鯊魚皮膠原蛋白制備

肖剛 劉德珠 于穎

摘 要 本文以鯊魚皮為原料進行膠原蛋白制備，確定了鯊魚皮為較好膠原蛋白來源，并對膠原蛋白制備工藝進行優化。通過正交試驗表明，去除雜質的較佳工藝是0.1 mol/L NaOH、1∶30料液比，處理4 h，其中NaOH濃度和料液比對處理結果有顯著影響；去除脂肪的較佳工藝是10%的乙醇、1∶10的料液比，處理16 h，其中，乙醇濃度和料液比對處理結果有極顯著影響，而處理時間對脫脂肪有顯著的效果。電泳結果表明，這些條件下制備的鯊魚皮源膠原蛋白質量較高。

關鍵詞 膠原蛋白 鯊魚皮 提取制備

中圖分類號：TQ464.7 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2019）01-0066-04

Preparation of collagen from shark skin

XIAO Gang*， LIU Dezhu ，YU Ying**

（Shanghai Haohai Biotechnology Co.， Ltd.， Shanghai 201613， China）

ABSTRACT Shark skin was used as collagen preparation and determined to be a good source of collagen， and the collagen preparation process was optimized. The orthogonal test showed that the preferred process was to use 0.1 mol/L NaOH at 1：30 ratio of material to liquid and treat for 4 hours for impurities removal， and to use 10% ethanol at 1：10 ratio of material to liquid and treated for 16 hours for fat removal， in which the solvent concentrations and their ratio and time for treatment had a significant effect on the treatment results. The results of electrophoresis showed that the quality of collagen protein prepared from shark skin source is high under these conditions.

KEy WORDS collagen； shark skin； extraction preparation

膠原蛋白（collagen）是一類廣泛存在于生物體內的一種纖維狀結構蛋白質， 根據分子結構差異分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等多種類型， 其中Ⅰ型膠原蛋白是生物體中最主要的存在形式， 其結構特征是由兩條a1和一條a2肽鏈形成的三螺旋結構。由于膠原蛋白具有良好的凝膠強度、乳化性、低黏度性[1]、生物相容性[2]及吸水和保濕性[3]等，近年來被廣泛應用于食品、醫藥和生物材料、化妝品等領域，其中膠原蛋白為原料所衍生的生物醫用材料，已成為醫用材料領域最快的增長點之一。隨著膠原蛋白及生物材料臨床應用研究的不斷進展，膠原蛋白醫用材料的市場將會進一步擴大。現階段膠原蛋白生物材料的來源主要是從牛跟腱與牛皮中提取，由于瘋牛病、禽流感、口碲疫等問題，國家對動物組織來源的膠原蛋白產品實行嚴格控制，而海洋生物膠原蛋白由于其功能優良、安全性好且低廉易得，因而在生物材料領域的開發和轉化前景廣闊。但由于海洋生物膠原蛋白的熱變性溫度較低等因素，限制它的實際應用，需要通過多種方法和技術進行改性處理，才能應用于醫用材料的生產。

近些年已有從草魚、鱘魚、羅非魚等的皮膚及附屬物中制備膠原蛋白的報道[4-6]，但從鯊魚皮中提取膠原蛋白的報道較少。大青鯊（Prionace glauca）屬軟骨魚綱真鯊目真鯊科，鯊魚軟骨主要被用作提取硫酸軟骨素，鰭條被用作制備魚翅高附加值產品，而鯊魚皮是生產過程中的副產物，通常被用作飼料加工。本研究以大青鯊魚皮為原料，探索制備鯊魚皮源醫用膠原蛋白的制作工藝，并通過正交試驗對傳統魚皮膠原蛋白的提取方法進行改良和優化，以期提高鯊魚皮的附加值，為膠原蛋白原料所衍生的生物醫用材料提供更可靠、安全的原料來源。

1 材料與實驗方法

1.1 材料與試劑

鯊魚皮購自浙江省某有限公司；鱈魚皮購自上海市松江區易初蓮花超市。購買后切除鯊魚頭、尾、軀干等部位的皮膚，取背部皮膚，清水反復沖洗后，置于- 20 ℃冰箱內備用。胃蛋白酶（>10 000 U/kg），重慶江峽生化制藥有限公司；乙醇（藥用級），上海益醇化工有限公司；標準蛋白為Takara公司的Premixed Protein Marker （High）；其余化學試劑均購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 膠原蛋白制備方法

