胶原蛋白市场调研报告.pdf

1、胶原蛋白市场调研报告目录 第一章 胶原蛋白概述 第一节 胶原蛋白定义 第二节 胶原蛋白概述 第二章 胶原蛋白技术发展趋势 第三章 胶原蛋白国内外市场综述 第一节 胶原蛋白市场状况分析及预测 第二节 胶原蛋白产量分析及预测 第三节 胶原蛋白需求量分析及预测 第四节 胶原蛋白产供需状况分析及预测 第五节 胶原蛋白价格分析 第六节 胶原蛋白进出口状况分析 第七节 胶原蛋白应用市场细分调查 第四章 国内胶原蛋白生产厂家介绍 第五章 国内胶原蛋白拟建及在建项目 第六章 胶原蛋白经销商 第七章 国外胶原蛋白市场分析 第一节 概述 第二节 亚洲 欧盟 北美自由贸易区 第八章 国外胶原蛋白生产商进口商概述 1

2、第一章 胶原蛋白概述 第一节 胶原蛋白定义 胶原是一种天然蛋白质， 广泛存在于动物的皮肤、 骨、 软骨、 牙齿、 肌腱韧带和血管中， 是结缔组织极重要的结构蛋白质， 起着支撑器官、 保护肌体的功能。胶原一般是白色透明、 无分支的原纤维， 在它的极重要的周围是由粘多糖和其它蛋白质构成的基质。 胶原主要存在于生皮中， 其次存在于骨头中。 胶原蛋白家庭包括 19 种胶原蛋白及 10 种以上胶原样蛋白。胶原蛋白含有大量甘氨酸 X Y (Gly X Y )重复序列。它们由三条左手螺旋的多肽链缠绕、右旋、形成绳索样右手超螺旋结构， 其 I 级结构的共同特点为： 每间隔两个氨基酸存在一个甘氨酸， Y Gly

3、 X Y序列中， X 及 Y 位置分别为脯氨酸及羟脯氨酸， 以限制多肽链旋转。 三螺旋结构常有 4羟脯氨酸， 产生氢键及氧桥， 使结构相对牢固，通常还有球状序列插入，使胶原分子更有弹性。 胶原具有很强的生物活性及生物功能， 能参与细胞的迁移、 分化和增殖， 使骨、 腰、 软骨和皮肤具有一定的机械强度。 胶原因其弱的抗原性和良好的生物相容性， 在烧伤、 创伤、 眼角膜疾病、 美容、 矫形、 硬组织修复、 创面止血等医药卫生领域用途广泛。 胶原蛋白是皮肤组织的主要蛋白质成分，资源丰富，口感柔和、味道清淡，易于消化， 也一直受到食品领域的关注， 在许多食品中被用作功能物质和营养成分。另外，在饲料、肥

4、料、化学品等工业中也有广泛应用。 胶原蛋白类型之组成及其在组织中之分布 形 式 各单链分子量 组织分布 100， 000 皮肤、骨骼、血管等多数结缔组织 -trimer 100， 000 细胞培养、肿瘤 100， 000 软骨 100， 000 血管、皮肤、肉芽组织 175， 000 185， 000 细胞基底膜 透明软骨外之大部分细胞周围组织 子宫、胎盘与皮肤 表皮细胞与基底膜 180， 000 主动脉血管细胞、角膜内细胞 2 69， 000 85， 000 软骨、眼后房水 59， 000 肥厚组织、软骨 皮肤、筋、软骨 X 表面组织、小肠粘膜 X 软骨、皮肤、筋、胎盘 X 织维母细胞 X

5、立方羊膜表皮之下 X 大水疱性类疱疮 第二节 胶原蛋白概述 1 在医学、生物领域的应用 1.1 用于美容 胶原蛋白是皮肤组织的主要蛋白质成分， 胶原是由成纤维细胞合成的， 随着年龄的增加， 成纤维细胞的合成能力下降， 若皮肤中缺乏胶原蛋白， 胶原纤维就会发生联固化， 使细胞间粘多糖减少， 皮肤便会失去柔软、 弹性和光泽， 发生老化， 同时真皮的纤维断裂、 脂肪萎缩、 汗腺及皮脂腺分泌减少， 使皮肤出现色斑、皱纹等一系列老化现象。 皮肤中胶原以 I 型和型为主， 它有很强的抗张性， 儿童的皮肤以 III 型为主， 到了成年， 皮肤以 I 型为主， 随着年龄增长， 交联键日益增多， 胶原纤维亦越紧

6、密， 皮肤容易老化变僵硬， 因此， 皮肤变得松驰。 另外， 面部的皮肤， 由于长期暴露在空气中， 受到紫外线照射， 引起皮肤受损， 使胶原纤维束失去其生理性的弹回性能而变直，也会导致皮肤松驰，干裂。 美容胶原是一种新型抗衰老美容材料。早在 70 年代初美国就率先推出注射用牛胶原， 用于祛除皱纹及修复疤痕， 取得了令人满意的效果。 人胶原是新一代生物美容材料， 它是从健康人体 (如胎盘 )中提取的胶原蛋白， 经化学纯化， 不含细胞及组织相容性胶原， 不会诱发抗体和免疫反应， 从而更为安全。 近年来， 英美等国采用注射性胶原来整复面部软组织的各种损伤， 如痤疮痕、 水痘痕， 衰老引起的面部皱纹或皱

