从紫贻贝（Mytilus edulis）足丝副产品中提取胶原蛋白：酶法和超声辅助方法的比较

《Journal of Marine Science and Engineering》：Collagen Extraction from Mytilus edulis Byssus By-Product: Comparison of Enzymatic and Ultrasound-Assisted Methods

　　

对可持续蛋白质来源日益增长的需求推动了海洋副产品利用的发展。目前，在贻贝加工过程中被丢弃的贻贝足丝可用于生产胶原蛋白衍生生物材料。本研究通过比较超声辅助提取与常规胃蛋白酶辅助提取的效率，验证了超声辅助提取可提高胶原蛋白回收率的假设。后者耗时且效率低下。虽然常规胃蛋白酶辅助提取实现了比超声辅助提取（5.1%）更高的胶原蛋白衍生材料回收率（10.7%），但超声将提取时间从72小时缩短至仅两小时。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实，两种方法提取的胶原蛋白衍生材料中特征性酰胺带均得以保留。差示扫描量热法（DSC）显示胃蛋白酶辅助提取物的热转变温度为59 °C，超声辅助提取物为57 °C，表明具有可比的热稳定性。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）显示主要为低分子量蛋白质片段（<20 kDa），提示存在胶原蛋白衍生肽而非完整的天然胶原蛋白。总体而言，超声辅助提取在显著缩短处理时间的同时，保留了提取材料的结构和热特性。这凸显了其作为快速、环保且可持续的技术在循环生物经济中实现贻贝足丝资源化的潜力。

**研究背景与意义**
海洋食品加工业产生大量有机废弃物，贻贝养殖是欧洲水产养殖的重要组成部分。法国年产量约7万吨，在加工过程中，贻贝足丝（Mytilus edulis byssus）被常规去除并丢弃。足丝是一种纤维状线状结构，主要由胶原蛋白类结构蛋白组成，具有高拉伸强度、柔韧性、黏附性和耐水性等独特性能，可作为生物材料来源。然而，目前对其作为胶原蛋白来源的资源化利用相对不足。传统胶原蛋白提取主要依赖陆地动物（牛、猪），但存在牛海绵状脑病（BSE）传播风险、宗教限制及环境伦理问题。海洋胶原蛋白因其低人畜共患病风险和高生物相容性成为替代方案，但对贻贝足丝中胶原蛋白的提取研究有限。本研究旨在从紫贻贝足丝中提取胶原蛋白，并比较胃蛋白酶辅助酶法提取（EE）与超声辅助提取（UAE）在低温条件下的效率，探讨提取方法对胶原蛋白回收率、结构完整性和热稳定性的影响，为可持续胶原蛋白回收提供新途径。论文发表在《Journal of Marine Science and Engineering》。

**主要关键技术方法**
研究人员采用以下关键方法：（1）对来自法国Hauteville-sur-Mer的紫贻贝足丝进行预处理（碱洗脱除非胶原蛋白、酸脱矿），获得冻干待提取物；（2）酶法提取（EE）：在0.5 M乙酸中用2%或8%胃蛋白酶（w/w）于4 °C或20 °C下搅拌48或72 h，再经沉淀、透析、冻干得到胃蛋白酶可溶胶原蛋白（PSC）；（3）超声辅助提取（UAE）：在0.5 M乙酸中，于14–18 °C（冰浴控制）下，用20 kHz超声探头（500 W）以50%、60%或80%振幅（脉冲模式：10 s开/30 s关）处理2 h，经相同沉淀、透析、冻干得到超声辅助酸可溶胶原蛋白（UASC）；（4）采用蛋白定量（BCA法）、羟脯氨酸含量测定、SDS-PAGE、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、差示扫描量热法（DSC）和扫描电子显微镜（SEM）对提取物进行表征。

**研究结果**
**3.1 贻贝足丝表征**：干燥足丝干物质含量91.9%，粗蛋白含量82.9%（干重），灰分17.8%，脂肪0.3%，表明其富含蛋白质，适合作为胶原蛋白原料。

**3.2 样品表征**
**3.2.1 总体提取率**：EE在4 °C、72 h、8%胃蛋白酶条件下获得最高总体提取率19.1%，但该条件对应胶原蛋白回收率并非最高；UAE在60%振幅、2 h下获得最高总体提取率9.6%。EE总体提取率高于UAE，但UAE时间显著缩短。

**3.2.2 蛋白和羟脯氨酸定量**：通过羟脯氨酸含量（以13.4%为基准）计算胶原蛋白回收率。EE最优条件（8%胃蛋白酶，72 h，4→20 °C）获得胶原蛋白回收率10.7±2.5%；UAE最优条件（60%振幅，2 h）获得5.1±0.9%。EE在胶原蛋白回收率上优于UAE，但UAE具有时间优势。

**3.2.3 蛋白图谱**：SDS-PAGE显示所有提取物均无典型α-链条带，主要为<20 kDa的低分子量片段，表明未获得完整天然胶原蛋白，而是胶原蛋白衍生肽。UASC样品在15–20 kDa范围有更清晰条带，分子量分布略宽，提示部分保留较高分子量片段。

**3.2.4 FTIR光谱**：两种提取物均显示特征酰胺A、B、I、II、III带，酰胺III/1450比值接近1（PSC 0.8，UASC 0.7），表明三螺旋结构基本保留。酰胺A位置（~3280–3285 cm?1）低于游离N-H伸缩频率，指示氢键作用。PSC与UASC之间酰胺A和酰胺II的微小位移反映了提取条件对分子间氢键和分子组织的影响。

**3.2.5 热转变（DSC）**：PSC和UASC的变性温度（T_m）分别为58.5±1.9 °C和56.9±3.7 °C，表明超声处理未显著降低热稳定性。该T_m值高于多数海洋鱼类胶原蛋白，但低于智利贻贝足丝胶原蛋白（83–91 °C）。结合SDS-PAGE结果，认为这些热转变可能反映部分降解或凝胶化结构而非完整天然三螺旋。

**3.2.6 形态分析**：SEM显示PSC呈致密纤维网络，表面不规则、多孔、粗糙；UASC呈高度多孔结构，具有球形空腔和破裂形貌，归因于超声空化效应。两种提取物均缺乏典型胶原蛋白带状纤维结构，与某些海洋来源胶原蛋白（如沙丁鱼鳞、黄貂鱼皮）及商业胶原蛋白相似。

**总结与结论**
讨论部分指出，提取条件（温度、时间、酶浓度、超声振幅）显著影响胶原蛋白回收率和蛋白谱。EE虽获得更高胶原蛋白回收率，但UAE大幅缩短提取时间，且保留结构和热特性。SDS-PAGE表明提取物主要为低分子量胶原蛋白肽，DSC显示约60 °C的变性温度。研究证实紫贻贝足丝可作为胶原蛋白的可持续替代来源，并验证了两种提取方法的可行性。未来需优化以提高胶原蛋白回收率和分子完整性，评估工艺可扩展性和经济性，以及提取材料的功能特性。本研究为海洋生物质的循环资源化提供了绿色、可扩展的回收途径。