參考文獻制備膠原蛋白方法[7-8]對提取工藝進行優化。將鯊魚皮從-20 ℃取出后，用清水漂洗數次。將魚皮上的殘肉剔除后，剪成小塊，0.1 mol/L NaOH溶液去除雜蛋白，用去離子水漂洗，10%乙醇溶液進行脫脂質處理，去離子水漂洗；處理結束后，0.5 mol/L乙酸溶液浸泡30 min左右，粉碎，將粉碎的組織移入燒杯，加入0.5 mol/L乙酸溶液漂洗，混合少量的0.5 mol/L乙酸溶液溶解胃蛋白酶，以1∶1 000（重量比）稀釋，4 ℃攪拌提取3 d；將提取液于4 ℃ 4 000 g離心20 min，取上清，10 mol/L NaOH調pH至中性， 加固體NaCl至終濃度為2.5 mol/L，進行鹽析；鹽析12 h后，4 ℃ 4 000 g離心20 min，取沉淀；用0.5 mol/L乙酸溶液復溶，復溶體積比300∶1。 用0.5 mol/L乙酸溶液透析1 d、純化水透析2 d，至透析液中無NaCl為止（滴加硝酸銀試液無沉淀產生），然后真空冷凍干燥，切割成50 mm′50 mm′5 mm的醫用膠原蛋白海綿。

1.3 正交試驗

1.3.1 雜蛋白去除正交試驗

同一批次處理的魚皮分成9份，每份2.0 g（按濕重計），根據3因素3水平設計正交試驗L9（34）進行實驗（表1）。取上清液進行蛋白含量測定。

1.3.2 脂質去除正交試驗

同上處理并進行脂肪測定（表2）。

1.4 SDS-PAGE分析

參考文獻[9]方法，對鯊魚皮及鱈魚皮來源的膠原蛋白進行分析。

1.5 數據分析

參考文獻[10]對實驗數據使用軟件DPS 7.05 分析進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結果

2.1 正交試驗

2.1.1 除雜蛋白

以NaOH濃度（A）、料液比（B）、處理時間（C）、空列（D）4種因素進行正交實驗，以洗脫液雜蛋白量為考察指標得到各種條件下鯊魚皮脫雜蛋白的最佳條件。正交實驗結果與方差分析見表3和表4。

由表3和表4結果分析得，對鯊魚皮除蛋白最重要的因素依次為，NaOH濃度，料液比，處理時間，最佳的工藝處理條件為0.1 mol/L NaOH，1∶30料液比，處理時間為4 h。隨著NaOH濃度的提高，魚皮中的除雜蛋白的效果越好，但是過高的NaOH濃度可能會導致膠原蛋白降解，因此NaOH的濃度不宜選的太高，本實驗最終選取的NaOH濃度為0.1 mol/L NaOH。楚水晶等[25]在對馬面魚皮膠原蛋白的制備中得到NaOH 溶液濃度從0～0.1 mol/L，浸出液中蛋白質含量增加趨勢明顯，蛋白質含量從 1.56%增加到5.28%，魚皮中大部分非膠原蛋白已經溶出。料液比代表的是底物濃度，酶解過程中隨著底物濃度的不斷增大，雜蛋白的去除效果越好。隨著提取時間的延長，雜蛋白的去除效果越好，但當雜蛋白基本完全溶出后，隨著時間的延長效果，效果變得不明顯且會對增加生產周期，成本提高，本實驗處理時間的最優結果為4 h。

應用最佳工藝件進行穩定性實驗，結果表明在最佳條件下三次實驗鯊魚皮脫雜蛋白量處于較高水平，平均值為（719.31±2.32）mg，這與正交實驗所得結果相一致，說明正交試驗穩定性有效。

2.1.2 除脂質結果

以乙醇濃度（A）、料液比（B）、處理時間（C）、空列（D） 4種因素進行正交實驗，以脂質殘留量為考察指標得到各種條件下鯊魚皮脫雜蛋白的最佳條件。正交實驗結果與方差分析見表5和表6。

