胶原蛋白是哺乳动物体内含量最丰富的蛋白质, 广泛存在于动物的皮、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中, 起着支撑器官、保护机体的重要功能, 也是组成细胞间质的重要功能蛋白质。胶原蛋白在脊椎动物体内含量丰富, 约占体内蛋白质总量的25%-30%,人体皮肤组分的70% 是胶原蛋白, 大约相当于体重的6% 。
1. 胶原蛋白的氨基酸组成与分类
在组成上, 胶原蛋白富含除氨酸、半胱氨酸和酪氨酸外的18种氨基酸,包括7种人体必需的氨基酸。胶原蛋白中甘氨酸( Gly) 、丙氨酸(Ala) 、脯氨酸( Pro)和谷氨酸(Glu) 含量较高,特别是甘氨酸的含量几乎占了1 /3;胶原蛋白中脯氨酸和羟脯氨酸(Hyp)的含量是各种蛋白质中含量最高的;胶原蛋白中存在的羟基赖氨酸在其它蛋白质中不存在,羟基脯氨酸和焦谷氨酸在一般蛋白质中也很少见。
胶原蛋白一级结构的特征是含有甘氨酸的三联体(Gly-X-Y) 重复排列，其中X，Y 多为脯氨酸和羟脯氨酸，通常由3 条多肽链构成三股螺旋结构，分子量约30 万道尔顿。胶原蛋白独
特的三重螺旋结构, 能使其分子结构非常稳定,并具有独特的纤维状结构以及良好的生物相容性、可降解性和低抗原性等生物活性。
根据胶原蛋白在体内的分布和功能特点,目前将胶原分成间质胶原、基底膜胶原和细胞外周胶原。间质型胶原蛋白分子占整个机体胶原的绝大部分,包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原蛋白分子,它主要分布于皮肤、肌腱等组织。目前已发现20 种以上类型的胶原蛋白，各型间的不同之处在于三股螺旋中断形成的多肽片段不同，从而折叠成不同的三维空间结构。在鱼肌肉、鱼皮和鱼鳞中主要含有Ⅰ型和Ⅴ型胶原蛋白。
2.胶原蛋白的制备
2.1 酸碱法
胶原蛋白的肽链，其端基和侧链含有氨基和羧基，具有较多碱性和酸性基团，它们在溶液中可与酸或碱作用，破坏胶原分子间及肽链间的离子键和氢键，从而导致胶原吸水膨胀。随着作用时间延长，胶原分子中各种次级键和交联键逐渐被破坏，胶原发生溶解，胶原逐步由大肽水解成小肽，并最终水解成氨基酸。
酸法处理中能使水解物最大程度地保持三螺旋结构，从而可得到具有良好生理活性的胶原分子。叶易春等探究了酸法提取猪皮胶原的工艺条件与水解物分子量的关系，研究中通过控制热动力学条件对胶原进行不同程度的水解，可以得到分子量大但分布较窄的胶原蛋白，同时也可得到分子量较小、分布分散的水解产物。
强碱能破坏胶原肽链间的交联键，产生游离的肽链，并逐步使肽链主链断裂成多肽，进而水解成小肽或氨基酸。此外，碱水解还会使胶原中的酰胺氮受到损失，并导致氨基酸消旋。
2.2 酶法
酶可通过作用不同类型的肽键，利用其催化专一性水解肽链成肽，进而生成小肽或氨基酸。可催化水解胶原蛋白的酶种类较多，它们的作用位点不同，产物区别也较大。如胰凝乳蛋白酶的专一性袋穴相对较宽，且完全由疏水基团排列而成，因而能接纳体积较大的芳香族氨基侧链，如酪氨酸、氨酸、苯丙氨酸，并有助于底物的定向，使之靠近催化基团。
酶催化水解胶原蛋白有其不可比拟的优点，如反应温度低，迅速快，污染小，产物理化性质稳定，同时还可利用固定化酶技术提高酶利用率。由于酶催化的选择性，酶解产物的分子量分布往往不连续，主要集中在一个较窄的范围内，因此可以根据所用酶的特性，从理论上预测水解产物的分子量大小，这为胶原蛋白的选择水解和定向应用提供了思路。如贾建萍等以胰酶水解鱼皮胶原，在酶用量0.15%、料液比2.0、55 ℃和pH 7.0条件下，酶解液中寡肽含量达6.84 g·100mL。
