原蛋白的特点
海洋胶原蛋白存在于动物的结缔组织中，对机体和脏器起着支持、保护、结合、界隔等作用，其含量与种类、部位、年龄、季节、营养状况等有关，有些鱼皮胶原蛋白含量可达80％以上。

海洋生物中主要有I型和V型胶原蛋白，其中Ⅰ型含量最多，其分子量一般在105D a级范围内，大部分约3×105D a。

海洋胶原蛋白由3条左手螺旋结构的多肽链以氢键结合形成牢固的右手超螺旋结构，主要氨基酸有甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、羟赖氨酸等。

结构中极易出现G l y-X-Y的周期性排列，其中甘氨酸含量占30％，位于X、Y位置的脯氨酸和羟脯氨酸是海洋胶原蛋白特有的氨基酸，约占25％。

海洋胶原蛋白还含有丰富的C u、Zn、Ca、Fe、Na、K等金属元素。

由于海洋生态环境的特殊性（如高压、低温等），海洋胶原蛋白在氨基酸组成和序列上与陆生动物胶原蛋白均有较大差异，并且具有独特的生理功能和物化特性：较低的热变性温度增加了其分离提取难度；含有的大多数动物胶原蛋白所没有的第3条α链使更多的活性中心暴露，从而拥有多种生物活性；极易溶于中性盐溶液或稀酸，较易调制成可溶性溶液等。

1.2 海洋胶原蛋白肽的特点
海洋胶原蛋白肽是海洋胶原蛋白在化学或细
2010年第08期
No.08，2010
中国食物与营养Food and Nutrition in China
菌、酶的作用下发生分子链解体、断裂后形成的介于蛋白质和氨基酸之间的产物。

其分子量因反应方式、时间、温度等条件的不同而不同，一般在100～10000Da，现在市面上的产品多为3000～5000Da。

2 海洋胶原蛋白肽的制备
提取海洋胶原蛋白的方法主要有热水浸提法、酸法、碱法、盐法及酶法等，其活性肽的获得方法则有从天然生物体中提取、通过化学方法和重组D N A技术合成、体外水解蛋白质等。

各方法的选用取决于目的肽段的长短、数量及用途等。

天然产物中活性肽含量很少，可提取用于试验研究。

化学合成法广泛用于生产高价药理级肽，但成本高，副产物对人体有害；重组D N A技术合成法多于生产长肽和蛋白质，而许多活性肽却是短肽。

随着酶制剂工业的迅猛发展，酶法水解比传统的酸法、碱法更为温和、安全、专一，不仅降解时间短，产品营养流失较少，而且无环境污染。

目前，酶解海洋胶原蛋白主要有单酶法和多酶法，多酶法又分为混合酶解法和分步酶解法。

酶解提取活性肽的条件通常应考虑所开发产品对分子量的要求，分子量较小的产品宜用多酶法。

影响酶解效果的因素主要有酶种类、酶量、酶解温度、时间、p H值及料水比等，研究人员大都从这几方面进行研究。

C h a m b e r s等对骨胶原蛋白进行酶解；Benjakul用中性和碱性蛋白酶水解牙鳕皮胶原蛋白；日本某公司用菠萝汁发酵获得活性肽分子量为4000～5000D a。

国内关于海洋胶原蛋白酶解的研究也非常多，木瓜蛋白酶酶解鱼皮得到短肽分子量为6000～29000D a；胰蛋白酶和碱性蛋白酶酶解鳕鱼皮得到寡肽分子量为145～1350D a；中性蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解鱼鳞得到纯度≥95％的低聚肽，分子量为500～800D a的肽含量超过80％；碱性蛋白酶和中性蛋白酶酶解获得活性肽平均分子量为386.3D a，分子量在80～2500D a的含量为91.24％；还有人用海洋低温碱性蛋白酶水解鲮鱼皮制取寡肽。

用枯草芽孢杆菌发酵鱼鳞制备的活性肽可完全溶于冷水，且黏度低，在高浓度下还有流动性，其耐酸性好、耐高温性能好、分子量较小，易于人体吸收。

3 海洋胶原蛋白肽的生物活性
海洋胶原蛋白肽具有独特的生理活性，不仅有蛋白质的营养特性，消化吸收率可达100％，而且有保护胃粘膜、抗溃疡、抗氧化、抗过敏、抗肿瘤、抗衰老、降血压、降胆固醇、增强骨强度、预防骨质疏松、预防关节炎、促进伤口愈合、促进角膜上皮细胞的修复和生长、促进皮肤胶原代谢、免疫调节等多种生理功能。

