คอลลาเจน : อาหารฟังก์ชั่นใหม่ที่ได้จากผลพลอยได้จากแหล่งประมง

คอลลาเจน : อาหารฟังก์ชั่นใหม่ที่ได้จากผลพลอยได้จากแหล่งประมง

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ทศพร นามโฮง
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลสุวรรณภูมิ

ในปี 2012 อาหารจากแหล่งประมงทั่วโลกมีมากกว่า 158 ล้านตัน ซึ่งรวมถึงการได้จากการจับสัตว์น้ำและจากการเพาะเลี้ยงเอง จำนวนนี้ถูกนำมาใช้เป็นอาหารมนุษย์โดยตรงเพียง 131 ล้านตัน หรือคิดเป็น 81%1 โดยปกติแล้วการแปรรูปผลิตภัณฑ์ประมงส่วนที่ใช้กินได้มีเพียง 20-50% ส่วนที่เหลืออีกประมาณ 50-80% ถูกทิ้งเป็นผลพลอยได้ที่กินไม่ได้ หรือเป็นวัตถุดิบที่เหลือทิ้ง แต่ผลพลอยได้ของอาหารจากแหล่งประมงนี้เป็นแหล่งขององค์ประกอบที่มีคุณค่ามากเช่นคอลลาเจนและเจลาติน โปรตีนและเปปไทด์ น้ำมันแลไขมัน ไคติน วิตามิน เกลือแร่ เอนไซม์ แต่อย่างไรก็ตามผลพลอยได้เหล่านี้กลายเป็นของเสียที่เหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์ประมงในหลายๆส่วนของโลก ในบางประเทศมูลค่าของของเสียเหล่านี้ที่ทิ้งไปคิดเป็นมูลค่าถึง 150 ดอลล่าร์ต่อตัน เมื่อเทคโนโลยีทางชีวภาพได้มีการพัฒนาขึ้น ก็ได้มีการใช้ประโยชน์ผลพลอยได้เหล่านี้ เป็นแหล่งของโภชนเภสัช (Neutraceutical) หรือเป็นส่วนผสมฟังก์ชั่นสำหรับอาหารและสำหรับโภชนาการที่ดี มีรายงานและเอกสารมากมายที่เกี่ยวข้องกับการใช้อาหารฟังก์ชั่นจากผลพลอยได้ของการประมงมาใช้ปรับปรุงคุณภาพชีวิตและลดค่าใช้จ่ายในการดูแลสุขภาพ

ความต้องการส่วนผสมอาหารฟังก์ชั่นที่ได้จากผลพลอยได้ของแหล่งประมง
ความต้องการอันดับแรกของมนุษย์ทั่วโลกคือความสุขที่ยังมีสุขภาพดีอยู่ อาหารและองค์ประกอบของอาหารจึงมีบทบาทสำคัญที่ตอบสนองความต้องการนี้ ในปัจจุบันผู้บริโภคเริ่มให้ความสนใจถึงความสัมพันธ์ระหว่างอาหารจากแหล่งประมงกับสุขภาพ ในประเทศที่พัฒนาแล้ว อาหารที่บริโภคกันเป็นประจำคืออาหารที่มีแคลอรี่สูง มีน้ำตาลและไขมันอิ่มตัวมาก และบริโภคคาร์โบไฮเดรทเชิงซ้อนและเยื่อใยอาหารน้อย ออกกำลังน้อย ซึ่งทำให้เป็นปัญหาสุขภาพเช่นเป็นโรคอ้วน โรคหัวใจ โรคเบาหวาน โรคความดันโลหิตสูง อาหารฟังก์ชั่นที่พัฒนาจากแหล่งประมงช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ การบริโภคอาหารจากแหล่งประมงช่วยปกป้องการเกิดโรคต่างๆ ได้ การทดลองทางคลีนิกช่วยสนับสนุนข้อมูลว่าอาหารจากแหล่งประมงมีประโยชน์ต่อสุขภาพ
ผลพลอยได้ของอาหารจากแหล่งประมงเป็นแหล่งทรัพยากรที่มีคุณค่าของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ สารต่างๆเหล่านี้เช่น คอลลาเจน เจลาติน ไคโตซาน และผลิตภัณฑ์อนุพันธ์ของสารเหล่านี้ สารต่างๆเหล่านี้ได้ถูกนำมาใช้ใน อาหาร เครื่องสำอาง ยา และการตัดต่อเนื้อเยื่อ ฯ คอลลาเจนจากแหล่งประมงเป็นส่วนผสมที่ดีและเหมาะสมของอาหารฟังก์ชั่นทั้งในแง่โภชนาการและแง่สมบัติเชิงหน้าที่ ตามกฎหมายอาหารยังไม่มีข้อจำกัดในเรื่องปริมาณการใช้คอลลาเจนในอาหาร การบริโภคอาหารฟังก์ชั่นที่มีคอลลาเจนควรบริโภคเพื่อเติมเต็มความต้องการคอลลาเจนของร่างกาย ปฏิกิริยาในการต้านอนุมูลอิสระของคอลลาเจนช่วยให้ผลิตภัณฑ์อาหารมีความเสถียรโดยป้องกันการเกิดการหืนได้ เนื้อมีอายุการเก็บยาวนานขึ้นเมื่อเคลือบผิวหน้าด้วยคอลลาเจน2 งานวิจัยใหม่ๆที่ทำอยู่จะเป็นการหาสารประกอบคอลลาเจนใหม่ๆที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพและพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อให้นำไปใช้ได้อย่างคุ้มค่า

