牛骨源胶原蛋白肽的制备及其生理活性研究进展

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(1.浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江大学-阿尔伯塔大学分子营养与生物活性肽联合实验室,浙江杭州310058;2.阿尔伯塔大学农业食品营养科学学院,加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿T6G 2P5)

中国是世界上最大的肉牛生产消费国之一,二十多年来中国牛肉市场发展迅速,肉牛数量稳定在1 亿头左右,消费量从1996 年的350 万吨增加到2015 年的730万吨,增长了111%[1]。牛骨约占牛体积的20%[2],是肉牛产业中的主要副产物之一。牛骨中蛋白含量为16%～25%,其中胶原蛋白是主要蛋白,占总蛋白的80%～90%[3]。目前大部分牛骨被用于生产骨泥、骨粉、骨油、骨胶,也作为磷酸钙制剂或动物饲料的原料,产品附加值较低[4-7],而牛骨中的胶原蛋白经过酶解、分离纯化等手段得到的胶原蛋白肽,具有抗高血压、保护骨健康、抗菌、抗氧化和免疫调节等生理活性,对于改善人体健康具有重要意义[8]。因此本文围绕牛骨中胶原蛋白提取方法、胶原蛋白肽制备方法和生理活性展开综述,为高效利用畜禽骨中的胶原蛋白,生产具有活性的多肽提供研究思路。

1 牛骨胶原蛋白提取工艺

Ⅰ型胶原蛋白是牛骨中的主要蛋白。胶原分子由三条链通过氢键作用力结合形成,具有稳定的三股螺旋结构,含有重复氨基酸序列Gly-X-Y(其中Gly为甘氨酸,X是脯氨酸,Y是羟脯氨酸)。羟脯氨酸是胶原蛋白的特有氨基酸[9],在检测中通常可用它来反映胶原蛋白的含量。尽管畜禽骨中含有大量的胶原蛋白,但由于胶原蛋白特殊的分子结构特征,建立稳定、高效的骨源胶原蛋白提取方法是长期以来的技术难题[10]。作为制备胶原蛋白肽的前处理步骤,从牛骨中提取胶原蛋白至关重要。国内外对牛骨中的胶原蛋白提取已经进行了较为广泛的研究,常用的提取方法有:酸法、碱法提取、酶法提取、水热抽提、热压浸提等[11],在实际生产提取过程中,往往结合多种提取方法,以提高牛骨的胶原蛋白得率[12]。

1.1 酸法、碱法提取

酸法提取主要是利用低浓度的酸制造酸性环境,破坏分子间的离子键和西佛碱(含亚胺或甲亚胺基团(-RC=N-)的有机化合物),打开含醛胺类交联键,使胶原纤维膨胀和溶解[13]。在低温条件下,酸法可最大程度上保留胶原蛋白天然三股螺旋结构,但其缺点在于部分氨基酸(色氨酸、丝氨酸和酪氨酸)会被部分破坏,产品得率较低,酸溶液也会腐蚀设备,具有一定的局限性[14]。酸法提取时,最常用的是低浓度醋酸[15],何兰[12]采用醋酸水解牛骨制备胶原蛋白,确定了最佳工艺条件,先以0.1 mol/L醋酸对脱脂脱钙后的粗提物透析2 d,后以蒸馏水透析1 d,其得率为2.34%;王晓军等[16]将牦牛骨脱脂脱钙后,先用0.5 mol/L醋酸浸提5 d,再以6 g/L的Tris提取液盐析,其酸溶性胶原蛋白得率为2.24%。

碱法提取常用的处理剂为石灰、氢氧化钠、碳酸钠等,原理是破坏含羟基和巯基的氨基酸,造成肽键水解,产生消旋作用,其工艺步骤简单,产品分子量小,成本低廉,但其应用并不广泛,其缺点是容易引起胶原蛋白的变性。如果严重水解,会发生消旋作用而产生有毒物质,进而产生致癌、致畸型、致突变的“三致”后果[17]。因此,单独利用碱法提取胶原蛋白的报道并不多。