2.3 结合法
结合法基于酸、碱、酶等条件的优化组合，结合法基于酸、碱、酶等条件的优化组合，可以弥补单一方法水解胶原的不足，目前较成熟的方法有碱酶结合和酸碱交替法，此外多酶混合交替法也成为研究热点之一。碱酶结合法操作简便，通过条件控制可得到分子量分布不同的水解产物。多酶协同及混合交替法可实现胶原的高效定向水解，并能最大程度地保留产物的生物活性，因此该法是胶原控制水解的一个重要发展方向。李岩等利用枯草杆菌碱性蛋白酶和黑曲霉酸性蛋白酶处理猪皮，得到了分子量小于1000的胶原寡肽。
2.4鱼皮胶原蛋白提取
我国的水产品加工率不足30%， 而发达国家水产品的加工率在80%以上。在鱼类的分割加工过程中会产生出大量下脚料，其质量占鱼体总重的30%～50%，其中约10%是鱼皮。目前，信道数这些鱼皮并没有被充分利用反应烧结碳化硅，大部分作为废弃物被丢弃，造成资源浪费的同时还会严重污染环境。鱼皮中的主要成分为胶原蛋白（占总质量80%以上），对鱼皮胶原进行局部水解，将其中的胶原蛋白提取出来，可作为一种高档材料广泛应用于医药、食品及化妆品领域。因此，有效利用水产加工过程中产生的鱼皮废弃物提取胶原蛋白气吹，不仅可以变废为宝，而且可作为一种新型安全的胶原蛋白资源，从水产品分割加工的下脚料鱼皮中提取高价值的胶原蛋白，细胞核染 不仅可以充分利用资源、提高鱼类加工的附加值、增加经济效益、促进鱼类加工业的发展， 同时对环境保护也具有十分重要的意义。
如下图为从鱼皮中提取胶原蛋白的工艺流程
3 基本特性
3.1 粘度
胶原蛋白的水溶液具有一定的粘度。胶原蛋白溶液的粘度受到以下各种因素的影响。(1) 各种原材料的不同，从根本上影响着胶原蛋白的粘度。如较多的陆生动物来源的胶原蛋白比水生动物来源的胶原蛋白的粘度高。(2) 胶原蛋白的氨基酸组成影响着胶原蛋白溶液的粘度，
当胶原蛋白含有较多的疏水性氨基酸时，其粘度较低。 (3) 提取方法对粘度的影响，Motero等研究发现， 酸法提取的过程中， 胶原蛋白中疏水性氨基酸的组成发生了变化，从而影响了胶原的粘度。 (4) 胶原蛋白溶液的粘度与外界环境的温度有很大的关系，可溶性胶原蛋白加热至一定温度后，粘度下降。
3.2凝胶性
凝胶性是指蛋白质产品在一定的条件下具有形成凝胶的能力。胶原蛋白在一定的条件下可以形成凝胶，形成凝胶后，不但是水的载体，而且还是风味剂、糖及其它配合物的载体。凝胶性对火腿、香肠等碎肉食品是非常有利的，可以达到改善产品的质地、口感和提高产品的保水性等目的。
凝胶强度是衡量胶原蛋白凝胶性强弱的重要指标之一。而凝胶强度的大小受各种因素的影响，如胶原蛋白的组成、提取工艺、胶原蛋白的浓度温度、盐浓度、酸度、时间等。研究发现经过氢氧化钙溶液的前处理可以提高产物胶原蛋白的凝胶强度。实验表明，凝胶强度还与形成凝胶的时间有很大的关系.现凝胶强度还与凝胶形成时的外界温度有关，随着温度的升高而呈线性下降。蛋白质溶液的凝胶强度还受其组成氨基酸的影响，当疏水性氨基酸
较多时，胶原的凝胶强度会较低，这一特性与疏水性氨基酸较多粘度较低是一致的。
3.3 热变性温度
研究表明，来源于哺乳动物的胶原蛋白的热变性温度较高，一般在40 ～ 41 ℃，而来源于水生生物的胶原蛋白的热变性温度较低， 一般不超过30 ℃。Grossman 等指出，鱼类胶原蛋白的热变性温度较低的原因是它们含有的羟脯氨酸少。研究表明，胶原的热稳定性与全部的亚氨基酸尤其是羟脯氨酸的含量之间存在正相关。胶原蛋白中羟脯氨酸和羟赖氨酸的含量与胶原蛋白分子对热或化学变性作用的抵抗力密切相关。