3.1 抑制血管紧张素转化酶活性
血管紧张素转化酶（A C E）是一种多功能二肽羧肽酶，在血压调节过程中起着非常重要的作用。

人体肾脏可分泌一种特异性蛋白酶，即肾素。

在肾素的作用下，A C E具有收缩血管平滑肌的效应，可导致血管收缩，引发高血压。

同时，A C E还可水解具有舒张血管、降低血压作用的血管舒缓激肽，使其失活。

目前血管紧张素转化酶抑制剂（A C E I）是一种发展很快的降血压药物，但合成的A C E I停药后会引发“停药综合症”，严重威胁患者生命安全。

近年来，随着海洋生物中抑制A C E活性成分的不断发现，人们找到了一条非药物治疗高血压的希望之路。

Byun HG等[1]利用三步膜反应器连续用Alcalase、链霉蛋白酶E和胶原酶水解阿拉斯加雪鱼皮明胶，分离得到了两种具有抑制A C E活性的肽G l y-P r o-L e u和Gly-Pro-Met，其IC50分别为2.6μmol/L和17.13μmol/ L，其中Gly-Pro-Leu肽可作为新的抗高血压替代品。

曾名勇等[2]获得的有抑制A C E活性的寡肽富含疏水氨基酸和芳香族氨基酸。

深海鱼皮胶原肽通过影响脂肪内分泌素的表达而发挥降血压作用。

韩凤杰等[3]发现比目鱼皮胶原寡肽（600～1800D a）对A C E有抑制活性，且水解度与A C E抑制率之间存在相关性，分子量较低的寡肽多具有更高的ACE抑制活性。

3.2 抗氧化活性
氧自由基在细胞代谢过程中普遍存在，在生物体内氧自由基可与DNA、蛋白质和多不饱和脂肪酸作用，造成DNA链断裂和氧化性损伤、蛋白质-蛋白质交联、蛋白质-DNA交联和脂质过氧化等。

脂质过氧化是造成生物体氧化损伤的主要原因，可引发各种心血管病、癌症与老化现象。

生物体内的氧化最终将导致生物体的衰老，因此对抗氧化活性物质的研究引起了世人的关注。

K i m S K等[4]用链霉蛋白酶E水解阿拉斯加雪鱼皮得到分子量为1500～4500D a的活性肽，在亚油酸体系中有很高的抗氧化活性，可开发成一种天然的抗氧化剂。

Properase E蛋白酶酶解海蜇得到的活性肽分子量为350～5000D a，羟自由基清除率可达79.07％。

木瓜蛋白酶酶解河豚鱼皮制备的活性肽清除羟自由基能力最强，研究发现随着活性肽分子量的减小，其清除
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陈华等：海洋胶原蛋白肽的制备及生物活性研究进展
羟自由基、超氧阴离子自由基的能力及还原性将会
增强。

张寒俊等[5]用碱性蛋白酶酶解罗非鱼皮得到的
活性肽分子量为926D a占48.28％，675D a占38.89％，
350D a占12.83％，它们都有较强的抗氧化活性和羟自
由基清除能力。

刘小玲等[6]用动物蛋白酶水解罗非鱼
皮得到的活性肽对由F e2+引发的卵磷脂脂质体过氧化
有抑制作用，且离子交换色谱先等度洗脱再梯度洗脱
分离的活性肽抗氧化效果最好。

与抗氧化活性为清除羟自由基和单线态氧的V C及
“抗氧化物之王”GSH相比，海洋胶原蛋白肽均有较高
的活性。

分子量小于2000Da的鱿鱼皮胶原蛋白肽对超氧
阴离子和羟自由基具有较好的清除效果，可提高小鼠血
液及皮肤中SOD和谷胱甘肽过氧化酶活力，降低丙二醛
含量，并能提高其皮肤组织中的羟脯氨酸含量。