选用酸法或碱法提取胶原蛋白时,应控制提取温度,若过高会导致胶原蛋白的生物活性被破坏,影响产品品质:酸法提取处理后胶原溶解量很少,得率较低,会破坏部分氨基酸;碱法提取水解严重时会产生有毒性的D型氨基酸消旋混合物[14]。相关研究集中于用酸法或碱法提取鸡骨、鱼骨中蛋白质,但两种方法因难于实现连续生产而应用性受到限制[18]。

1.2 酶法提取

酶法提取是加入特定的蛋白酶以增进胶原蛋白非螺旋区段肽键降解,酶法提取能从骨副产物中有效的提取蛋白质,并且可以通过水解作用改善骨源蛋白质的质量和其功能特性[19]。蛋白酶主要作用于胶原蛋白螺旋以外的区域,一般不会引起胶原蛋白三股螺旋结构变化。常用的有胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶等。木瓜蛋白酶作用优先断裂与精氨酸(Arg)、赖氨酸(Lys)、苯丙氨酸(Phe)连接的肽键,终产物以长肽为主[20-21]。胰蛋白酶是一种内切酶,对Arg和Lys的肽键具有选择性水解作用,终产物以短肽为主[22]。胃蛋白酶是在N端的3/4处将胶原蛋白切断,能够较为完整地保留胶原蛋白的三股螺旋结构和生物活性,因此常用于胶原蛋白的提取[23-24]。胶原酶是一种能在中性pH环境下特异分解天然胶原的酶[25],缺少亚氨基,作用位点在775～776位氨基酸之间,可以使三股螺旋结构较松散[26],细菌胶原酶可以从从肽链两端逐步水解胶原蛋白[27]。

酶法提取牛骨中的胶原蛋白,酶解时间短,得到的胶原蛋白水解物纯度高、溶解性好、性质稳定,不破坏胶原蛋白的三股螺旋结构,使其保留了一定的生物结构,并且较酸法和碱法产生的环境污染小,因此在胶原的提取中应用广泛。Linder等[28-30]采用了不同的酶解方法,成功提取了小牛骨蛋白,产品乳化能力好,稳定性高,富含谷氨酸、甘氨酸、羟脯氨酸和脯氨酸。刘丽莉[31]筛选出一种Bacilluscereus菌株,可高产胶原蛋白酶且能降解骨骼,用其发酵牛骨,骨胶原蛋白的提取率高达43%;吴婷[23]利用酸溶结合胃蛋白酶的提取海北牦牛的牛骨渣胶原蛋白,提取率为3.32%;乌日古莫乐[24]对吉尔利阁蒙古牛骨胶原蛋白的提取工艺进行了优化,胃蛋白酶添加量为4%,最大提取率达到16.92%;成晓瑜等[32]以胶原蛋白纯度只有14.2%的鲜牛棒骨为原料,采用0.3%胃蛋白酶结合0.05 mol/L盐酸浸泡的方法,确定了高脂肪和高钙含量牛骨胶原蛋白的提纯工艺,提纯后胶原蛋白纯度高达99.0%;王晓军等[16]以青海牦牛骨为原料,分别采用酸法(冰醋酸)和酶法(胃蛋白酶)提取胶原蛋白,结果表明两种方法提取的胶原蛋白在理化性质上并无明显差异,但酶法提取的胶原蛋白得率较高,成品较低。综上可知,酶法提取胶原蛋白得率较高,应用较多。

