罗非鱼鳞明胶、羟基磷灰石及钙结合肽的联产：结构特性与理化性质

《Food Chemistry》：Co-production of gelatin, hydroxyapatite and calcium-binding peptides from Tilapia scales: Structural characteristics and physicochemical properties

　　

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  明胶、羟基磷灰石和钙结合肽从罗非鱼鳞片中实现了共生产。
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  共生产的羟基磷灰石将肽的钙结合能力提高至 5.71 μg/mg。
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  THAC 主要由分子量低于 500 Da、且天冬氨酸和谷氨酸含量较高的肽组成。
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  螯合过程具有自发性且为放热反应，导致随机卷曲向 β-折叠转变。
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  酸性基序支持单齿、双齿和多齿的 Ca²⁺ 配位。

引言

钙作为关键的膳食宏量营养素，支撑着人体多项重要的生理功能，包括骨骼钙化、肌肉收缩、神经传导和酶的激活（Shlisky 等，2022）。全球膳食钙缺乏影响了约半数人口，导致骨质疏松症、佝偻病以及骨折风险增加等病症（Guéguen & Pointillart，2000）。传统的钙补充剂包括无机钙和有机钙，它们可在消化过程中溶于胃酸。然而，当它们随着 pH 值的升高进入十二指肠时会产生沉淀，从而降低钙的生物利用率（Cui 等，2019）。相反，钙结合肽（CBPs）通过特定的官能团（羧基、氨基、羟基）螯合 Ca²⁺ 的能力，能够提高钙的溶解性和肠道吸收效率（Gu 等，2025；Lin 等，2020）。

水产副产品（如骨骼、皮和鳞片）是 CBP 的良好来源，因为它们富含胶原蛋白和生物活性肽（Lin 等，2024）。罗非鱼（Oreochromis niloticus）是最常见的淡水养殖鱼类之一，其加工过程会产生大量鳞片废弃物。尽管鱼鳞仅占整鱼体重的 2–3% 左右，但它们通常被丢弃或转化为低价值产品，造成资源浪费和环境负担（Abdullah 等，2020）。罗非鱼鳞片主要由 I 型胶原蛋白（41–45%）和富含羟基磷灰石的无机基质（38–46%）组成，使其成为生产明胶、羟基磷灰石和钙螯合肽的潜在理想综合来源（Chinh 等，2019；Qin 等，2022）。

羟基磷灰石亲和色谱法（HAC）采用羟基磷灰石（HA）作为亲和介质。它利用 HA 分子上的钙与肽中特定氨基酸残基之间的相互作用，从蛋白水解物中捕获钙结合肽。它已被广泛用作分离和纯化 CBP 组分的有效方法（Wu 等，2017；Zhang 等，2019）。目前，大多数研究依赖于昂贵的商用 HA。然而，关于利用相同的原材料制备 HA 并将其重复用于肽富集的研究仍然不足。

尽管已有来自罗非鱼衍生材料的若干钙结合肽的报道（Charoenphun 等，2013；Chen 等，2014；Liao 等，2020），但从罗非鱼鳞片中综合共生产明胶、羟基磷灰石和肽组分的研究仍很少见。此外，这些 CBPs 的结合结构和性质，特别是具有强钙结合能力的肽的结构特征，仍未能得到充分阐明。因此，本研究旨在：(i) 建立从罗非鱼鳞片综合共生产明胶、羟基磷灰石和肽的路线；(ii) 使用自制羟基磷灰石富集钙结合肽；(iii) 表征所得肽-钙复合物的结合行为和结构基础。

章节片段

材料

新鲜的罗非鱼鳞片购自海南擎富食品有限公司（中国海南），并在 ?20 °C 下保存直至使用。胃蛋白酶、胰蛋白酶、风味酶、木瓜蛋白酶、复合蛋白酶、动物蛋白水解酶和碱性蛋白酶均购自南宁庞博生物工程有限公司（中国南宁）。牛血清白蛋白、细胞色素 C、牛胰岛素、杆菌肽和谷胱甘肽购自北京索莱宝生物科技股份有限公司（中国北京）。供应商

共生产的 TSG 和 TSHA 的表征

为验证共生产策略的有效性，以商品化猪皮明胶（CPSG）和冷水鱼皮明胶（CFSG）为参考，对提取的 TSG 和合成的 TSHA 的结构和理化性质进行了全面表征。

结论

本研究建立了一种从罗非鱼鳞片综合且可持续地共生产明胶、羟基磷灰石和钙结合肽的策略。自制的 TSHA 作为有效的亲和介质，用于富集具有较高钙结合能力的肽。所得的 THAC 组分富集了低分子量和酸性肽。ITC 表明 Ca²⁺ 的结合具有明显的自发性和放热性。光谱分析表明羧基、氨基和

CRediT 作者贡献声明

程明：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，调查，形式分析，数据整理。赵宇涵：方法学，调查，数据整理。于秀杰：数据整理。朱露露：论文撰写——审阅与编辑，概念化。杨婷婷：论文撰写——审阅与编辑，形式分析。范艳：论文撰写——审阅与编辑，方法学。侯虎：论文撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念化。

未引用参考文献

Wang, Wang, Wang, Lu and Zhang, 2017

利益冲突声明

作者声明不存在已知的、可能影响本文报告工作的经济利益或个人关系冲突。

致谢

本研究获得国家自然科学基金（批准号 32272307）、海南省重点研发计划项目（编号 ZDYF2024XDNY190）、青岛市重点技术研究项目（25-1-1-gjgg-72-nsh）、广西自治区重点研发项目（桂科 AB25069114）、山东省重点研发计划项目（2025TSGCCZZB0527）以及泰山产业领军人才·蓝人才项目的支持。

程明|赵宇涵|于秀杰|朱露露|杨婷婷|范艳|侯虎