《Food Hydrocolloids》：A review of the processing, analysis and application of animal bone-derived collagen
编辑推荐：
本文综述骨胶原的可持续提取技术、生物活性应用及产业化挑战，指出当前酸解法与酶解法存在效率低、污染高的问题，需通过多技术联用优化矿化基质分解，结合质谱与圆二色光谱解析结构-功能关系，推动其在骨修复与功能食品等领域的法规适配应用。
斯蒂芬妮·安吉拉（Stephanie Angela）| 科林·J·巴罗（Colin J. Barrow）
澳大利亚维多利亚州吉朗市迪肯大学（Deakin University）可持续生物产品中心及生命与环境科学学院，邮编3216
摘要
胶原蛋白是脊椎动物体内最丰富的结构蛋白，它支撑着结缔组织的完整性，并在生物医学、化妆品和食品工业中得到广泛应用。由于消费者对皮肤、关节和骨骼健康的关注，以及对生物材料和功能性食品的工业需求，全球对胶原蛋白、明胶和水解胶原蛋白肽的需求持续增长。从骨骼中提取的胶原蛋白是一种特别有价值但尚未得到充分开发的资源，因为它具有矿化基质和可持续利用的潜力。目前采用的提取方法包括酸法、酶法和联合水解法，这些方法提高了产率和功能性，但仍面临交联、溶解度和下游纯化成本等问题。胶原蛋白及其衍生物的分析表征越来越多地使用先进的技术，如质谱、圆二色光谱和生物活性测定，尽管监管框架仍然更重视安全性而非有效性。未来的研究需要将提取效率、功能验证、可持续性指标和监管要求结合起来，以充分发挥胶原蛋白的市场和 therapeutic潜力。
引言
胶原蛋白是脊椎动物体内最丰富的结构蛋白，它构成了结缔组织的结构和功能基础。其衍生物，包括明胶和水解胶原蛋白（HC），在食品、营养保健品、化妆品和生物医学领域得到广泛应用。由于消费者对支持皮肤、关节和骨骼健康的蛋白质的兴趣，以及其在生物材料和功能性食品中的工业应用，全球对胶原蛋白的需求预计将迅速增长（Campos等人，2023年；Al Hajj等人，2024年）。
从可持续性的角度来看，充分利用富含胶原蛋白的副产品变得越来越重要。肉类和渔业产业产生了大量的废弃物，这些废弃物可以转化为高价值的功能性成分，符合循环经济的原则（Ahmed等人，2020年；Hong等人，2021年）。虽然皮肤和皮革仍然是主要的商业来源，但它们与皮革和明胶制造的传统用途存在竞争，因此多样化原材料来源变得至关重要。相比之下，骨骼作为一种富含胶原蛋白的资源，尽管被肉类产业大量生产，但其潜力尚未得到充分开发。骨骼中的胶原蛋白紧密地结合在矿化基质中，这给提取带来了技术挑战，但也带来了独特的肽谱、增强的成骨潜力以及独特的物理化学性质，从而扩展了其功能应用（Cao等人，2020年；Zhang等人，2023年）。因此，骨骼胶原蛋白的利用不仅有助于减少未充分利用的废弃物，还能生产出具有市场价值的生物活性成分。
本文综述了目前关于从骨骼中提取胶原蛋白和水解胶原蛋白的知识。首先概述了胶原蛋白的分子结构、分类和组织分布，然后讨论了与水解相关的物理化学性质。评估了加工方法和参数，包括预处理、水解、纯化和干燥过程，并探讨了其在生物医学、化妆品、食品、饮料和可持续材料中的应用，以及分析表征方法和监管标准。同时 also 考虑了胶原蛋白的致敏性问题。最后指出了研究空白和未来方向，重点在于协调提取效率、功能验证、可持续性指标和监管要求，以支持科学进步和商业化转化。
胶原蛋白的分子结构和分类
胶原蛋白是动物体内最丰富的结构蛋白，为细胞外基质提供了拉伸强度和韧性。其基本构建单元是原胶原蛋白单体，由三条左旋α链（每条约1000个氨基酸）组成，这些链共同组装成大约300纳米长、1.5纳米直径的右旋三螺旋结构（Kirkness等人，2019年；Bella，2016年；Ahmad等人，2017年）。定义胶原蛋白特性的 Gly–X–Y 重复序列中，甘氨酸位于每三个位置之一。
材料的预处理
对骨骼来源材料的预处理至关重要，因为骨骼是一种复杂的复合材料，其中胶原蛋白纤维嵌入在致密的磷酸钙基质中，必须破坏这种结构才能分离出胶原蛋白（Barakat等人，2009年；Ahmeed等人，2020年；Matinong等人，2022年；Nguyen & Ferraro，2025年）。初步步骤通常包括对骨骼进行分类和清洗，以去除表面污染物和残留的软组织（Cansu & Boran，2015年）。
