利用制革废弃牛毛制备抗菌肽和抗氧化肽及其构效关系研究

The "Hari-Saving Unhairing" is a key clean technology being fast developed and widely used in leather industry. However, a huge amount of bovine hair will be accumulated as solid waste in this process. Based on the chemical structure and amino acid components of keratin in bovine hair, this project is to prepare the antimicrobial and antioxidant peptides from the waste bovine hair in leather industry through the procedures of controlled hydrolysis, isolation and purification by chromatography combined with biological activity tracking. Furthermore, the antimicrobial and antioxidant activities and mechanisms, as well as the structure-activity relationship of these two kinds of peptides will be determined by techniques of molecular biology, biochemistry, analytical chemistry and toxicology, so as to develop the theoretical basis for the application of these bioactive peptides in biology, food, medicine and agriculture fields. Hopefully, this research will get a series of new antimicrobial and antioxidant peptides with novel structures while their special acting mechanisms are understood, which may favor the development of preparation strategy, structure-activity relationship and applied principle of the bioactive peptides. Meanwhile, this research is also a meaningful scientific exploration in the field of waste resource reuse. It could not only effectively alleviate the secondary pollution of the waste cattle hair in leather industry to environmental, but also promote the development of clean manufacture and circular economy of leather industry.

"保毛脱毛法"是我国制革行业正广泛推广应用的一项重要的清洁生产技术。但该技术必然产生大量的"固体废弃物"牛毛。本项目根据牛毛角蛋白的氨基酸组成及分布特点，以制革过程产生的废弃牛毛为原料，通过预处理除去其鳞片层后，采用控制性水解、生物活性追踪-色谱分离纯化联用等方法，制备具有广谱抗菌性、高效抗氧化性的两类生物活性肽；通过分子生物学、分析化学、代谢组学及毒理学等手段，对其产生抗菌、抗氧化作用的机理及构效关系进行解析，为其在生物、食品、医药、日化、农业等领域获得广泛应用提供理论基础。该项目可望获得一系列结构新颖的抗菌、抗氧化生物活性肽，并认识其独特的作用机制，从而丰富生物活性肽的制备方法、构效理论和应用原理。同时，该项目也是废弃物资源化利用领域的一次有意义的科学探索，其研究结果可望有效地解决制革工业废弃牛毛的二次污染，促进制革清洁生产及循环经济体系的构建。

随着“保毛脱毛”的生产技术在制革行业的推广应用，制革过程必然产生大量富含蛋白质的废弃牛毛。开发利用这一潜在的可再生蛋白质资源，既能促进制革工业的清洁化生产，又可望带来较大的社会效益和经济效益。.本项目以制革过程中产生的废弃牛毛为原料，系统研究了利用牛毛制备生物活性肽的方法与技术，获得了最优的化学-酶协同水解工艺参数。采用多种手段系统评价了牛毛水解物的抗氧化、抗菌、抗紫外、保湿、吸湿等多种生物活性。研究表明，牛毛水解物具有显著的抗氧化、抗紫外、吸湿和保湿等活性，并呈现出明显的浓度-剂量效应；但对供试的细菌、真菌和酵母等微生物均不具有明显的抗菌作用。通过色谱分离-活性追踪联合使用的方法，利用不同分离效能的凝胶过滤色谱对牛毛水解物进行分离纯化，从中获得了纯度较高的生物活性肽BHP，其主要由13种氨基酸组成，绝对分子质量为1325.4Da，分子主链中含有10个氨基酸残基并按一级序列Cys - Glu - Arg - Pro - Thr - Cys - Cys - Glu - His - Ser的顺序连接。生物活性评价中，BHP展现出显著的自由基清除作用、活性氧清除作用、脂质过氧化抑制作用、还原能力、金属离子螯合能力以及在食品、细胞和肝脏组织中的抗氧化活性，并对DAN和PC12细胞的氧化损伤有预防和修复作用。此外，BHP还能有效降低小鼠血清中MDA（丙二醛）的含量，明显提高小鼠血清中SOD（超氧化物歧化酶）、GSH-Px（谷胱甘肽过氧化物酶）及CAT（过氧化氢酶）的活力，有益于机体内抗氧化酶类对自由基的清除及对脂质过氧化反应的抑制，具有显著的体内、外抗氧化活性。同时，BHP不具有诱导微生物基因突变、诱导生殖细胞突变及诱导染色体损伤的能力且无显著遗传毒性，展现出较高的生物安全性。.项目的研究结果有利于缓解废弃牛毛对环境的二次污染，促进原料皮加工利用产业链的延伸及循环经济体系的构建。研究成果不仅丰富了生物活性肽的理论基础及应用方向，也取得了具有自主知识产权的重要研究成果，是废弃物资源回收利用领域的一次有意义的科学探索。