1.3 水热抽提和热压浸提

水热抽提、热压浸提也用于牛骨中胶原蛋白的提取。水热抽提能够分解胶原蛋白分子间和分子内的氢键和共价交联,并水解胶原分子初级结构的部分酰胺键[33]。胶原蛋白三螺旋结构被破坏转化为无规则卷曲状态,所得到的水热抽提胶原蛋白具有较高的溶解性,也可称其为明胶[34]。热压浸提技术在企业中应用较为广泛,其最大的特点是不引入酸碱盐等化学物质,产品得率高。樊晓盼等[35]利用响应面法优化出热压浸提牛骨蛋白的最佳工艺为料液比1∶4,133 ℃浸提4 h,提取率可达64.73%。张永秀等[36]以牛脊椎骨为原料,经121 ℃、30 min预处理结合风味蛋白酶水解制备出分子量低且无苦味的低聚肽,产物氮溶出率高达95%。水热抽提、热压浸提法常常和酶法联用以提高提取效率,韦汉昌等[37]利用高压脉冲电场协同酶法提取牛骨蛋白,蛋白溶出率可达65.2%。上述牛骨胶原蛋白的提取方法及优缺点和胶原得率如表1所示,在实际生产中,上述酸法、酶法、水热浸提法等往往联用以提高胶原蛋白提取效率。

表1 牛骨胶原蛋白提取方法及优缺点Table 1 Bovine bone collagen extraction methods and their advantages and disadvantages

2 牛骨胶原蛋白肽制备工艺

2.1 牛骨胶原蛋白肽的酶法制备

生物酶是一种高效、绿色的从蛋白原料中释放活性肽的方法,蛋白酶法制备活性肽因具有时间短、生产工艺简便的优势而备受青睐。白恩侠等[40]用2.5%的鲜胰浆(胰酶)酶解高温蒸煮后的牛骨溶液,经分离除杂后制得含氮量19%,分子量小于7000 Da的骨小肽。Dong等[41]检验了不同时间下风味酶水解鸡骨的效果,发现8 h水解的产物中小分子肽(400～1000 Da)的比例是1 h水解产物中的74倍。蔡丽华等[42]使用4种常用蛋白酶酶解牛骨,研究其酶解动力学,发现胃蛋白酶和胰蛋白酶与牛骨胶原蛋白底物结合能力更强,酶解效果更好。

不同蛋白酶因其专一性具有不同的酶切位点,水解同一种蛋白原料获得的多肽序列也不尽相同。利用多种蛋白酶同时或者先后作用于蛋白底物,具有协同增效作用,能够大大提高酶解效率[43]。酶解牛骨胶原蛋白常用的是胰蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶和风味蛋白酶等,酶解效果受温度、蛋白酶配比和添加量影响,文献中报道水解度范围为18.34%～63.6%[44-46]。

相较于利用成熟的商业化蛋白酶水解骨胶原蛋白,开发可以天然降解胶原蛋白为胶原多肽的胶原蛋白酶具有较高的研究价值和经济价值。刘丽莉等[47-48]从骨骼堆积土样中筛选到对Ⅰ型骨胶原蛋白水解能力强的一株的菌株蜡样芽胞杆菌(Bacilluscereus)MBL13,骨胶原蛋白的分子量随着水解时间增加而逐渐变小,进一步研究从该菌株中鉴定出胶原蛋白酶基因,并成功构建大肠杆菌工程菌pET30a-ColM13/BL21,所产重组蛋白酶ColM13可有效酶解Ⅰ型骨胶原蛋白。

2.2 胶原蛋白肽的分离纯化方法

将胶原蛋白从牛骨蛋白中释放出来后,需要进一步通过分离纯化手段从复杂的酶解产物中得到纯度高、生理功能强的活性肽。由于不同原料获得的酶解产物成分各异、组成复杂,分离纯化工艺成为解析多肽生理活性的关键[49]。分离纯化过程往往耗时长,并且价格昂贵,因此常通过联合若干分离纯化步骤而实现。目前已较成熟、广泛使用的分离纯化方法如下所述。