刘桂琴
等[7]发现，较高剂量的海洋胶原蛋白低聚肽（分子量低
于1000Da）具有抗氧化活性，可改善高血糖和高脂膳食
负荷的Ⅱ型糖尿病大鼠体内过氧化应激标志的表达。

3.3 抑制酪氨酸酶的活性
日本刺参胶原肽能显著促进B
16
细胞增殖，抑制
其黑素合成和酪氨酸酶活性，下调酪氨酸酶m R N A
表达，分子量为6000～10000D a的组分抑制效果最
明显。

王静凤等[8]研究发现，鱿鱼皮胶原蛋白肽S P
1
（>10000D a）、S P
2（6000～10000D a)、S P
3
（2000～
6000D a）都能明显抑制B
16
黑素瘤细胞黑素合成，其中
S P
2
抑制效果最明显，20g/L的鱼胶原蛋白活性肽的酪氨酸酶抑制率可达30％以上，远强于市场上的同类产品，且抑制率随浓度上升非线性增强，可望开发为无毒副作用的纯天然美白化妆品原料。

3.4 其他活性
海洋胶原蛋白肽能明显提高老龄小鼠的空间学习
记忆力和被动回避能力，还能拮抗由K
2C r
2
O
7
诱导的
T K6细胞D N A单链断裂，有较强的抗突变活性。

霞水母胶原蛋白活性肽能提高小鼠单核巨噬细胞功能，增强细胞和体液免疫力。

鲑鱼鱼皮胶原蛋白寡肽（200～860D a）可延缓老龄雄性S D大鼠血清睾酮水平下降，浓度为4.5％时效果最明显。

朱翠凤等[9]发现，1.5g/kg海洋骨胶原肽能抑制去卵巢大鼠胰腺细胞凋亡，保护胰腺组织，减轻炎症损伤变性坏死，6.0g/kg时能明显抑制卵巢大鼠体重增加，这种骨胶原肽可望用于绝经期妇女骨质疏松症、胰岛素抵抗和心血管疾病等的防治。

目前认为肥胖症、胰腺细胞凋亡、炎症性坏死、脂肪变性等可能是绝经期妇女发生胰岛素抵抗和糖代谢异常的病理基础。

研究发现，海洋胶原蛋白肽能明显减少小鼠因高脂饮食导致的体重增加，对营养性肥胖预防作用显著，对肝肾无损害并能减轻有害物对肝的损伤。

鱼胶原蛋白肽也具有抑制血小板凝结、抗肿瘤、提高免疫力等活性，对关节炎等疾病有很好的预防及治疗作用。

4 海洋胶原蛋白肽应用前景
在欧美和亚洲等国家，海洋胶原蛋白肽的需求量正逐年增长，其应用范围也日趋广泛。

胶原蛋白肽能补充有益氨基酸，使皮肤胶原蛋白活性加强，保持角质层水分及纤维结构完整，促进皮肤组织新陈代谢，增强循环，延缓衰老；与周围组织亲和性好，有独特的修复功能；能通过螺旋结构将分子内氢键所结合的水分紧锁内部，有良好的保湿功效；有亲水基-O H和疏水基碳链，可稳定泡沫，乳化胶体；通过酸性条件下带正电，碱性带负电的氨基酸结构调节和稳定pH值，可减轻表面活性剂、酸、碱等对皮肤、毛发的损害，增加使用安全性；通过物理吸附与皮肤和头发结合，能耐漂洗处理。

4.1 食品添加剂
可用做调味料或辅料添加到鱼制品、速冻食品等中，以提供必需氨基酸，丰富营养，丰满口感；可用来代替一部分鱼肉，改善风味和品质；可添加到面包、蛋糕及点心中，改善营养结构，利于儿童和老人消化吸收；还可添加于各种饮料、果冻、酸奶中, 制成营养、美容或高能饮品，补充能量。

4.2 功能食品和药品
海洋胶原蛋白肽可调节人体新陈代谢，清除体内垃圾，健脾胃，改善睡眠，延缓衰老，预防骨质疏松。

它能补充骨中胶原蛋白，保住钙离子，特别适合儿童和中老年人。

在医药保健品方面，可单独作为功能性食品直接食用，如咀嚼片、运动员所需蛋白质粉和肠内营养制剂等。

徐彬等[10]对重型颅脑损伤术后病人临床效果观察发现，富含海洋胶原蛋白肽的肠内营养可调节代谢，降低感染率，增强免疫力，有助于病情恢复，降低病死率效果优于其他肠内营养。