7、折。 我国研制的这种胶原注射剂已广泛应用于美容界， 在延缓皮肤衰老、重建受损肌肤等方面取得了良好的效果。 3美容胶原与人体组织的亲和性很好， 有利于自身组织的修复再生。 实验证明，当注射胶原蛋白几周后， 体内成纤维细胞、 脂肪细胞及毛细血管向注射的胶原蛋白内移行， 组合成自身胶原蛋白， 从而形成正常的结缔组织， 使受损老化的皮肤得到填充和修复， 达到延缓皮肤衰老的目的。 0.1%的胶原蛋白溶液还有很强的抗辐射作用，且能形成较强的保水层保护皮肤。 美容胶原主要有以下几方面作用： 消除皮肤疤痕， 应用美容胶原可以使疤痕软化，逐渐被组织吸收而消退；减轻或消除皮肤皱纹， 20 岁以后人的皮肤开始出现皱

8、纹， 注射美容胶原可以填平皱纹的凹陷， 有效地减轻或消除皮肤皱纹， 矫正脸型， 由于种种原因， 有些人会出现脸部左右不对称， 或嘴唇厚薄不匀称等情况， 严重影响了面部美容。 美容胶原注射用来弥补这一缺陷， 会收到较好的效果。化妆品中添加胶原多肽， 由于与皮结构的相似， 具有良好的渗透性， 可被皮肤吸收，填充在皮肤基质之间，使皮肤丰满，皱纹舒展，具有弹性。 随着年龄的增长， 皮肤的结构也在发生变化， 老化的皮肤更容易干燥。 鱼蛋白是一种可以口服的， 由深海鱼类中精练的鱼蛋白提取物， 含有大量的粘多糖及丰富的胶原蛋白， 被称为“吃的化妆品”， 穆源浦等人研究了鱼蛋白对人体皮肤水分、 油分的调节作用

9、， 证实鱼蛋白具有保持皮肤水分的作用。 胶原分子外侧亲水基团羧基与羟基等的大量存在， 使胶原分子极易与水形成氢键， 因此胶原蛋白及多肽具有良好的保水保温性能。 近年研究表明， 胶原多肽具有明显改善与老化相关的胶原合成低下作用。 经老鼠投食试验表明此多肽具有促进胶原合成效果，可促进皮肤胶原代谢作用 (美容效果 )。目前，胶原蛋白及其角蛋白、弹性蛋白在化妆品中的应用比较普遍，它们为人类保持青春发挥越来越大的作用。 1.2 胶原蛋白与骨质疏松的关系 胶原蛋白家族是机体必不可少的有机物， 在多种生命活动中发挥极其重要的作用。骨组织由 1/3 有机物及 2/3 无机物构成， I 型胶原蛋白占有机成分 8

10、0%一90%，它对维持骨结构完整及骨生物力学特性非常重要。 骨中的钙是以羟基磷灰石灰石沉积的方式，以骨胶原为粘合剂而固定下来的， 骨骼中没有骨胶原就不成其为骨骼， 只是许多羟基磷灰石分子和颗粒的堆积，骨骼中没有足够的和进行着正常新陈代谢的骨胶原， 将是不坚硬和不健康的。 骨4质疏松症是以低骨量， 微结构改变与骨质疏松症发生、 发展、 严重程度密切相关。 研究表明骨质疏松症是多基因调控、 强遗传性、 以低骨量和高骨折危险性为特点的疾病。 有证据显示骨质疏松时存在胶原 (尤其是 I 型胶原 )结构、 含量及稳定性异常， Oxlund 研究椎骨标本， 发现随年龄增长胶原稳定性降低。 I 型胶原基因突

11、变的转基因鼠表现为典型的骨质疏松症或成骨不全。 由患者及动物模型试验知， 骨质疏松症存在椎骨、 股骨头、 股骨颈的胶原及交联物含量减少、 赖氨酸低度羟化、 胶原稳定性降低。 这些改变直接关系到骨微结构及生物力学特性异常； 而转基因动物模型提示上述异常可能与胶原遗传学改变相关。 骨质疏松的实质是合成新的骨胶原的速度跟不上需要， 也就是说， 新的骨胶原的生成速度低于老的骨胶原发生变异或老化速度。 中国科技大学黄碧霞等人研究发现， 服用食用明胶后， 少年儿童实验组和成人级的发钙水平都明显提高。 因此， 蒋挺大等人提出， 补钙应先补胶原蛋白， 摄入足够的胶原蛋白， 健康人就会对钙质有正常的需要， 就会

12、有正常的摄取钙质的能力， 因而食物里所含的钙质完全能满足人体对钙质的需要。 因此， 在维生素 D 供应足够的情况下， 最好的补钙剂，是结合了钙的胶原蛋白制剂，这样的补钙剂摄入人体后，消化吸收比较快，且能轻快达到骨骼部位而沉积。 摄食胶原多肽可促进骨形成作用， 增强低钙水平下的骨胶原结构， 从而提高了骨强度，即达到预防骨质疏松症作用；胶原多肽还可作新陈代谢促进剂使用，促进生物体胶原生物合成， 改善随年龄增长导致的生物组织衰老和功能减退。 胶原多肽还对关节症等胶原病具有很好的预防及治疗作用。 将胶原与钙、 维生素复合后制成胶原钙维素， 通过动物试验表明， 具有壮骨和升血补血效果，另外对伤口愈合也有