2.2.1 膜技术 膜分离技术是当前活性肽领域十分青睐和成熟的分离技术之一。其中,超滤(Ultrafiltration,UF)技术是一种兴起于20世纪60年代的经典膜分离手段[50]。超滤技术以筛分为分离原理,以超滤膜为核心部件,以膜两侧压力差为推动力,完成对目标组分的分离和浓缩[51]。超滤膜的孔径一般在1～20 nm之间,在实际应用中常以截留分子量(MWCO)来表征,能有效捕获或去除相对分子质量在 500～500000 Da 的物质。超滤技术具有操作方便、用时短、能耗低、蛋白回收效率高等优点,并且可在常温下进行操作,适用于分离热敏性物质。但同时具有膜易堵塞、分离精度低的缺点。在操作过程中根据样品特性调节操作参数是高效、安全、长期运行超滤系统的必要条件[52]。

刘正伟等[53]通过超滤及Sephadex G-10层析柱制备出小于10 kDa的牛骨胶原多肽,经体外细胞模型验证其具有抑制破骨细胞的骨吸收作用,并促进破骨细胞凋亡。刘丽莉[31]优化了不同MWCO的超滤膜超滤发酵骨胶原多肽的工艺参数,获得骨胶原多肽小于4 kDa的组分超过60%,并以此为原料开发出了新型补钙产品胶原多肽螯合钙。膜分离有利于得到分子量更小的胶原多肽,有利于进一步研究其生理活性或开发出胶原多肽产品。

2.2.2 色谱技术

2.2.2.1 体积排阻色谱 体积排阻色谱(Size exclusion column,SEC)又称凝胶色谱,是一种常见的根据凝胶孔隙的孔径大小与样品分子尺寸的相对关系而对溶质样品进行分离色谱手段。常用于多肽分离的凝胶色谱柱包括Sephadex G系列、Bio-Gel P系列、TSK-GEL系列[54-56]。但凝胶色谱峰容量较低,仅能获得几个分子量级的不同组分。但它与反向高效液相色谱具有良好的互补性,常联用于探索新型活性肽样品的分离纯化[57]。

张顺亮等[58-59]利用超滤结合Sephadex G-25凝胶层析技术分离出牛骨胶原中性蛋白酶酶解产物中的2个较强抑菌活性的组分,酶解超滤后小于10 kDa的组分在20 mg/mL浓度下对大肠杆菌抑菌率为93.61%,再经过凝胶层析技术分离后,10 mg/mL的两个组分抑菌率分别达到100%和91.39%,说明进一步的分离纯化提高了牛骨胶原肽的抑菌活性。

2.2.2.2 反相高效液相色谱 半制备或制备级反相高效液相色谱(Reverse phase-high performance liquid chromatography,RP-HPLC)已被广泛用于实验室规模分离蛋白质水解产物。样品溶质进入色谱柱后,依据在两相间分配系数、吸附能力、亲合力、分子大小不同在两相间进行多次的连续交换分配,进而分离成不同峰片段[60]。在RP-HPLC分离过程中,流动相的极性一般比固定相强,因此多肽水解物分离后得到的是疏水性不同的多肽组分。

Chen 等[33]通过反相高效液相色谱制备得到具有抗氧化活性的牦牛骨肽,并利用质谱鉴定出4条来自胶原蛋白特有肽。同样的方法也用于猪骨胶原蛋白肽的制备,耿秀芳等[61]利用阳离子交换树脂层析、Sephadex G-25凝胶过滤和RP-HPLC从猪骨胶原水解物中多步分离纯化出一种含9种氨基酸的IC50值为2.6×10-2mmol/L的ACE抑制肽。舒一梅等[62]优化了制备型RP-HPLC分离猪骨胶原水解物中ACE抑制肽的条件,获得了一种IC50值为0.0352 mg/mL的多肽。通过反相高效液相色谱制备骨胶原蛋白肽可以得到具有生理活性的多肽,能提高畜禽骨资源利用率。