4.3 美容护肤品
胶原蛋白肽能增进细胞活力，增加皮肤亮泽，维持皮肤锁水保湿，显现人体年轻健康。

科学研究发现，0.01％的海洋胶原肽就能表现出抵抗辐射作用，其淡化色斑、消除黑眼圈、美眉、丰乳等功效也逐一得到证明。

由于胶原富含羟基、氨基等亲水基团，它还具有良好的保湿性。

鱼胶原肽的总体保湿效果强于
市场上的同类产品，其三肽更具有促进人皮肤成纤维细胞胶原和透明质酸生成、改善皮肤弹性等作用，它安全性高、吸收性好、透明、无臭、无刺激，可用作化妆品原料。

经口服观测血中含量的实验结果表明，吸收速率和吸收量三肽＞二肽＞单个氨基酸，即相对分子质量较小的分子可渗皮肤或透过皮质层，达到营养皮肤的作用。

如果在皮肤干燥、细纹出现时，即时补充胶原寡肽，则可增加皮肤保水能力、紧致肌肤、淡化干纹。

因此，胶原寡肽作为延缓皮肤衰老的主要途径之一，已得到长期的应用和广泛的认可。

海洋胶原三肽以其独特的分子结构和较小的分子量、良好的渗透性、适当的氨基酸构成、与皮肤良好的相容性、体内体外的保湿能力、与维生素C的协同作用、促进透明质酸的合成等优势，已成功地应用于保湿型化妆品。

高抗氧化活性胶原肽的制备也为深入研究其在食品及化妆品领域的应用奠定了基础，同时作为无机的、合成的抗氧化物的替代物，天然胶原肽也将更具优势。

此外，还可主要针对骨骼和关节疾病的人群、运动员、爱美人群（护发、护肤、保养指甲），将海洋胶原蛋白肽应用于减肥、无糖及低盐产品中。

由于海洋胶原蛋白肽在含氮量和水溶物方面优势独特，还可用于配置生物发酵培养基，有效促进菌丝生长。

5 展望
随着研究的深入，以海洋生物为原料提取具有降血压、抗氧化等生物活性的胶原肽的研究将更为广泛。

同时，从研究海洋生物提取具有多种生物活性的胶原肽的角度来展开，以海洋药物开发为契机，对相关性质的研究必将具有更为深远的意义。

◇参考文献
［1］Byun HG， Kim SK. Purification and characterization of angiotensin I converting enzyme (ACE) inhibitory peptides from Alaska pollack (Theragra chalcogramma) skin. Process Biochemistry， 2001，36：1155-1162.［2］曾名勇，陈胜军，李来好，等. 红非鲫鱼皮胶原蛋白酶解产物中血管紧张素转换酶抑制肽的分离及其部分特性. 中
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2001，49(4)：1984-1989.
［5］张寒俊，杨国燕，张蕾. 罗非鱼皮胶原蛋白肽酶解液的制备及其抗氧化特性研究. 中国酿造，2008，
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［10］徐彬，韩晓丽. 富含胶原蛋白肽的肠内营养对重型颅脑损伤后病人临床应用的效果观察. 新疆医学，
2009，39：7-9.
Advancement of the Preparation and Bioactivities of Ocean Collagen Peptides
CHEN Hua1,2，YI Xiang-xi1,2,3，CHEN Xin1,2,4，SUN Hui-li1
(1South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301;
2Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049; 3Guangxi University of Traditional Chinese Medicine, Nanning 530001; 4Department of Chemistry and Chemical Engineering, Foshan University, Foshan 528000)
Abstract: Marine collagen peptides hydrolyzed from marine collagen protein could be easily absorbed by human body owing to the lower molecular weight. Generally, they were hydrolyzed by various enzymes, which were temperate, safe and specific. Marine collagen peptides had the angiotensin-converting enzyme inhibition, antioxidantion, tyrosinase inhibition and other bioactivities. As a new kind of material with high biological safety, they would be widely used in food, drug, cosmetic, etc.
Keywords: Ocean Collagen Peptide；Enzyme Hydrolysis；Antioxidantion；Bioactivity
60中国食物与营养。