3.4乳化性及其乳化稳定性
乳化性是胶原蛋白应用于食品工业的一个重要指标，而国内外对于胶原蛋白尤其是淡水鱼胶原蛋白的乳化性研究得较少。王碧等研究了水解胶原蛋白的乳化特性，发现胶原蛋白的乳化性和乳化稳定性将随着溶液浓度的增加而增大，在酸、碱性溶液中均有较高的乳化能力和乳化稳定性，而且一定浓度的电解质可以提高胶原蛋白的乳化能力和乳化稳定性。
3.5 改性
蛋白质的改性就是用化学因素或物理因素，使氨基酸残基和多肽链发生某种变化，引起蛋白质分子空间结构和理化性质改变，从而获得较好的功能性和营养特性。目前，有关改性的方法主要是化学改性。化学改性就是利用蛋白质上各种官能团与低分子量或高分子量物质进行反应，使胶原蛋白交联或接枝。Toledano 等把较长的疏水性烷基链接到胶原蛋白上，得到了发泡性和乳化性均较好的改性胶原蛋白。物理改性就是通过改变外界环境因素，进而改善蛋白质的某些功能特性。如电解质的加入，在一定范围内可以影响溶液的凝胶强度; 不同的酸度可以影响溶液的粘度等。另外，随着生物工程的发展，也可以采用酶法改性。如有实验利用转谷氨酰胺酶催化酰基转移反应，使胶原蛋白间发生共价交联反应，以改善鳕鱼皮胶原的粘度、凝胶性以及热稳定性。
4 在食品工业中应用
由于胶原蛋白具有分散作用、乳化效果以及胶质化功能，因此在食品加工中是一种优良的食品添加剂，能改善食品的理化性质、外观、风味，而且也是一种很好的抗氧化剂。胶原蛋白具有良好的皮膜形成能力和亲水性，其紧密的螺旋结构和存在的结晶区还赋予胶原材料一定的热稳定性， 这些性能使胶原蛋白作为食品材料有着其他材料不可替代的优越性。
4.1 保健食品配料
因为血浆中来自胶原蛋白的羟基脯氨酸是将血浆中的钙运输到骨细胞的运载工具，骨细胞中的骨胶原则是羟基磷灰石的黏合剂， 其与羟基磷灰石共同构成了骨骼的主体， 所以胶原蛋白可以作为补钙成分用于保健食品。因此，只要摄入足够的胶原蛋白，就能保证正常的钙质摄入量。胶原蛋白可以制成一种补钙的保健食品。此外，经常食用含胶原蛋白丰富的食品，能有效增加皮肤组织细胞的储水能力，增强和维持肌肤良好的弹性，强化肌肤的韧性，延缓肌体的衰老。
4.2 作为食品添加剂
胶原蛋白可以影响肉类的嫩度和肉类蒸煮后肌肉的纹理， 其含量和存在状态与肉制品的嫩度密切相关。研究表明，将酸法制得的胶原蛋白粉添加到肉制品中，不仅能改善产品品质、提高产品的蛋白质含量，而且无不良气味。胶原蛋白作为胶凝剂大量用于畜肉或鱼肉罐头、火腿香肠等，以防止变形、肉汁分离，同时还有增稠作用。中国海洋大学等单位共同开发研究了海洋生物胶原蛋白澄清剂，利用鳕鱼皮、碟鱼皮、金鱼皮等水产品加工下脚料，提取胶原蛋白并冰冻，得到常温下能溶于水的胶原蛋白粉，用于一些高级葡萄酒、
啤酒的澄清剂，效果显著。
4.3 食品包装材料
gmr传感器
胶原蛋白有紧密的螺旋结构，使胶原蛋白材料有很强的韧性和强度。胶原蛋白的氨基酸组成使其具有优良的成膜能力，胶原蛋白可作为食品黏合剂制成纤维膜。是制作人工肠衣的理想原料，在热处理过程中，随着水分和油脂的蒸发和熔化， 胶原几乎与肉食的收缩率一致。以胶原蛋白作为主要原料，辅以甘油、vobu氯化钙等添加剂，可制成可食性蛋白膜，用于糖果、蜜饯、果脯、糕点等的内包装膜，其不仅具有良好的外观和机械性能，而且可作为一种营养载体成为食品的营养强化剂。胶原蛋白还可用于制作复合天然保鲜膜，用于肉类保鲜效果显著。
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