2.2.2.3 离子交换色谱 离子交换色谱(Ion exchange chromatography,IEC)基于离子交换树脂(固定相)与带电分析物(流动相)之间的库仑作用力差异进行分离,依据交换的离子种类分为以磺酸基和羧酸基作功能基的阳离子交换色谱和以季铵基作功能基的阴离子交换色谱[63]。控制样品离子与流动相离子对固定相表面的电荷位置竞争作用是分离关键,可通过改变洗脱液的pH来中和或者转换分析物或固定相的电性,获得最佳分离条件[64]。

刘小红等[65]采用超滤结合UNO-S阳离子交换树脂层析和Sephadex G-25凝胶过滤层析从猪骨胶原酶解液分离纯化出IC50值为0.1953 mg/mL的ACE抑制活性组分。离子交换色谱法纯化牛骨胶原蛋白肽未见报道,但在后续研究中,可以参考猪骨和其他源胶原蛋白肽的分离制备方法,分离牛骨胶原蛋白肽研究其生理活性。

生物活性肽的分离纯化方法多种多样,还包括如亲和色谱法、亲水作用色谱法、等电聚焦电泳法等,但在牛骨胶原蛋白多肽的分离纯化研究中并未所见[60]。另外,各种分离纯化方法各有优劣,只有因“材”制宜地选择不同手段联用分离纯化,才能有效获得高纯度、高活性的活性肽。

2.3 胶原蛋白肽的鉴定方法

通过胶原蛋白肽的鉴定可以确定胶原蛋白肽的来源、氨基酸序列,可以为进一步的机理研究打下基础。随着质谱分析技术的不断更迭,电喷雾(ESI)、快速原子轰击(FAB)和基体辅助激光解吸(MALDI)等软电离方法的诞生,越来越多的研究采用质谱鉴定蛋白质及多肽[66]。由于胶原蛋白特殊的结构,可以用鉴定羟脯氨酸等特征氨基酸或特征多肽序列来定性或定量地分析胶原蛋白肽。孙坤等[67]就建立了一种基于特征多肽的胶原定量检测方法,通过序列比对的方法筛选胶原蛋白特征多肽,利用胰蛋白酶将牛Ⅰ型胶原蛋白标准品进行酶解,采用液质联用技术(HPLC-MS)对特征多肽进行检测,该方法在含胶原蛋白医疗器械等生物制品质量控制方面具有应用前景。

3 牛骨胶原蛋白肽的主要生理活性

胶原蛋白肽可以作为作为特色食品添加剂、功能食品和化妆产品[8]。牛骨的胶原蛋白主要为Ⅰ型胶原蛋白,胶原白肽主要为含Gly-X-Y的重复结构,研究表明当胶原蛋白以三肽形式摄入时,水解产物能被人体有效吸收[68]。

3.1 抗高血压和血管紧张素(ACE)抑制活性

利用化学/酶水解或微生物发酵手段可以从肉源物料中提取包括ACE-I,肾素和DPP-IV抑制剂在内的有益健康的生物活性肽[69]。牛源胶原蛋白肽被鉴定出具有ACE抑制活性[70-71]。

蔡丽华等[72]通过酶解、超滤等手段制备得到分子量小于5000 Da的牛骨胶原蛋白肽,是一种竞争性抑制剂,可以与ACE结合从而减少ACE酶催化ACE-Ⅰ转化为导致血压升高的ACE-Ⅱ,由此可以起到降压作用。Lafarga等[73]以肉类副产物如牛骨胶原蛋白为原料,通过多肽数据库和计算机模拟软件预测具有ACE-Ⅰ抑制活性的多肽,并经化学合成后验证其体外活性,发现脯氨酸含量丰富的胶原蛋白是制备ACE抑制肽的优质来源,说明牛骨胶原蛋白肽具有促进心脏健康作用。