ผลพลอยได้จากแหล่งประมงเป็นแหล่งที่สำคัญของคอลลาเจน
จากอุตสาหกรรมแปรรูปผลิตภัณฑ์ประมงมีของเหลือที่กินไม่ได้ทิ้งเป็นจำนวนมาก เช่นไส้ เครื่องใน และของเสีย ถ้าปฏิบัติกับสิ่งเหล่านี้อย่างเหมาะสมและถูกต้องทำให้สามารถได้สารประกอบที่มีคุณค่าสูงกลับคืนมา
คอลลาเจนเป็นโปรตีนโครงสร้างที่พบมากในหนังปลา และกระดูกของสัตว์น้ำ ซึ่งมีปริมาณถึง 30% ของปริมาณโปรตีนทั้งหมด โครงสร้างคอลลาเจนมีลักษณะเป็นโพลีเปปไทด์ 3 อันพันกันเป็นเกลียวดังแสดงในภาพที่ 1

ภาพที่ 1 โครงสร้างของคอลลาเจน

ซึ่งโพลีเปปไทด์แต่ละเส้นมีลำดับการเรียงกันของกรดอมิโน Gly-X-Y ซ้ำๆ กัน โดยที่ X คือ Proline และ Y คือ hydroxyproline คอลลาเจนที่ถูกย่อยแล้วคือเจลาติน ซึ่งทั้งคอลลาเจนและเจลาตินถูกนำไปใช้ทั้งในอาหาร เครื่องสำอาง อุตสาหกรรมยา และในทางชีวการแพทย์ แหล่งหลักๆที่สำคัญของคอลลาเจนคือ ผิวหนัง กระดูก และหนังของสัตว์บก ในปัจจุบันการผลิตคอลลเจนจากสัตว์บกเริ่มลดลงเพราะคำนึงถึงความปลอดภัยในเรื่องโรควัวบ้า โรคปากเท้าเปื่อย และนอกจากนี้การใช้คอลลาเจนจากสัตว์บกมีข้อจำกัดในปัจจัยเรื่องศาสนาเช่นอาหารฮาลาลและโคเชอร์ การผลิตคอลลาเจนจากแหล่งประมงจึงเป็นที่สนใจของอุตสาหกรรมเนื่องจากเป็นแหล่งวัตถุดิบจากธรรมชาติ คอลลาเจนจากแหล่งประมงสามารถแบ่งเป็น 3 กลุ่มคือ คอลลาเจนจากปลา คอลลาเจนจากพวกไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น แมงกะพรุน พวกเปลือกแข็ง และคอลลาเจนจากสัตว์น้ำชนิดเลี้ยงลูกด้วยนม
คอลลาเจนเป็นวัตถุดิบใช้เตรียมเจลาติน เจลาตินเป็นของผสมของโปรตีนที่ละลายน้ำได้และมีน้ำหนักโมเลกุลสูง เจลาตินไม่มีปรากฎในธรรมชาติ เจลาตินคือคอลลาเจนที่ถูกย่อยแล้วบางส่วน ดังนั้นเจลาตินคืออนุพันธ์ของคอลลาเจน การผลิตเจลาตินคือการทำลายพันธะของโพลีเปปไทด์ของคอลลาเจนเพียงเบาๆ เพื่อให้แยกออกจากกัน การใช้ความร้อนก็เป็นวิธีหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนคอลลาเจนให้เป็นเจลาติน เจลาตินเป็นสารโพลิเมอร์ชีวภาพที่สำคัญที่ใช้ในอุตสาหกรรม ใช้เป็นตัวทำให้เกิดเจล รวมถึงเป็นตัวห่อหุ้มในกระบวนการ encapsulation เป็นตัวทำให้คอลลอยด์มีความคงตัว ทำให้อาหารมีความข้น ตัวจับน้ำในอาหาร สร้างฟิล์ม ปรับปรุงเนื้อสัมผัสอาหาร และทำให้เกิดอิมัลชั่น ซึ่งสมบัติเชิงหน้าที่เหล่านี้มีประโยชน์ต่อทั้งอุตสาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมยาและอุตสาหกรรมอื่นๆที่เกี่ยวข้อง เจลาตินที่ได้จากแหล่งประมงมีกลิ่น และรสชาติและย่อยได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับเจลาตินที่ได้จากสัตว์บก ซึ่งสมบัติเชิงหน้าที่ต่างๆก็คล้ายกับเจลาตินจากสัตว์บก

