为制备低分子量（LMW）成骨胶原肽，使用超声波（US）预处理提高牛骨胶原蛋白（BBC）的酶解效率。该研究分析了酶解动力学、热力学和成骨活性。动力学结果表明，US预处理将缔合常数（Ka）提高了19.30%，米氏常数（Km）降低了11.14%。热力学结果表明，US预处理降低了活化能（Ea）、焓（ΔH）和熵（ΔS），分别降低了25.73%、27.69%和15.39%，吉布斯自由能（ΔG）降低了1.86（298K）、1.51（308K）、1.18（318K）和0.88%（328K），反应速率常数（K）增加了89.87（298K）、71.54（308K）、39.53（318K）和38.44%（328K）。结构表征表明，US产生的剪切力、微流、湍流力和空化效应破坏了BBC的紧凑空间结构。此外，它还导致溶液中BBC的分布更加均匀，颗粒更小，暴露出更多的酶切割位点。分子量分布表明，UP-BBCP中小于1000Da的胶原肽比例为83.67%，比BBCP中的69.46%高14.21%。MC3T3-E1细胞实验表明，UP-BBCP表现出比BBCP更强的促成骨活性，包括增殖活性（增加27.26%）和钙沉积水平（增加35.05%）。综上所述，US预处理可能是提高制备LMW成骨胶原肽酶解效率的潜在策略。

牲畜和家禽的骨头，如牛、猪和鸡的骨头，是动物屠宰的主要副产品。这些骨骼富含胶原蛋白、脂肪和矿物质等多种营养物质，是一种宝贵的生物资源。近年来，随着对骨胶原功能特性的不断研究，由骨胶原衍生的生物肽引起了广泛关注。据报道，骨胶原肽具有各种潜在的生物活性，包括成骨活性、抗氧化、抗炎作用。其中，它们的促骨质生成活性已在许多动物和细胞模型中得到证实。特别是，低分子量（LMW）胶原肽比较大的肽具有更大的成骨活性。此外，LMW胶原肽具有较少的胶原表位和较高的生物利用度。然而，由于骨胶原独特的三螺旋结构和水不溶性，LMW胶原肽的有效制备具有挑战性。

目前，酶解、亚临界水解和化学水解方法用于制备骨胶原肽，酶解方法是最常见的。然而，传统的单酶处理有许多缺点，如酶活性降低、接触频率低、酶水解不足，这大大限制了畜禽骨副产品的高价值加工和利用。此外，通过传统单酶处理获得的水解产物的分子量分布相对较宽。因此，准确获得具有更强生物活性的胶原肽具有挑战性，导致靶活性肽产量低和资源浪费。因此，提高酶利用率、底物转化率和产物生物活性一直是研究的重点。

超声波（US）预处理是食品工业中提高酶解效率的关键处理方法，主要是因为超声波可以展开蛋白质结构并暴露出更多的活性位点。此外，US的空化作用会产生机械和热效应，从而增强传质并增加底物和酶之间的接触频率。因此，US预处理已被广泛用于通过提高蛋白质转化率和酶水解率来增强生物活性肽的制备过程。然而，很少有研究评估了使用美国预处理辅助酶解从畜禽骨副产品中制备LMW成骨胶原肽的方法。

该研究测定了酶解动力学和热力学参数，分析了超声波预处理对酶解效率的积极影响。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、荧光光谱和原子力显微镜（AFM）探索了US处理提高酶解效率的潜在机制。此外，使用高效液相色谱法（HPLC）测量了牛骨胶原（BBC）肽的分子量，并使用MC3T3-E1细胞实验评估了它们潜在的促成骨活性。该研究为US在畜禽骨副产品高价值加工利用中的应用提供了新的见解和理论基础。

在该研究中，通过US预处理辅助酶解成功制备了LMW成骨胶原肽。酶解动力学和热力学结果表明，US预处理通过降低Km和热力学参数（包括Ea、ΔH、ΔS和ΔG）以及增加Ka和k显著提高了酶解效率。潜在的机制是US预处理产生的空化效应和剪切力破坏了BBC的紧密空间结构，暴露了更多的酶切割位点。同时，US产生的微流、湍流力和机械效应有助于溶液中较小颗粒的BBC分布更加均匀。此外，UP-BBCP显示出比BBCP更强的促成骨活性，包括增殖、分化和矿化活性。总之，超声波可能是提高酶解效率的潜在策略，完全释放LMW成骨胶原肽。该研究提供超声波应用的新见解和家禽骨骼副产品的高价值加工。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2025.107525

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翻译：刘琦琦

编辑：科研小助

审核：杨静

专家指导：张康逸

供稿团队：小麦绿色精深加工与功能性食品创制创新团队