3.2 促进骨合成及代谢作用

越来越多的证据表明胶原蛋白肽对骨质疏松症缓解发挥积极作用:刘俊丽等[74]研究发现0.3 mg/mL的牛骨胶原蛋白能显著促进人成骨细胞的增殖,是一种良好的防治骨质疏松的营养补充剂。Ye等[75]制备了一种新型促成骨细胞增殖的牦牛骨胶原蛋白肽,发现在0.5 mg/mL的浓度下处理96 h,成骨细胞增值率高达175.4%,通过质谱鉴定,发现有28条肽来自Ⅰ型胶原蛋白α1链,有31条肽来自Ⅰ型胶原蛋白α2链。推测这些肽可能与表面生长因子(EGRF)之间形成了强氢键,有效刺激表面生长因子的活性位点,从而促进成骨细胞的分化。

叶孟亮[76]通过去卵巢骨质疏松大鼠模型发现分子量小于3 kDa的耗牛骨胶原蛋白肽在100、200、500 mg/kg的剂量下可以让大鼠骨弹性载荷和断裂载荷明显上升,显著提高大鼠骨小梁数目、密度、厚度和骨体积分数,降低了骨小梁间距;说明耗牛骨胶原蛋白肽能够明显改善去卵巢大鼠骨质疏松症状。此外,已有临床实验表明,绝经后骨质疏松妇女口服补充胶原蛋白肽能够调节骨代谢平衡,通过增强骨合成,降低骨吸收,使身体骨量增加,减少绝经后骨质疏松妇女的骨质流失[77-78],但对牛骨胶原蛋白肽的防治骨质疏松的临床实验报道较少,还需研究者进一步探究。

3.3 改善皮肤及愈合伤口作用

胶原蛋白肽可以添加在营养美容产品中用作为生物活性成分[78],能改善皮肤的基本状况和皮肤构造,可改善皮肤屏障功能,诱导胶原蛋白和透明质酸的合成以及促进成纤维细胞生长和迁移,有助于伤口愈合和修复紫外线UV对皮肤的伤害。

在Asserin等[79]的临床试验中,受试者连续8周每天口服鱼源和猪源胶原蛋白肽10 g,检测到真皮中的胶原蛋白密度增加,而真皮胶原蛋白网络的断裂显著降低,皮肤水合作用显著增加。剖宫产后的大鼠创伤实验中,以每千克体重口服1.125 g剂量的胶原蛋白肽可以加快胶原蛋白沉积和增加组织血管生成,促进伤口收缩,从而改善愈合情况,有期望在治疗伤口的临床实践中起到积极作用[80]。Choi等[81]发现市售的胶原三肽(韩国Amorepacific公司)能有效地可用于皮肤伤口愈合和恢复部分光热解处理后的皮肤。Tanaka等[82]发现发现按照每天每千克体重口服摄入0.2 g剂量的胶原蛋白肽(提自罗非鱼鳞片)可抑制由UV-B辐射产生的皮肤水分减少和表皮增生,以及可溶性Ⅰ型胶原蛋白降低等皮肤问题。

牛骨源胶原蛋白肽对皮肤的影响报道较少,徐腾等[83]发现牛骨胶原低聚肽对术后小鼠伤口愈合有一定作用,其机理一方面可能是提供了营养支持,使机体获得充足的组织修复的能量,另一方面可能是其抑制了炎症因子的表达。在今后的研究中可以尝试探索牛骨源胶原蛋白肽对皮肤的修复作用,开发出优质的牛骨副产物营养食品。

3.4 抑菌作用

目前,抗菌肽成为对常规抗生素产生耐药性的细菌的新克星,它能迅速杀死广泛的传染原并调节先天和适应性免疫,是保鲜剂研究的一个新方向[84]。富含脯氨酸的抗菌肽是阳离子宿主防御肽,可以选择性杀死革兰氏阴性细菌,对动物的毒性低,它们的作用方式不涉及细菌膜的裂解,而是需要渗透到易感细胞中,然后在细胞内起作用。这些特性使它们作为抗感染的先导化合物,还能作为将不透膜药物内化到细菌和真核细胞中的新型潜在细胞穿透肽。这些特性让抗菌肽既具有抗感染化合物作用,又能穿透细胞,将药物内化到细菌和真核细胞[85-87]。

