猪皮胶原蛋白的高效利用研究进展

余东华，徐志宏，魏振承

（1.广东省农科院生物技术研究所/农业部功能食品开放重点实验室，广东广州510610；2.华中农业大学，湖北武汉430070）

猪皮胶原蛋白的高效利用研究进展

余东华1，2，徐志宏1，*，魏振承1

（1.广东省农科院生物技术研究所/农业部功能食品开放重点实验室，广东广州510610；2.华中农业大学，湖北武汉430070）

介绍了猪皮的结构、营养成分和常见的食用方式，并综合介绍了猪皮胶原蛋白的研究现状和酶法高效利用的技术特点，包括不同酶酶解猪皮所得的水解度和酶解产物特性的研究等，最后提出了一些问题并做出展望。

猪皮，胶原蛋白，酶解

随着国家经济的发展，政府对养殖业的扶持力度加大，我国肉食生猪存栏一直维持在4～5亿头，年出栏最高时达到过6亿头，约为世界总量的50%左右。另外，税收不断减免刺激了制革工业的发展，技术设备不断更新，使企业效率大幅提高。但是，在猪皮供销方面又存在重大问题，主要是丰富的资源绝大部分随肉一同销售，造成猪皮资源短缺，因此解决猪皮供销，开发猪皮资源，进行深加工，提高资源的附加值就成为制革工作者对发展国民经济义不容辞的责任［1-3］。但是，随着制革工业的发展，制革脚料没有得到充分利用，大量优质资源的浪费不禁让人可惜。近些年，猪皮的高效利用研究成为热点。研究者们开始致力于猪皮脚料的深度开发或合成。研究覆盖制革、食品、医药、化妆品等诸多领域，特别是医疗保健品、美容化妆品方面，取得了一批研究成果。但是，有关猪皮胶原多肽的功能性评价方面，文献报道较少。

1 猪皮的结构和营养成分

猪皮是由比较薄的表皮层、最厚及最紧实的真皮层、最松软的皮下结缔组织构成，其主要成分为真皮层。其重量和厚度占生皮的90%以上，是一种结缔组织，并由在结构上和化学组成上彼此不相同的胶原纤维、弹性纤维和网状纤维所构成。表皮层主要由各种形状、彼此紧贴着许多单核细胞组成的角蛋白构成；内皮层则富含脂肪组织及肌肉组织［4］。

猪皮的化学成分和其它动物皮一样，由水分、脂肪、矿物质和蛋白质组成。其中水分含量约65%，脂肪为2%，矿物质为0.5%，蛋白质为33%。除水分外，皮的主要成分为蛋白质［5-6］。猪皮蛋白质主要是胶原，分子量为30万左右，胶原蛋白约占真皮干物质的98%，经在水中长时间加热，胶原蛋白水解后含有18种氨基酸，其中含量最大的是甘氨酸占1/3，丙氨酸占l/9，脯氨酸和羟脯氨酸占2/9，必需氨基酸（8种）共占1/8（见表1）。

表1 胶原所含氨基酸的数量［5］

2 猪皮的利用现状

2.1 猪皮常见的食用方法

猪皮的高营养价值，使其在药用历史上的应用源远流长。中医讲究药食同源，以行补行。东汉张仲景《伤寒论》中的猪肤汤，就是以猪皮为主药；《随息居饮食谱》与《中华本草》中均有记载。现今常用的食用方式也有很多种，例如：油炸猪皮［7］、红烧猪皮、假红烧蹄皮、烫漂肉皮、卤制猪皮、速食猪皮和猪皮冻［8］等，深受大家的喜爱。

2.2 猪皮在制革工业上的利用

在我国，猪皮主要应用在制革工业上，国家对猪皮制革的优惠政策，促进了猪皮制革的技术发展，猪革产品的质量已可以和牛羊革产品媲美，尤其是猪革同样有天然皮革的特性，猪革制品曾在我国革制品市场中占有率达到50%［1］。在美国农业部东方地区研究中心研制出通过使用少量浴液加工揉制猪皮，冲洗液循环使用，从而降低化学制剂数量和缩短加工时间。该工艺解决了有关猪皮的两个问题，即需要大量的水和必须的适量加脂处理［9］。孙静和曾冬青［10］对制革发展的新趋势，无铬鞣制革进行了分析，并探索了钛鞣猪皮服装革工艺。