13、很好的促进作用。 1.3 促进伤口愈合和硬组织修复作用 早在 70 年代初， 就有用胶原膜覆盖烧伤创面的临床应用报道， G J Pichon制得的胶原膜，用于烧伤和外伤，起到保护、止血、康复功能。 80 年代始，陆续可见用胶原膜覆盖大面积烧伤创面的报道。 Kenneth E Hughes 用微纤维取向法制得的胶原纤维， 机械强度高出普通纤维 2 10 倍， 完全可以满足手术缝合的需要。第二军医大学从猪皮中提取胶原，配成溶液用于深 II 度烧伤创面及残余5肉芽面的治疗，不仅创面愈合快，见愈合后创面平整。 90 年代初人们成功研制了胶原霜，用于烧伤愈合创面的治疗护理表明，胶原霜可使表皮细胞代谢延长

14、，脱屑减少， 促进上皮细胞增殖和创面愈合。 同时试制出戊二醛胶原人工皮， 其内层为冻干的胶原海绵， 具有吸水作用， 体外实验有抑菌和杀菌作用， 它无排异反应， 是当今较理想的人工皮。 将胶原蛋白和壳聚糖并用制造人造皮肤， 可降低成本， 改善性能， 它柔软、 舒适， 与创面的贴合性好， 既透气又吸水， 具有抑制疼痛和止血的功能， 还有抑菌消炎作用， 随着创伤慢慢愈合和自身皮肤生长， 它能自行溶解被肌体吸收，免除了揭除时流血多及病人的痛苦。 胶原蛋白具有良好的粘着性，可作为融合剂与其他生物材料如羟基磷灰石(HA)等结合用于修复机体硬组织的缺损及萎缩。 1.4 创面止血 胶原可以与血小板通过粘合、

15、聚集起到止血作用。 胶原蛋白海绵在临床上具有很好的止血作用， 能使创口渗血很快凝固， 被人体组织逐渐吸收， 一般用于内脏手术时毛细血管渗出性出血。 军事医学科学院研制的胶原海绵止血材料亲水性强，吸水率大，具有止血时间短，粘附创面能力好，创面干燥，不易发生感染，愈合迅速特点。 目前， 胶原蛋白海绵临床应用已包括普通外科、 心血管科、 整形外科、泌尿外科、骨科、皮肤科、烧伤科、妇产科、眼科等几乎所有的手术。 1.5 眼角膜疾病 胶原分子具有高度的粘附性、 亲水性、 溶解性、 化学趋向性及影响细胞的游走、 异化和生物合成等功能。 在临床上可作为药物载体治疗各种眼病， 并能促进眼角膜上皮损伤的修复和促

16、进角膜上皮细胞的生长， 促进角膜伤口的愈合。 眼用角膜由前苏联于 1984 年首先研制成功，随后美国博土伦公司研制了干燥眼用胶原膜， 并在眼科临床治疗中取得良好疗效。 我国也有这方面的报道。 马福广等人采用酸溶法提取哺乳类动物 I 型胶原制成胶原胶用于治疗角膜伤， 证明对角膜上皮愈合有促进作用。胶原还可作为“药膜”使药物在结膜囊内逐渐释放入眼内，从而在短时间内使眼内药物达到较高浓度。 对角膜擦伤、 磨损具有良好的治疗效果。 1.6 人造代血浆 胶原蛋白经过纯化，除去热源，把分子量控制在 50 000 一 100 000 之间，6大约相当于白蛋白的分子量 (69 000)， 这种分子量的胶原蛋白

17、可维持血液必要的渗透压， 更接近于血浆的天然属性， 效果很好。 国外已大量使用， 我国也正在推进其产业化。 1.7 固定化酶载体和胶囊 胶原蛋白可作为固定化酶载体，因为胶原蛋白分子肽链上具有多种反应基团，易于吸收和结合多种酶和细胞，实现固定化，它具有与酶和细胞亲合性好、适应性好的特点。 另外， 由于胶原蛋白的生物相容性， 在体内可被逐步吸收， 因此，胶原蛋白固定化酶特别适合于人工生物医用材料。 水解胶原蛋白还可用于生物发酵培养基， 它能有效促进菌丝生长， 在合氮量和水溶物方面优势独特，同时具有菌丝生长快、粗壮等特点。 胶原蛋白还可用于生产药用胶囊和微胶囊、 近年来研究在明胶溶液中加入一定量的壳

18、聚糖溶液制成药用胶囊， 具有易于生产、 产品质量好的优点。 用明胶与壳聚糖配合制备微胶囊是近年来的事， 既降低了成本， 又提高了产品质量， 目前，该产品已广泛用于医药、食品等多种领域。 l.8 其它医学功用 胶原多肽是目前人们开发的热点， 它具有很好的营养特性以及加工特性。 最近的许多研究表明， 胶原多肽除具有营养特性和前面提到的美容和预防骨质疏松症等作用外， 还具有其它许多特殊的生理功能， 如： 保护胃粘膜以及抗溃疡作用；抗过敏作用； 抑制血压上升作用， 胶原蛋白中一些特殊氨基酸还具有防癌作用等药效。 中国科学技术大学的黄碧霞等曾对补充了氨基酸和微量元素的明胶合剂进行了疗效观察， 发现可提高