牛骨胶原蛋白含有较多的脯氨酸,已有研究表明其具有抑菌作用。张顺亮等[59]研究发现,风味蛋白酶和中性蛋白酶的酶解液对金黄色葡萄球菌有抑菌效果,抑菌圈直径为6.03和7.97 mm,动物复合蛋白酶、风味蛋白酶和胰蛋白酶对肠炎沙门氏菌具有抑菌效果,其抑菌圈直径分别为8.67、9.10、9.03 mm。通过在火鸡制品中添加1.5%的骨胶原蛋白肽,菌落数明显减少,说明骨胶原蛋白肽具有抑菌作用,可以延长产品货架期[88]。

3.5 抗氧化活性

近年来人们对抗氧化剂的需求越来越多、要求越来越高,由于化学合成抗氧化剂对人体具有一定毒副作用,人们更青睐于天然高效安全的抗氧化活性物质。多肽的抗氧化活性与他们的氨基酸组成、结构、疏水性、分子量等都有关,胶原蛋白肽氨基酸组成中的甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、脯氨酸(Pro)、蛋氨酸(Met)、半胱氨酸(Cys)、酪氨酸(Tyr)含量使其具有螯合和清除自由基的能力[89]。

Ku等[90]发现牛骨胶原蛋白肽DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除率高达72.81%,超氧阴离子自由基清除活性高达(11.88±0.59)SOD U/g,具有较强抗氧化能力。王晨[91]利用酶解得到牛骨胶原蛋白,发现在80 g/L浓度下,其对超氧阴离子清除率可达63.86%,对羟基自由基清除率为99.55%,具有较好抗氧化性。目前对于牛骨源胶原蛋白肽的抗氧化活性研究较少,胶原蛋白肽的抗氧化活性研究较多的来自鱼源[92-93],在后续研究中可以深度研究牛骨源胶原蛋白肽抗氧化机制,以期研发出优质牛骨胶原蛋白肽产品。

3.6 免疫活性

食源性生物活性肽提高人体免疫力的功能受到了广泛关注,胶原蛋白肽降低免疫导致的慢性病风险、激发机体自然免疫的潜力已引起学术界和工业界研究者的极大兴趣[94]。Gao等[95]用木瓜蛋白酶水解得到牛骨胶原蛋白肽,发现口服牛骨胶原蛋白肽可调节环磷酰胺诱导的免疫抑制BALB/c小鼠的先天性(NK细胞活力和细胞因子浓度)和适应性(脾淋巴细胞增殖和免疫球蛋白浓度)免疫功能,低剂量的牛骨胶原蛋白肽摄入减少了内部器官的收缩并增加了白细胞的浓度;表明胶原蛋白肽是通过增加先天免疫力和适应性免疫力来预防或改善免疫抑制作用,突显了其作为预防机体免疫功能低下的功能性食品的潜在应用。

4 结语与展望

用牛骨来制备胶原蛋白肽是提高牛骨利用率的有效方法。尽管胶原蛋白肽具有多种重生物活性备受关注,但其在市场化过程中也遇到了一些挑战,例如胶原蛋白的高效提取、储存过程中的稳定性以及临床实验不足等。由于牛骨物料的特殊性(胶原蛋白含量丰富的同时矿物质较多,物料坚硬),选择绿色、高效、安全的提取工艺是制备高品质肽产品的关键;同时,在食品储存过程中保持胶原蛋白肽的稳定性对于其生理活性至关重要[96-98]。另一方面,目前已有较多体外细胞模型及动物模型研究了胶原蛋白肽的生理活性,以及部分营养干预实验验证了在摄入胶原蛋白肽的人群血浆或组织中可以检出胶原蛋白特异性氨基酸羟脯氨酸[99-101];但牛骨源胶原蛋白肽的安全性、生物利用率、及体内功效仍有待进一步研究。通过加深这些方面的研究,将有助于牛骨高值化利用和胶原蛋白肽的产业化升级。