明胶和胶原蛋白肽的分析表征
明胶和水解胶原蛋白的表征依赖于一系列物理化学和分析测试，其中许多已成为质量保证和定价的行业标准。明胶最常用的评估指标是布卢姆强度（Bloom strength）和粘度。布卢姆强度通过使用6.67%的溶液并通过质地分析仪进行测量，反映了明胶的硬度，也是其功能性的商业指标（Gomez等人，2011年；Cao等人，2020年）。
应用和益处
由于其生物活性、安全性和多样的物理化学性质，胶原蛋白及其水解衍生物在生物医学、化妆品、食品和可持续材料领域得到了广泛研究。
I型胶原蛋白及其衍生物具有明确的物理化学性质（Salim等人，2024年）。尽管许多研究没有明确指出具体的组织来源，但I型胶原蛋白的功能性质和生物活性在不同来源中是一致的。
胶原蛋白的致敏性和安全性
由于胶原蛋白具有高度保守的三螺旋结构，并在人体组织中广泛存在，因此被认为是一种安全的生物材料，致敏性较低（Baumann & Kerdel，1999年；Hori等人，2002年；Salim等人，2024年）。
然而，致敏性和安全性会因物种来源、分子形式和加工强度的不同而有所差异（Kobayashi等人，2016年）。已有报告指出，来自不同类型原始骨骼的胶原蛋白可能引发过敏反应。
研究空白和未来研究方向
胶原蛋白的提取仍面临效率、成本和结构保存方面的主要挑战。传统的酸法和酶法劳动密集且成本高昂，且从高度交联的组织中提取的效果较差（Awang等人，2020年；Batista等人，2025年）。此外，加工过程会产生高盐度（TDS）的废水和大量化学废物（Salim等人，2024年），甚至一些所谓的环保溶剂也可能带来环境负担（Batista等人，2025年）。
CRediT作者贡献声明
斯蒂芬妮·安吉拉（Stephanie Angela）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化制作、项目管理、方法设计、研究实施、资金获取、概念构思。
科林·J·巴罗（Colin J. Barrow）：撰写——审稿与编辑、结果验证、监督工作、资源协调、项目管理、资金获取
未引用的参考文献
Baumann等人，1999年；欧洲食品安全局（EFSA）生物危害小组，2024年；美国明胶制造商协会（Gelatine Manufacturers Institute of America），2012年；Latorre等人，2025年；Nurilmala等人，2020年；Omokanwaye等人，2010年；Ottani等人，2002年；Porfírio和Fanaro，2016年；Przybycien等人，2004年；Santos Vicente等人，2023年；Sila和Bougatef，2016年；Snedeker和Gautieri，2014年；Song等人，2021年；Votanotherapeia，2023年；Zambrano和Tuarez，2025年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
数据可用性
本研究没有创建或分析新的数据。因此，不适用数据共享的相关规定。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的情况
在撰写本文时，作者使用了ChatGPT来提高文章的可读性和语言表达。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对最终发表的文章内容负全责。
资助情况
本综述项目得到了Meat Livestock Australia（MLA）和JBS Australia Pty Ltd.（项目编号P.PSH.1609）的财政支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有可能影响本文工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