19、人体的血清白蛋白， 提高白细胞、 血小板和红细胞娄，有明显的提高免疫功能与改善心肌功能的作用，调节血胆固醇和甘油三酯的作用， 使体内缺乏的某种必须微量元素含量提高， 使含量过高的降低， 从而维持在正常范围，还有排除体内有害金属 (如铝等 )的作用。 2 胶原在食品中的应用 胶原蛋白含有多种氨基酸， 又易于消化， 一直受到食品领域的关注， 食用明胶和可食性肠衣是两个主要产品。 胶原天然紧密的纤维结构使其具有很强的韧性和强度， 适用于薄膜材料的制备。 牛皮胶原纤维出于纤维轻粗壮， 多用做制肠衣，7还可制成可食性包装纸， 用于火腿、 冷冰肉食等的包装及食用标签。 有研究表明，用胶原膜包装肉食具有抗氧

20、化性， 能使肉食品的颜色保持鲜亮。 还有的直接将皮胶原加入到发酵饼和蛋糕。 随着人们生活水平的提高， 肥胖和高血脂、 高胆固醇的人越来越多， 由此导致的心脑血管疾病成为广泛性疾病。 胶原蛋白能降低甘油三酯和胆固醇， 用胶原蛋白 (水解明胶 )、果胶与麦麸以 100： 5： 80 一 l00： 43： 28 的重量比配制的食品， 有利于降低体重和血脂， 适用超重病人和动脉硬化的病人。 胶原多肽作为天然生物质的降解产物， 氨基酸种类丰富， 蛋白质含量高， 不含脂肪。 在日本， 胶原食品已被作为健康食品推向市场， 已经有胶原多肽、 氨基酸口服液等保健性食品上市，我国动物蛋白饮料还是空白。 利用皮边角

21、料制造可食性胶原包装材料如肠衣、 火腿及冻肉的包装已在日本等发达国家应用。 Jones 介绍了一种利用制革浸灰皮屑制造胶原包装膜的方法。寇柏权研究了用灰皮屑为原料， 制备胶原肠衣的办法。 在美国， 牛皮灰皮屑已经成为食用级明胶的主要来源，全国大约牛皮产量的 l0% (二层灰皮或皮屑 )用于该产品的生产。 而我国只有少量明胶厂利用废弃物提取食用明胶， 应用前景广阔。 3 其它 除了食品生产中用于食用明胶和可食性肠衣等产品外， 生皮皮屑还可用于生产饲料和肥料。 灰碱皮下脚料经完全脱灰后， 经酸、 碱或酶水解制成蛋白粉， 与其它饲料配合使用。 D Dubois 通过添加基本氨基酸，并与大豆蛋白对等混

22、合，成功的饲养了幼鸡。 丹宇行夫以蛋白酶催化水解灰碱皮下脚料制成蛋白粉成功地用作肥料，小麦、水稻产量明显增加。 制革生产中由于剖层、 削匀产生的含铬皮屑很多， 弃之不但是对资源的浪费，而是一种非常有害的固体废弃物，严重污染环境。过去对其利用的方式主要有，生产再生革，合成表面活性剂雷米帮 A、染料固定剂以及生产蛋白胨和皮胶等。但由于技术和市场的原因， 这些方法没有得到广泛应用， 大量含铬废弃物还都采用填埋、 焚烧、 厌氧发酵等方法处置或处理， 这又造成环境污染和资源浪费。 近年来， 研究从含铬废弃物中提取蛋白质作饲料添加剂， 并提取三价铬作皮革鞣剂的较多。 水解胶原蛋白作为一种高效的动物性蛋白营

23、养添加剂， 可替代或部分替代进口鱼粉用于混、 配合饲料生产， 其饲养效果和经济效益均超过进口鱼粉。 蒋8挺大等用含铬废料生产饲料胶原蛋白粉和氨基酸螯合微量元素肥料不但肥效高，使用方便，无毒，无副作用，而且对植物还有抗病作用。实验表明，喊 Cr2O32%的蛋白肥料配成复合使用，小麦增产，对土壤影响不大。 利用胶原水解得到的多肽作为化工原材料生产皮革化学品， 是近年来又一个研究热点。 C S Cantera 用碱性蛋白酶水解含铬下脚料得到胶原多肽，多肽用自由基引发与丙烯酸接枝共聚， 得到的共聚物用于全粒面革和二层革的复鞣， 成革柔软、 丰满， 染料易于渗透， 产品色泽饱满。 G Manz 用含铬废

24、弃物水解多肽分别与甲基丙烯酸甲酯、丙烯氰接枝共聚生产涂饰剂，涂层光亮、透明，均匀，手感优于酪素。 李天铎水解皮革下脚料得到胶原多肽， 利用多肽氨基与环氧化油和溴化油的反应， 将多肽嫁接到天然油脂分子上， 制成的蛋白型加脂剂填充性好，助染性突出。 胶原蛋白与胶原多肽的生物功能和药用、 保健功能正在逐渐被人们认识，这方面的研究也逐渐成为人们研究的热点。 利用动物皮开发新的生物产品将大大提高其附加值。 皮革行业每年产生大量固体废弃物， 其中含有大量胶原蛋白， 弃之可惜， 又造成环境污染， 对其加以利用， 开发新功能食品、 保健品、 化妆品、 医药品和化工产品将有广阔的发展前景。 9第二章 胶原蛋白技

