骨胶原蛋白粉的应用

背景^[1-3]

骨胶原蛋白粉是一种以动物骨骼为原料提取的蛋白质粉末，含有丰富的胶原蛋白。胶原蛋白是一种纤维蛋白，是构成皮肤、骨骼、肌肉、韧带、肌腱等结缔组织的主要成分。

骨胶原蛋白粉被广泛用于美容保健和食品工业中。在美容保健方面，骨胶原蛋白粉可以促进皮肤弹性和水分含量，减少皱纹和细纹的出现，同时还可以改善关节疼痛和增强骨骼健康。在食品工业中，骨胶原蛋白粉可以作为增稠剂、乳化剂和凝胶剂使用，用于制作各种糕点、冰淇淋、酸奶等食品。

骨胶原蛋白粉的制备方法包括酸法、碱法和酶法等。其中，酸法是最常用的制备方法之一，即将动物骨骼浸泡在酸性溶液中，使胶原蛋白水解成小分子肽或氨基酸，然后通过过滤、离心等工艺得到骨胶原蛋白粉。

骨胶原蛋白粉

骨胶原蛋白粉可以根据不同的来源和制备方法进行分类。以下是一些常见的分类方式：

来源分类：骨胶原蛋白粉可以根据来源分为动物骨胶原蛋白粉和植物骨胶原蛋白粉。动物骨胶原蛋白粉主要来源于牛、猪、鸡等动物的骨骼和皮肤，而植物骨胶原蛋白粉则主要来源于海藻、大豆等植物。

制备方法分类：骨胶原蛋白粉可以根据制备方法分为酸法骨胶原蛋白粉、碱法骨胶原蛋白粉和酶法骨胶原蛋白粉。其中，酸法骨胶原蛋白粉是通过将动物骨骼浸泡在酸性溶液中，使胶原蛋白水解成小分子肽或氨基酸，然后通过过滤、离心等工艺得到的；碱法骨胶原蛋白粉则是通过将动物骨骼浸泡在碱性溶液中，使胶原蛋白水解成小分子肽或氨基酸，然后通过过滤、离心等工艺得到的；酶法骨胶原蛋白粉则是通过使用酶类物质对动物骨骼进行水解，得到小分子肽或氨基酸，然后通过过滤、离心等工艺得到的。

分子量分类：骨胶原蛋白粉可以根据分子量分为低分子量骨胶原蛋白粉和高分子量骨胶原蛋白粉。低分子量骨胶原蛋白粉通常是通过酸法或碱法制备得到的，分子量较小，一般在1000道尔顿以下；高分子量骨胶原蛋白粉通常是通过酶法制备得到的，分子量较大，一般在10000道尔顿以上。

应用^[4-5]

骨胶原蛋白粉可以用于利用含铬革屑制备胶原蛋白粉及其在阻垢剂中的应用

制革过程就是对生皮中的胶原蛋白进行交联变性的过程,使生皮蛋白质发生交联变性的物质称为鞣革剂。在当前制革工业中,鞣革剂的主要种类有:铬盐、栲胶、酸类、铝盐及高分子树脂类,其中以重金属铬的三价化合物占鞣革剂总量的85%。在经过削匀、修边等制革工序后,会产生大量固体废弃物,其主要成分为铬和骨胶原蛋白粉,将这些固体废弃物中的铬盐脱除并提取其中的胶原蛋白,是目前研究的主要思路。

本课题首先使用酸、碱法共同处理含铬革屑,制备胶原蛋白粉产品。再使用酶法进一步水解以提升其水解度,降低水解产物(多肽、氨基酸)的分子量,释放更多的游离氨基,增加其反应活性。最后将得到的产物进行改性处理,用作抑制循环水中碳酸钙垢形成的阻垢剂,为铬革屑的资源化利用开辟了一条新的途径。使用碱法进行处理前,在铬革屑与水的体系中,加入革屑质量15%的浓硫酸于常温下预浸泡24 h,洗净沥干。向经过预处理的铬革屑中加入占其质量5%的CaO和3%的NaOH,于90℃以液固比为7的条件下水解8 h,经喷雾干燥制备出粗蛋白含量为90.19%、灰分含量为4.59%、含铬量为16 mg/kg、游离氨基含量为1.02%的骨胶原蛋白粉产品。

为了更多地打断胶原多肽链中的肽键,获得小分子量产物,使用蛋白酶对酸碱法制备出的胶原蛋白粉进行再次水解。经实验得出以水解度(DH)为指标的最佳酶解工艺为:首先在液固比为25、水解温度为50℃、pH值为10、水解时间6 h、加酶量为5.5%的条件下进行碱性蛋白酶水解,升温使酶失活后,调节体系pH值为6,在水解温度为50℃、加酶量为4%的条件下使用中性蛋白酶继续水解6 h,最终得到骨胶原蛋白粉产物的水解度为32.93%,游离氨基含量比酶解前提升了3.59%,使用凝胶渗透色谱仪(GPC)检测其分子量为514 Da,属于小分子量肽。

使用丙三醇三缩水甘油醚对酶解骨胶原蛋白粉的肽链进行交联,再以丙烯酸作为接枝单体与交联胶原蛋白接枝共聚,得到富含羧基的改性产物。利用红外光谱仪(FT-IR)和差式扫描量热仪(DSC)对改性前后的分子结构及热稳定性进行了检测,结果表明:交联-接枝反应成功发生,且改性后分子的热稳定性显著提高。将改性产物用作循环水阻垢剂,通过静态阻垢实验,探究其对碳酸钙垢的抑制效果,得出结论为:当在体系中加入15 g丙烯酸单体、8%引发剂过硫酸铵(以单体质量计)、阻垢剂的用量为20 mg/L时,其阻垢率可达89.20%,相较于未改性原料的阻垢率提升了51.89%。使用扫描电镜(SEM)对碳酸钙晶体的形貌进行了观察,发现阻垢剂的加入能够使碳酸钙晶体形态完全遭到破坏,进一步证实了改性产物具有较强的碳酸钙垢抑制效果。

参考文献

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