2.3 猪皮在食品工业上的利用

膨化猪皮［11-13］，乳化猪皮［14-15］的生产给不少企业带来不匪的经济效益。赵荒用猪皮制作人造海蜇皮，成品率达70%，其营养和风味与天然海蜇皮不相上下［16］。刘代成发明了一种猪皮美容饮料并申请专利［17］。康锦豫对猪皮香菇罐头的工艺做了研究。袁玉超等研究将乳化猪皮加入盐水火腿中，不但降低了产品成本，也能提高产品的弹性和切片性，增强肉制品口感，改善产品组织结构［18］。德国汉诺威袋装香肠中猪皮的添加量高达36%。在冰激凌、雪糕、冰糕等制品中使用明胶，可防止冰激凌之类的制品在成型时，形成粗冰晶，可使结构细腻、坚实光滑，是理想的防融剂；除此之外，还可以作为乳化剂和澄清剂添加到奶糖和啤酒中［6］。

2.4 猪皮在医药业上的利用

猪皮作为敷料的应用效果较佳，它对保护烧伤创面、减少渗出、防止感染有重要作用。祝伟建等自1992年对医用猪皮的制作过程进行了重大改进，成功制备医用猪皮并将其用于烧伤治疗的实验研究［19］。吉林大学第四医院1999年以来应用上海烧伤研究所研制的医用猪皮治疗烫伤20例，收到了良好的疗效［20］。干燥猪皮治疗烧伤 47例，效果较好［21］；此方面的应用国外较早，1978年L Sully就利用低压干燥的猪皮治疗烧伤［22］；1990年Cedric J还利用猪皮异种移植来治疗新生儿大疱性表皮松解症［23］。新鲜猪皮经改良后，治疗深度烧伤、大面积创面方面的效果令人满意［24］。随着基因工程的飞速发展，基因转染猪皮作为微粒皮移植覆盖物，在大面积深度烧伤患者微粒皮移植的临床应用中，其创面愈合效果较新鲜猪皮好［25］。成训妍用猪皮制作治疗牛皮癣新药膏，效果非常理想［26］。张红等以猪皮为原料酶解分别制备胶原及胶原蛋白，以大鼠建立皮肤创伤模型，比较使用胶原、胶原蛋白及胶原与胶原蛋白合用后大鼠创伤模型的愈合率，结果发现胶原和胶原蛋白能有效促进大鼠创伤皮肤的愈合［27］。猪皮的下角料还可以生产蛋白胨，是四环素等药物的主要培养基［3］。

2.5 在美容保健化妆品业上的利用

主要是利用猪皮提取的胶原蛋白。胶原富含羟基、氨基等亲水基团，使其具有良好的保水保湿性能。胶原蛋白酶解后，由于分子结构、分子量的变化，维持蛋白质结构的作用力在酶解后得到释放，酶解产物在溶剂中的溶解性有了显著的变化，因此其功能特性随之发生变化。酶解前胶原蛋白分子质量较大，相对疏水作用较强，能够较好地维持分子的构型，因而在两相体系中具有较好的吸油性、乳化性和乳化稳定性，因此在油性化妆品中添加胶原多肽就要求水解程度较低、分子量较大。保湿型化妆品则要求酶解程度高、产物分子量小，极性基团能够形成氢键、离子键等极性作用力，能够在极性溶剂中很好地溶解［28］。另外，胶原蛋白丰富的氨基酸成分，对皮肤有良好的修复作用和美白防晒作用。现今化妆品市场也有很多胶原蛋白面膜、面霜、胶原蛋白片剂和美容食品等。

2.6 其他方面

猪皮还可以附带提炼出一定量的工业用油，它将为肥皂、牙膏等日用化工提供更多的原辅料。猪皮油还可以生产硬脂酸，为塑料、橡胶工业提供添加剂原料。利用猪皮制备透明质酸也广泛应用于临床医学和高级化妆品生产［29-30］。Aaron E Freeman等用猪皮为底物做培养基，培养了多种类型的上皮细胞，该方法的主要优点是很好地抑制成纤维细胞的副产物的产生［31］。

3 猪皮胶原蛋白的酶法高效利用

猪皮蛋白质主要是胶原，胶原由于特殊复杂的空间结构，其分子量高达300kDa，很难被机体消化吸收，通过蛋白酶水解可以将猪皮中的蛋白质水解为肽［32］。大量研究表明胶原多肽具有易消化、保护胃粘膜以及抗溃疡、促进骨形成、促进皮肤胶原代谢、预防及治疗关节炎、抑制血管紧张素转移酶、抗氧化、抑制血小板凝结和抗肿瘤活性等多方面的生理功能［33］。胶原蛋白可以用酸和碱水解，但对胶原蛋白三维结构的破坏和氨基酸的损失，致使这两种方法逐步被酶法水解所取代。而酶法水解反应条件温和，具有较高的回收率，水解反应速度快，时间短，无环境污染，较酸法和碱法水解的产品更安全，被广泛应用于功能食品、化妆品及其它相关健康产品。