25、术发展趋势 胶原 (collagen)是动物体中最广泛存在的蛋白质， 属于蛋白质家族， 现在已发现 18 个或 19 个成员， 从皮肤和骨骼中分离出了 I 型胶原， 从软骨组织中分离出了型胶原，从胚胎皮肤中，分离出了型胶原，从细胞基底膜中分离出了IV 型胶原。 在哺乳动物体中， 胶原含量约为其体重的 25%； 在真皮蛋白质中， 胶原的质量分数甚至可达 85%，胶原是脊椎动物和无脊椎动物骨架支持结构的材料，它的基本结构为原胶原蛋白 (tropocollagen)。原胶原蛋白分子呈细棒状，长 280nm，直径为 1.5nm，由三股螺旋的左手螺旋多肽互相缠绕而成。由于原胶原蛋白分子内及分子间存在氢键

26、作用、 分子间吸引力和一定的化学键交联， 从而使胶原具有很高的机械强度， 胶原的这一特点使它具有其它高分子材料无可比拟的生物相容性和生物降解性。 在生物医学领域， 胶原作为天然高分子材料， 具有极高的医疗、营养保健、美容护肤等功效。 酸水解法 酸水解法主要使用无机强酸， 如盐酸和硫酸。 水解液用 Ca(0H)2、 CaO 或 Na2C03中和， 使 Cr3+沉淀， 过滤， 真空浓缩、 喷雾干燥制得。 酸法， Cr3+不易脱除完全，而且对胶原的损伤严重，难以获得较高质量的产品，所以一般不太采用。 碱水解法 碱水解法通常使用碳酸钠、氢氧化钠等作为退鞣剂， Cr3+形成沉淀脱除，同时还可采用一些碱性

27、氧化物如氧化镁。 在一定的温度、 压力条件下， 选用合理的配比及 pH 值，促使交联键破坏，退鞣而生成 Cr(0H)3沉淀。 碱法处理具有原料易得， 脱铬完全， 工艺简单的特点， 是水解胶原蛋白生产的最佳方法之一。 酶水解法 传统上提取胶原， 多采用清水高温蒸煮、 酸水解法、 碱水解法， 但这些方法10都各有其致命的缺点。 清水高温蒸煮法虽对生产要求低， 操作简便， 对设备要求低， 无污染， 有利保护环境， 但胶原分子加热变性， 三螺旋解旋而成游离多肽链，破坏分子间的共价交联，而且引起胶原中键的随机水解，容易变成 大分子明胶 ，不利于人体吸收， 降低了其利用价值。 酸水解法迅速而彻底， 但色氨

28、酸全部被破坏， 丝氨酸和酪氨酸部分被破坏， 且产品得率低， 设备腐蚀严重， 并产生二次污染。 碱水解法迅速且彻底， 但含羟基和巯基的氨基酸， 全部被破坏且产生消旋作用 (结构变异 )。据资料介绍：生物体内常见的 20 种氨基酸，除了甘氨酸没有不对称碳而没有旋光性外， 其它都是旋光性化合物。 在热碱性溶液中， 不对称碳原子经过对称状态的中间阶段， 发生消旋现象， 并转变为 D 一型和 L 一型的等摩尔混合物，即消旋物 (racemate)无旋光性的 D、 L 一型氨基酸。原则上，只有 L 一型氨基酸才可作为高等动物的有效氨基酸源， D 一型氨基酸不能作为有效氨基酸源， 它的浓度若高过 L 一型氨

29、基酸， 则会抑制 L 一型氨基酸的吸收， 有些 D 一型氨基酸有毒，有的甚至有致癌、致畸和致突变的作用。 酶水解法有其它方法无可比拟的优越性。 反应速度快， 时间短， 无环境污染，提取的水解胶原蛋白纯度高， 水溶性好， 理化性质稳定， 而且随着生物技术水平的提高， 酶制剂的来源广泛， 活性也不断提高， 价效比也大幅度降低， 为其在工业化生产中的应用提供了极大空间， 特别是蛋白酶制剂应用已不少见， 并取得明显成效。 山东轻工业学院李彦春等通过实验研究论证了木瓜蛋白酶对牛皮胶原有较好的水解效果；水解过程中，酶的作用温度和酶用量对水解速度有较大影响，随着温度的升高，水解速度加快； 60达到最大；超过

30、 60，反应速度降低。在一定范围内， 随酶用量的增加， 水解速度加快。 优选出较好的水解条件为： 温度 60， 酶用量 1.5%， PH 为 5。 而酶用量和温度对水解程度的影响无太大规律。用木瓜蛋白酶提取牛皮胶原， 随着水解时间的增加， 水解液的氨基酸浓度逐渐增加， 完全水解后， 氨基酸浓度增加缓慢。 利用紫外分光光度法在 210nm 处测定胶原蛋白水解液浓度比较合适。 目前， 胶原的提取多集中在相对易于处理的牛腱和鼠尾腱， 由于其资源有限，从皮胶原组织中， 提取高纯度胶原就成了当前的研究热点。 我国是皮革生产大国，每年产生未鞣制生皮废弃物约 70 万 t， 因未得到适当的利用， 不仅造成数