由表5和表6結果分析得，對鯊魚皮除蛋白最重要的因素依次為，乙醇濃度，料液比，處理時間，最佳的工藝處理條件為10%乙醇1∶30的料液比以及16 h處理時間。

應用最佳工藝件進行穩定性實驗，結果表明在最佳條件下三次實驗鯊魚皮脫脂質量處于較高水平，平均值為（1.32±0.11）mg，優于正交實驗各條件下所得實驗結果，說明所得條件為去除鯊魚皮脂質的最佳工藝參數。

2.2 驗證實驗電泳結果

電泳結果表明，鯊魚膠原蛋白包含一條a肽鏈（a1和a2，分子質量介于100～120 kD之間）和一條b肽鏈（a肽鏈的二聚體）（圖1A）。該肽鏈組成特征與Ⅰ型膠原蛋白的肽鏈組成高度一致，說明提取所得的膠原蛋白樣品均屬Ⅰ型膠原。但是對照鱈魚皮膠原蛋白的電泳結果未見明顯條帶（圖1B），表明該方法對鱈魚皮膠原蛋白的提取不適用。

2.3 工業化生產及醫用膠原蛋白海綿質量

將4.5 kg鯊魚皮按照上述處理方法進行膠原蛋白的提取，共獲得50 mm′50 mm′5 mm膠原蛋白海綿4 683片，按照中華人民共和國醫藥行業標準YY/T 1511 2017膠原蛋白海綿對獲得的鯊魚皮膠原蛋白進行檢測，結果表明我們制備的鯊魚皮膠原蛋白質量均高于膠原蛋白海綿行業標準，完全滿足醫用級要求（表7）。

3 討論

相對于傳統的膠原蛋白提取工藝，本研究建立的優化鯊魚皮膠原蛋白提取工藝簡單快捷，便于工業化放大，所制備的鯊魚皮膠原蛋白質量符合醫用級使用要求。由于本研究側重于生產工藝的優化，但對鯊魚皮膠原蛋白的熱穩定性研究以及后續應用上略有不足，希望在后續研究中能對鯊魚皮膠原蛋白與目前在醫用領域廣泛應用的牛/豬等陸生動物來源的膠原蛋白做一個更全面的對比研究，以期擴大鯊魚皮膠原蛋白在醫療領域中的應用。

參考文獻

[1] 蔣挺大. 膠原與膠原蛋白[M]. 北京： 化學工業出版社， 2006： 48-54.

[2] Gopinath D， Ahmed MR， Gomathi K， et al. Dermal wound healing processes with curcumin incorporated collagen films[J]. Biomaterials， 2004， 25（10）： 1911-1917.

[3] 張慧君， 羅倉學， 張新申. 膠原蛋白的應用[J]. 皮革工程與工程， 2009， 30（16）： 106-110.

[4] 汪海波， 梁艷萍， 汪海嬰， 等. 草魚魚鱗膠原蛋白的提取及其部分生物學性能[J]. 水產學報， 2012， 36（4）： 553-561.

[5] 楊玲， 趙燕， 魯亮， 等. 鱘魚魚皮膠原蛋白的提取及其理化性能分析[J]. 食品科學， 2013， 34（23）： 41-46.

[6] 段宙位， 申鉉日， 陳秀明， 等. 羅非魚尾膠原蛋白的提取與鑒定[J]. 食品科學， 2013， 34（23）： 59-64.

[7] 汪海波， 梁艷萍， 汪海嬰， 等. 草魚魚鱗膠原蛋白的提取及其部分生物學性能研究[J]. 水產學報， 2012， 36（4）： 553-561.

[8] Zeugolis DI， Paul RG， Attenburrow G. Factor influencing the properties of reconstituted collagen fibers prior to selfassembly： animal species and collagen extraction method[J]. J Biomed Mater Res A， 2008， 86（4）： 892-904.

[9] 薩姆布魯克J， 拉塞爾 DW. 分子克隆實驗指南（第三版）[M]. 黃培堂， 等譯. 北京： 科學出版社， 2002： A8.40.

[10] 唐啟義. DPS數據處理系統： 實驗設計、統計分析及數據挖掘[M].北京： 科學出版社， 2010： 27-29.