3.1 酶的选择

不同酶的酶解产物不同，活性也不同。寻找合适的酶，用最优酶解工艺，得到具有高活性的产物一直是研究的重点。胶原蛋白水解过程中酶的选择至关重要，它不仅影响得率，还影响产物特性和用途。酶主要有三大类：一是动物源酶类，主要包括胃蛋白酶和胰蛋白酶等；二是植物源酶类，主要用到木瓜蛋白酶；微生物酶类主要有枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶和中性蛋白酶等。

李岩等研究了在没有外加碱的pH渐变条件下，用枯草杆菌碱性蛋白酶和黑曲霉酸性蛋白酶双酶协同水解从猪皮胶原蛋白制备寡肽水解物，发现能够显著提高猪皮降解率，特别是蛋白质水解度可达17.7%［34］。施辉阳和张鹏用胃蛋白酶水解猪皮，胶原产率达到了16%，纯度也达到了96.3%［35］。班玉凤等研究了Alcalase水解猪皮胶原蛋白，发现在最佳水解条件下，猪皮的降解率可达到97.3%，水解度可达13.1%［36］。王川等研究显示，以胰酶提取物得率最高，但结构破坏较严重，用胃蛋白酶提取的胶原蛋白制品的结构最完整，色泽最为洁白，但得率最低［37］。李少华等用木瓜蛋白酶水解猪皮制备胶原多肽，优化工艺条件，使水解度达到14.91%［38］。张志胜等用中性蛋白酶水解猪皮，水解度也达到12.94%［39］。

3.2 酶解产物特性及用途

李贺等研究发现，用胃蛋白酶提取的猪皮胶原最大程度地保持了其天然结构，适合用作生物医学材料［40］。王琳评价Ⅰ型胶原蛋白对UVA氧化损伤的L929细胞的保护作用，发现Ⅰ型胶原蛋白有防止UVA氧化损伤的作用［41］。胡跃斌用胰蛋白酶水解鲜猪皮，研究猪皮胶原蛋白美容食品的加工配方［42］。陈霞等发现猪皮用胃蛋白酶水解后，其产物与抗坏血酸相比没有还原能力，产物的抗氧化性主要由于其具有良好的乳化作用与螯合作用［43］。项智锋等利用猪皮制成胶原蛋白粉末作为原材料，用不同酶类将其水解，探讨不同反应时间对紫外线吸收的影响，制成一种具有良好紫外线吸收能力的胶原蛋白水解物，可以作为保养或防晒产品中的天然吸收紫外线材料［44］。朱夕波等采用胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等蛋白酶水解猪皮胶原蛋白，获得具有较高抗氧化活性的肽，并对其氨基酸组成进行分析，发现三种组分中具有自由基清除作用的关键氨基酸是甲硫氨酸、酪氨酸和组氨酸等［45］。

4 存在的问题与展望

对胶原蛋白的研究经历了20多年，但是还需要解决诸多问题。随着欧美疯牛病、口蹄疫的肆虐，研究者逐步把重点转向水产动物胶原，有关猪皮胶原蛋白酶解工艺、酶解产物功能特性方面的新的文献报道逐渐减少，创新也不足。对主要酶解产物的系统研究不够深入，国内文章更少。分步水解和连续水解后产物特性比较的研究较少。例如，单酶水解和双酶水解产物不能只停留在分子量大小的分析，更重要的是分析酶解后氨基酸的种类和组成变化，活性多肽氨基酸序列等。另外，在不破坏其三维结构的前提下提高得率，酶解产物活性延长保存等问题，都是我们进一步研究的方向。

随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，人们对健康和美丽的追求日益强烈。猪皮胶原防晒，抗皱，美容养颜，抗氧化等功效备受青睐，其高营养价值和功能特性及其在其他领域的应用还需要进一步研究。

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Research progress in high performance exploitation of pigskin collagen

YU Dong-hua1，2，XU Zhi-hong1，*，WEI Zhen-cheng1
（1.Key Laboratory of Functional Food，Ministry of Agriculture，Bio-technology Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences，Guangzhou 510610，China；2.Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China）

The structure，nutritional ingredient and the common edible methods of pigskin were introduced，research actuality and high performance exploitation of pigskin collagen by enzyme method，including degree of hydrolysis of pigskin with using different enzymes and different characteristics of the products were summarized.Lastly，some problems were proposed and the prospects were given.

pigskin；collagen；enzymolysis

TS201.2+1

A

1002-0306（2011）02-0359-04

2009-12-09 *通讯联系人

余东华（1984-），男，硕士，研究方向：农产品加工与贮藏工程。

国家科技支撑计划（2008BAD91B03）；广东省攻关计划（2009A08029001，0711224900012）。