31、 10 亿元的经济损失， 且腐烂变质， 造成极大的环境污染， 严重影响了制革工业的可持11续发展。 生物酶定向剪切技术 四川铭让生物科技有限公司生物酶定向剪切技术， 摒弃了国内外通常采用的强酸、 强碱和单一酶处理 （不易控制目标产物） 的方法， 根据不同目标产物的要求，从新鲜动物皮可控生产活性胶原蛋白（多肽） ，保证了： 1胶原蛋白（多肽）空间架构不变异； 2氨基酸不被破坏； 3氨基酸不产生消旋作用。 工艺特点： 1.采用物理方法和弱酸碱温和预处理方法， 松散、 分离皮胶原纤维束， 提取可溶性胶原蛋白， 其结构不变异， 功效成分不失活， 且含有对胶原蛋白有协同作用的糖蛋白。 2.在低温下采用生

32、物酶制剂， 如在酸性条件下用蛋白酶 ABG、 WB 和在碱性条件下使用蛋白酶 DG 及 NG 等， 并与胶原酶结合使用， 不仅更具有专一性和针对性，而且对目标产物更易控制， 不会使其丧失生物活性， 且产物的组成结构及性能稳定、变异小。 采用本技术生产的活性胶原蛋白及多肽，可将原分子量为 30 万左右的胶原分子， 降解成 3000 左右的胶原多肽 （大约含 30 个左右的氨基酸残基） ， 多 肽分子长度降至 3050 纳米左右。 分析表明，产品各项指标达到国际先进水平：含有 19 种氨基酸，氨基酸总量超过 86%， 且胶原蛋白中特有的氨基酸 （羟赖氨酸和羟脯氨酸） 含量高。 产品的氨基酸组成与天

33、然胶原蛋白氨基酸组成基本一致，表明氨基酸组成未受破坏，降解后很好的保持了其生物活性。 保证化妆品、 食品、 饮料及医药等行业客户的供应需求。 12附录： 李彦春等实验研究情况 1 试验 1.1 仪器、材料与试剂 1.1.1 仪器 90 一 1 型恒温磁力搅拌器 上海沪西分析仪器厂 80 一 2B 型台式离心机 上海安亭科学仪器厂 电热恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂 UV 一 2000 紫外可见光光度计 上海尤尼柯仪器有限公司 pH211 型酸度计意大利哈纳仪器公司 1.1.2 材料与试剂 灰碱皮和 /或二层碱皮 淄博大桓九宝恩制革有限公司 木瓜蛋白酶 工业品 天津酶制剂厂，活力单位 4000

34、U/g 牛血清蛋白 生物制剂 上海生化制剂厂 1.2 牛皮胶原的水解方法 将制革灰皮边角废料切成大小相同的小块， 经水洗、 脱灰、 再水洗、 纱布过滤后，加入一定量的水，调节酶的最适 pH 值，控制反应温度，加入酶制剂，在恒温磁力搅拌器上进行酶解， 酶解反应结束后， 升温将酶灭活， 离心分离， 过滤后即得胶原水解液。 1.3 水解用酶制剂的选择 收集本实验室的酶制剂 (木瓜蛋白酶， 2709 蛋白酶，胰酶， Oporon OO 酶，CN 酶等 )， 首先统一用福林法测定酶的活力， 以确定酶的用量， 然后用不同的酶制剂、 在相同的活力单位下， 按照 1.2 中的方法对牛灰皮边角废料进行水解， 比

35、较各种酶对胶原的水解程度，以确定水解用酶的种类。 1.4 胶原蛋白水解液吸收曲线的确定 目前测定蛋白质浓度最常用的方法是 280nm(A280)光吸收法， 由于蛋白质分子中常含酪氨酸、 色氨酸、 苯丙氨酸等苯环结构， 在紫外 280nm 波长处， 有最大吸收峰， 其吸收值与蛋白质浓度呈正比， 以此可确定蛋白质含量， 但在牛皮胶原中， 基本没有色氨酸， 酪氨酸的含量也很少， 只占 4.7 个残基 /1000 个残基。 试验中我们发现胶原水解液在 280nm处吸光度很低， 而在 210nm附近有较大吸收峰。13经过查找资料。 发现由于存在肽键， 所有的蛋白质在 230nm 波长以下都有强吸收。而牛

36、皮胶原中，两种含量较高的天冬氨酸 (48 个残基 /1000 个残基 )和谷氨酸 (72个残基 /1000 个残基 )在 200nm 处有强吸收峰，鉴于以上原因，有必要通过测定胶原水解液的紫外吸收曲线，建立适合于测定胶原蛋白的紫外吸收法。 本试验中，以牛血清蛋白为标准物， 取一彻底水解的样品，分别测定了200-280 nm 处的吸光度。 1.5 水解温度、酶用量对水解时间的影响 影响酶水解皮胶原的因素主要有水解温度、 酶用量、 pH、 水的用量等。 在试验 1.3 中， 我们选定木瓜蛋白酶进行水解。 根据文献资料， 木瓜蛋白酶对酪蛋白的作用最适 pH 为 7，对胶原作用的最适 pH 值为 5。

