综述：海洋胶原蛋白及水解产物的可持续提取：商业化进程中的最新进展与挑战

本综述系统阐述了从海洋加工副产物中可持续提取胶原蛋白（Collagen）和水解产物（Hydrolysates）的创新技术（如酶法、物理辅助法及绿色溶剂法），深入探讨了其在生物材料、功能食品和医药领域的应用潜力，并分析了其替代陆源胶原的优势（如生物相容性高、宗教文化兼容性好）。文章指出，结合多种技术的协同提取策略有望平衡产率、生物活性与可持续性，为海洋胶原产品的商业化提供了清晰的发展路径。

　　

海洋胶原蛋白的崛起：从废弃物到高价值生物活性材料的可持续转化之路

在全球范围内，渔业每年产生超过2000万吨的海洋废弃物，包括鱼皮、鱼头、内脏、鱼骨和鱼鳞等。这些废弃物富含蛋白质（10-25%）和脂质（17-35%），且含有超过50%（按重量计）的胶原蛋白。由于富含微生物和内源性酶，它们极易快速降解，如何在不造成环境负担的前提下，从中提取高价值的生物活性化合物，成为了一个重要的挑战。将这类低成本的副产物转化为高价值的胶原蛋白及其衍生物，不仅符合循环生物经济的理念，也为食品、营养、制药和化妆品行业提供了可持续的原料来源。

胶原与胶原水解产物的独特价值

胶原蛋白是细胞外基质（ECM）中常见的具有纤维结构的天然蛋白质大家族，其功能与酶等其他内源性蛋白质截然不同。胶原蛋白分子由三条左旋α-螺旋肽链相互缠绕，形成独特的右手三股螺旋结构。自然界中存在至少29种不同类型的胶原蛋白，其中I型是哺乳动物中最常见的类型。

胶原蛋白在生物医学领域作为生物材料有着广泛的应用，例如在伤口愈合、药物和基因载体、治疗性酶的固定化以及组织工程中。胶原水解产物是胶原蛋白的短肽链，通常由2-20个氨基酸组成，分子量（MW）小于5 kDa。与天然胶原蛋白（分子量300-400 kDa）相比，水解产物具有更强的溶解性、凝胶性、发泡性和乳化性，并展现出抗氧化、抗菌、抗肿瘤和免疫调节等多种治疗和生物活性。

寻求传统胶原来源的替代品

传统上，工业规模的胶原水解产物生产几乎完全依赖于牛或猪等哺乳动物组织。然而，与哺乳动物来源相关的风险日益受到关注，包括传播性海绵状脑病（TSE）和牛海绵状脑病（BSE）的风险、约3%人群可能出现的免疫反应，以及某些宗教禁忌。这使得寻找胶原蛋白的替代来源变得至关重要。

海洋生物，如鱼类、水母和海绵，提供了安全、生物相容性高且高效的胶原蛋白替代来源。海洋胶原蛋白具有污染风险低、提取条件温和、生物活性更佳等优点，成为陆源胶原蛋白的有力竞争者。预计到2030年，海洋胶原蛋白产业规模将达到4.0059亿美元，2025-2030年期间的复合年增长率（CAGR）为7.6%。

可持续提取技术：从预处理到纯化

海洋结缔组织中的天然交联胶原蛋白溶解缓慢，因此预处理对于破坏其三螺旋结构、去除非胶原物质至关重要。常规的酸法和碱法提取方法存在提取率低、能耗高、溶剂消耗大、提取时间长以及潜在环境危害等问题。此外，剧烈的提取条件可能改变提取物的功能特性。

创新提取方法

1. 1.
   酶辅助方法：这种方法能更好地保留胶原蛋白的生物活性，当与物理或溶剂辅助方法结合时，可以在产率、生物活性和可持续性之间取得平衡，尽管大规模验证仍然有限。
2. 2.
   物理辅助技术：
   • •
     超声波：利用空化效应破坏组织，提高提取效率。
   • •
     微波：通过内部加热加速分子运动。
   • •
     高压处理：改变蛋白质结构，促进溶出。
3. 3.
   绿色溶剂：使用更环保的溶剂系统来替代传统的酸、碱试剂，减少对环境的影响。

胶原水解产物的制备与盐析纯化

为了激活胶原中处于非活性状态的特定肽段，需要对胶原进行水解。水解过程断裂胶原链间的分子键，将胶原原纤维降解为分子量更低的化合物，同时增强其亲水性。

盐析过程利用高离子强度的水溶液介质，使某些有机物质（包括在水中间溶解的蛋白质）的溶解度降低。这种方法可用于从水层中分离蛋白质，并诱导其迁移至含酶的层面，从而促进其水解过程，可能生成更多低分子量（LMW）肽段，已知低分子量肽段具有更高的生物活性。

未来展望与结论

为了更好地从海洋资源中提取胶原蛋白，传统方法可以与辅助技术相结合，例如将鱼骨的酶水解与高强度脉冲电场（PEF）结合以提高胶原产率。或者，可以为特定情况（如从海胆和海星中提取胶原）设计全新的方法，因为传统的酸溶法等技术在这些情况下效果不佳。

未来的研究应将技术经济分析和生命周期评估与中试规模研究相结合，为可持续海洋胶原蛋白的工业化应用铺平道路。满足对胶原蛋白及其水解产物日益增长的需求，需要找到可持续且具有成本效益的替代方案来替代哺乳动物来源。在此背景下，海洋生物质已成为一种有前景的资源，可持续生物技术的进步为此提供了支持，这些技术不仅有益于人类健康，也惠及食品科学、生物技术、化学工程和制药等领域。该领域通过将海洋副产物转化为高价值产品，展现出强大的商业潜力。然而，该领域仍缺乏对生物活性和产率的广泛统一比较，大多数创新方法仍处于发展的早期阶段。实现海洋胶原蛋白的可持续商业化生产，需要产学研各界的共同努力，以克服技术、经济和环境方面的挑战。