37、刘彦以明胶作底物，采用基梅尔一史密斯法测定木瓜蛋白酶活力也表明，木瓜蛋白酶用于水解明胶的最适pH 为 5 左右。 因此我们选定在 pH 为 5 的条件下进行水解， 不再对 pH 进行优选。水的用量根据试验的具体情况，选定皮重 5 倍的水。 考察了不同温度、 不同酶用量彻底水解所需的时间、 对水解速度的影响， 根据表 1 设计正交试验对彻底水解后水解液的蛋白质浓度、 氨基酸浓度、 教度进行了测定和分析，见表 2。 1.6 胶原水解液的蛋白质浓度测定 1.6.1原理 根据 1.5 中测定的牛皮胶原水解液的吸收曲线， 确定其最大吸收峰波长值， 在此波长下测定胶原水解液的蛋白质含量。 1.6.2 测定

38、方法 取水解液样品 1mL， 加蒸馏水稀释至 50mL， 以蒸馏水作空白对照， 在 210nm波长处测其吸光度。以牛血清蛋白为标准物，计算蛋白质含量。 1.7 胶原水解液氨基酸浓度测定 1.7.1 原理 14用铜复合物紫外吸收法，即合适 pH 下，二分子 a 一氨基酸与一分子铜离子形成氨基酸一铜复合物，此复合物呈蓝色，除在 620nm 有吸收峰外，在 230nm处有最大吸收，其摩尔分子消光系数在 230nm 处为 620nm 处 100 倍左右，因此，利用氨基酸一铜复合物紫外吸收法可以进行微量氨基酸的测定， 此时， 其铜复合物的最大吸收值上升至 230nm 左右处时， 达完全水解， 因此， 此

39、法适用于蛋白质水解速度和水解程度的测定。 1.7.2 试剂 (1)0.05mol/L 的 CuCl2液 (2)硼酸钠溶液 (pH9.1 9.2) 10.1g 无水四硼酸钠，加入 1L 蒸馏水，过滤，每 100mL 硼酸钠溶液中加 6g NaCl。 (3)氨基酸标准溶液 标准氨基酸配制成 500 g/mL 的水溶液。 1.7.3 测定方法 取胶原水解液测定，方法如下： (1)全部测定在 (恒定温度土 1)范围内，离心管中加 5mL 硼酸钠溶液样品液 (每 mL 含 50 500 g 分子氨基酸 )，再加 0.1mL CuCl2液，摇匀，室温放置 10min， 悬浮液离心 (3000r/min)5

40、min， 将上清液小心倾倒在另一试管中， 取上清液在 230nm 处测定，空白管加蒸馏水。 (2)标准曲线制作 分别取 500 g/mL 分子氨基酸标准溶液 1、 2、 3、 4、 5mL，各补水至 5mL，其它同样品。 1.8 牛皮水解过程水解液中氨基酸浓度分析 水解液氨基酸浓度与曲解时间密切相关，为了解水解过程中水解速度的变化， 以及彻底水解后， 延长水解时间水解液氨基酸浓度的变化， 采用木瓜蛋白酶、水解温度 60、 酶用量 1.5%、 pH 为 5 的条件， 每隔 2h， 用铜复合物紫外吸收法测定氨基酸浓度，直至牛皮胶原被酶彻底水解后，继续水解 2h、 4h 进行测定。 2 结果与讨论

41、2.1 水解用蛋白酶种类的确定 对各种酶制剂水解牛皮胶原的试验结果表明：胰酶和木瓜蛋白酶效果比较15好， 水解液颜色较浅， 水解速度快， 且氨基酸浓度和蛋白质浓度较高， 说明水解比较容易、 完全。 由于胰酶水解胶原已有相关文献报道， 在此， 我们选用木瓜蛋白酶。 木瓜蛋白酶是一种高效的酸性植物蛋白水解酶， 分子量为 23 00，在 pH4 9时较稳定，适宜温度在 60 90。它是典型的巯基蛋白酶，作用底物广泛，可使由 G1y、 Arg、 Lys、 Phe 等氨基酸形成的 7 种肽链断裂，对粘蛋白、类粘蛋白具有较强的水解作用， 同时具有一定的脂酶能力。 用木瓜蛋白酶水解牛皮胶原的试验表明： 一定

42、条件下， 它对变性胶原蛋白具有较强的水解作用， 可用于皮胶原的水解。 2.2 牛皮胶原水解液的吸收曲线 彻底水解后水解液在不同紫外波长下的吸光度，如图 1 所示。 图 1 可以看出，牛皮胶原水解液在 210nm 处有最大吸收峰；而据资料介绍，在 210nm 处肽键有吸收。 因此在本试验中， 我们测定蛋白质浓度采用的是紫外分光光度法， 测定水解液在 210nm 处的吸光度， 再利用标准曲线， 计算蛋白质的含量。 2.3 水解条件对水解速度和程度的影响 2.3.1 酶用量、水解温度对水解速度的影响 不同酶用量、不同温度对水解速度的影响，见图 2。 16从图 2 我们可以看出：木瓜蛋白酶水解 牛皮胶

43、原的能力随着温度升高而升高， 60时达到最大， 温度继续升高， 水解能力下降； 酶用量增加， 水解速度加快。从图 3 看出： 60时，酶用量在 1.5%以下时，随酶用量增加，水解时间很快减少；酶用量在 1.5%以上时，继续增加酶用量，水解速度增加较慢。因此选定的水解条件是：温度 60，酶用量 1.5%。 2.3.2 酶用量和温度对水解程度的影响 在固定了 PH 和用水量的情况下，酶用量和酶解温度是影响提取牛皮胶原蛋白的 2 个重要因素，水解液中的氨基酸含量基本上可以反映出胶原的水解液程度。 通过正交试验对水解液的蛋白质浓度、 氨基酸浓度进行了分析， 结果见表 2。 17表 2 结果分析可以看出

44、： 当木瓜酶用量在 1.5%时， 氨基酸浓度和蛋白质浓度为最大， 但规律不是很明显； 而温度所对应的氨基酸浓度和蛋白质浓度也无明显规律， 也就是说， 不一定是在酶作用的最适温度或酶用量较大时， 蛋白质和氨基酸浓度最大，即酶用量和温度对水解程度的影响无明显规律。 2.4 水解时间不同对氨基酸浓度的影响 在有特异性的胶原酶作用下，将紧紧缠绕在一起的三条肽链 (三螺旋 )拆开，使胶原成为游离的多肽， 然后在生理温度下发生变性， 继而在木瓜蛋白酶等的作用下， 逐渐水解成为短肽和小肽， 直至水解成为游离的氨基酸， 图 4 是根据测定不同水解时间的水解液中氨基酸浓度而绘制的曲线。 18由图 4 看出：在一

45、定的条件下开始水解，随着时间的延长，氨基酸浓度增加较快， 完全水解后， 再延长时间， 氨基酸浓度变化较缓慢。 可能是酶作用的专一性使然。 19第三章 胶原蛋白国内外市场综述 第一节 胶原蛋白市场状况分析及预测 胶原蛋白在我国还处于萌芽阶段， 但其前景非常广阔， 四川大学是我国目前开发、生产胶原蛋白的前驱科研单位。采用 90 年代国内领先、国际先进的生物技术生产多肽、胶原蛋白。其氨基酸含量高达 80%以上（超过规定标准） 。就目前消费趋势来看， 人们崇尚回归大自然， 绿色食品、 天然营养制品市场前景广阔。多聚肽、氨基酸、胶原水解蛋白的需求量还将以 20%以上的速度增加。 近 2 年， 胶原蛋白的

46、国内市场发展很快， 短时间内在国内出现了 100 多家开发单位， 200 多家经营商， 主要涉及保健、 食品、 饲料、 医用等行业， 具体包括下面几类及其衍生产品。 1、活性胶原蛋白：即以动物生皮为原料 ，采用生物酶定向剪切专利技术生产活性胶原蛋白， 此工艺条件下不破坏蛋白空间结构， 能很好地保持其生物活性。并且这种皮胶原蛋白与人体皮肤有极好的亲和性， 能够很好地发挥其渗透、 保湿、修复等功能。 2、 水解胶原： 此类胶原蛋白是以酸碱法水解提的， 在生产过程中胶原本身的结构即生物活性已被破坏， 因此这类胶原蛋白无论是用于化妆品还是食品中都不能充分发挥胶原蛋白固有的特性。 3、骨胶原：骨胶原多由

47、动物骨踺中提取，其基本组成与人体皮肤不一样，因此与人体皮肤没有较好的亲和性。 另有部分骨胶原是从明胶中提取， 因为明胶本身就没有生物活性，所以该类骨胶原蛋白也不能提供皮胶原蛋白所具备的性能。 胶原蛋白可进一步加工制成医药品、 营养保健品、 高级化妆品、 食品、 生物农药和生物肥料及生长助剂等， 在国内具有广阔的前景， 美国、 日本和我国台湾都已先后踏入了国内市场， 而目前国内较大规模经营的只不过 2、 3 家生产企业，其中以四川铭让生物科技有限公司最有代表性， 在国内具有技术领先、 规模领先、20市场覆盖率高等特点。我国胶原蛋白在医疗美容领域的应用具有附加值高的特点。 虽然胶原蛋白对人体的健康

48、作用显著， 但一直以来， 胶原蛋白产品却主要局限于化妆品等。 国内对其研究不够充分， 技术上的空白点较多。 近年来， 一些研究所和实力企业的进入， 胶原蛋白产业逐渐有了向口服产品过渡的趋势。 北京北医联合药业有限公司推出的“娇媛葆典”保健食品， 就是美国原装进口的利用生物酶定向剪切技术生产的高端胶原蛋白产品。 按最终产品产值划分的市场使用情况示意图(%)152%227%316%45%12341/美容保健品 2/食品 3/饲料 4/其它 按使用量划分的市场情况示意图 (%)122%230%336%412%12341/美容保健品 2/食品 3/饲料 4/其它 21第二节 胶原蛋白产量分析及预测 世

49、界上胶原蛋白的生产主要集中在美、日、欧和我国的台湾，在亚洲的日、台生产企业主要就有台湾糖业股份有限公司、台湾普力德生物科技股份有限公司、 台盐实业股份有限公司、 台湾双美生物科技股份有限公司、 台湾珩升行生物科技股份有限公司、和康生物科技股份有限公司和日本的富源生物技术株式会社、井原水产株式会社、 BioCore Medical Technologies, Inc.、新田 Nitta。美国较有代表性的是 FibroGen, Inc.和美国优莱技术股份有限公司。目前，世界总产能不足 2 万吨， 我国的生产能力在 700-800 吨左右， 产能上百吨的规模经营企业还很少，受国际市场竞争的影响，国内产量就更低。每年国际贸易都有100-300 吨的逆差。（含液体和干粉，以下同）在大陆胶原蛋白市场逐渐加温，各种胶原蛋白系列产品呼之欲出之际， 以台盐为代