วิธีการสกัดคอลลาเจน
การสกัดคอลลเจนจากแหล่งประมงประกอบด้วยขั้นตอนที่สำคัญ 2 ขั้นตอนคือ การเตรียมวัตถุดิบ และการสกัด ขั้นตอนการเตรียมวัตถุดิบคือการทำความสะอาด การตัดหรือบดให้มีขนาดเล็กลง ก่อนเตรียมวัตถุดิบต้องคัดแยกวัตถุดิบเป็นกลุ่มๆแตกต่างกันเช่น หนัง เกล็ด กระดูกและเครื่องใน ตามปกติวัตถุดิบที่ใช้ก็จะมีส่วนของโปรตีนที่ไม่ใช่คอลลาเจนเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย มีไขมัน สีและอื่นๆ นอกจากนี้ก็จะพบแคลเซียม และสารอินทรีย์อื่นๆในกระดูกและเกล็ด ในขั้นตอนเตรียมวัตถุดิบนี้จะใช้ด่างโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ ขจัดเอาโปรตีนที่ไม่ใช่คอลลาเจนออกไป และขจัดเอาสีออกไป และใช้ EDTA หรือ ethylenediamininetetraacetic acid เพื่อขจัดเอาแร่ธาตุเช่นแคลเซียม หรือสารอินทรีย์อื่นๆออกไป ถึงขั้นตอนนี้วัตถุดิบก็จะไม่มีโปรตีนที่ไม่ใช่คอลลเจนและแร่ธาตุอยู่ จากนั้นนำมาสกัดไขมันออกโดยใช้ butyl alcohol จากนั้นก็จะได้วัตถุดิบที่เตรียมพร้อมเข้าสู่กระบวนการสกัดต่อไป
ส่วนขั้นตอนการสกัดมีหลายวิธี ชนิดของคอลลาเจนที่ได้ขึ้นกับความแตกต่างของกระบวนการสกัด ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นคอลลาเจนที่ละลายได้ในน้ำเกลือ (Salt soluble collagen, SSC) คอลลาเจนที่ละลายได้ในกรด (Acid soluble collagen, ASC) คอลลาเจนที่ละลายในเปปซิน (Pepsin soluble collagen, PSC) และ ultrasound assist collagen (UAC) คุณสมบัติและผลผลิตที่ได้ของคอลลาเจนขึ้นกับกรรมวิธีในการสกัด แต่ทุกกระบวนการต้องกระทำที่อุณหภูมิต่ำที่ประมาณ 4 องศาเซลเซียส เพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพของคอลลาเจน

ศักยภาพทางชีวภาพของคอลลาเจนไฮโดรไลเซทหรือเปปไทด์จากแหล่งประมง
มีงานวิจัยหลายๆชิ้นที่ชี้ให้เห็นถึงปฏิกิริยาทางชีวภาพของคอลลาเจนไฮโดรไลเซทจากแหล่งประมง เช่นมีฤทธิ์ในการต้านความดันโลหิตสูง สร้างภูมิคุ้มกัน ต้านจุลินทรีย์ การทดสอบทางคลีนิกพบว่าการฉีดคอลลาเจนไฮโดรไลเซทช่วยลดความเจ็บปวดของผู้ป่วยที่ทรมานจากโรคข้อเข่าเสื่อม นอกจากนี้คอลลเจนที่ย่อยแล้วนี้มีส่วนสำคัญในการสังเคราะห์กระดูกอ่อน3
ปฎิกิริยาต้านอนุมูลอิสระ กระบวนการออกซิเดชั่นเกิดขึ้นในร่างกายมนุษย์และสัตว์ได้ กระบวนการนี้ทำให้ได้อนุมูลอิสระ ซึ่งจะไปทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบในเซลอื่นๆ ทำให้เซลนั้นถูกรบกวนและมีสัณฐานหรือหน้าที่ผิดไปจากธรรมชาติ ทำให้มนุษย์เกิดความเสื่อมและเกิดโรคต่างๆ เช่น ผมเล็บถูกทำลาย ผิวเหี่ยวย่น ข้อเข่าเสื่อม กระดูกพรุน ดังนั้นสารต้านอนุมูลอิสระจึงจำเป็นต้องใช้เพื่อลดความเสี่ยงในการเกิดภาวะเหล่านี้ มีการทดลองที่พบว่าคอลลาเจนเปปไทด์จากแมงกะพรุน (Rhopilema esculentum) มีปฏิกิริยาต้านอนุมูลอิสระในระบบอิมัลชั่นของกรดไขมันลิโนเลอิก4 คอลลาเจนเปปปไทด์ที่ได้จากกการย่อยคอลลาเจนจากเกล็ดปลาจวด (Pseudosciaena crocea) มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระสูง5 มีหลายการวิจัยที่แสดงให้เห็นว่าคอลลาเจนไฮโดรไลเซทจากแหล่งทะเลมีศักยภาพในการเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ
ปฏิกิริยายับยั้งเอนไซม์ไทโรซิเนส กระบวนการสังเคราะห์เมลานินเป็นปฏิกิริยาทั้งใช้เอนไซม์และปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ไทโรซิเนสเป็นเอนไซม์ที่มีทองแดงเป็นองค์ประกอบและเป็นเอนไซม์หลักในการสังเคราะห์เมลานิน พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิต ทั้งพืชและสัตว์ เอนไซม์นี้เร่งปฏิกิริยาการเติมไฮดรอกซีอิออนให้กับ ไทโรซีน กลายเป็น 3,4–dihydroxyphynylalanine (DOPA) และออกซิเดชั่น DOPA เป็น dopaquinone เมลานินมีบทบาทสำคัญในการปกป้องผิวหนังจากแสงอุลตราไวโอเลต การเกิดเม็ดสีที่ผิดปกติ และการเกิดกระ ดังนั้นการยับยั้งเอนไซม์ไทโรซิเนสจึงมีความจำเป็นเพื่อมิให้เกิดปัญหาเหล่านี้ มีรายงานว่าคอลลาเจนเปปไทด์จากแหล่งประมงเป็นสารยับยั้งตามธรรมชาติของเอนไซม์ชนิดนี้6 Zhuang et.al 2009a, 2009b ได้รายงานว่า คอลลาเจนไฮโดรไลเซทที่ได้จากแมงกะพรุนมีความสามารถในการยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ไทโรซิเนส เพราะมีความสามารถไปจับกับโลหะทองแดงซึ่งเป็นองค์ประกอบของเอนไซม์
ปฏิกิริยาในการปกป้องระบบประสาท เปปไทด์จากแหล่งทะเลสามารถป้องกันโรคที่เกิดจากการเสื่อมของระบบประสาท เช่นโรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน และเส้นโลหิตตีบ มีการทดลองที่พบว่าการใช้คอลลาเจนเปปไทด์จากแหล่งทะเลกับหนูตัวผู้สามารถช่วยในเรื่องพัฒนาการเรียนรู้และความจำ โดยเปปไทด์จะไปลดการเสื่อมของสมองเนื่องจากการออกซิเดชั่นและลดปฏกิริยาของเอนไซม์ acetylcholineesterase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ทำลายสารสื่อประสาท7 Pei et al8 ได้อธิบายว่าคอลลาเจนเปปไทด์เป็นอาหารฟังก์ชั่นที่เหมะสมที่จะลดภาวะความจำเสื่อมที่เสื่อมไปกับอายุที่เพิ่มขึ้น
ปฏิกิริยายับยั้งเอนไซม์ Angiotensin I-converting enzyme (ACE) เอนไซม์ ACE ตัวนี้เป็นเอนไซม์ที่เปลี่ยน angiotensin I เป็น angiotensin II ซึ่งเป็นสารที่มีบทบาทสำคัญในการรักษาความดันโลหิตให้คงที่ สารยับยั้ง ACE ได้ถูกสังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อใช้รักษาผู้ป่วยที่เป็นความดันโลหิตสูงแต่มีผลข้างเคียงที่ไม่ดีตามมา การใช้เปปไทด์ที่ได้จากแหล่งประมงเป็นตัวยับยั้ง ACE จึงเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า ดังนั้นคอลลาเจนเปปไทด์และคอลลาเจนไฮโดรไลเซทจึงเป็นแหล่งที่มีศักยภาพที่ดีของตัวยับยั้งเอนไซม์ ACE และพบว่าเปปไทด์ที่ได้จากการย่อยคอลลาเจนจากหนังปลา Alaska Pollock และจาก Sea cucumber มีปฏิกิริยาในการยับยั้ง ACE
ปฏิกิริยาในการสมานบาดแผล คอลลาเจนมีบทบาทสำคัญในการรักษาบาดแผล คอลลาเจนเปปไทด์และคอลลาเจนไฮโดรไลเซทเป็นตัวดึงดูดเม็ดเลือดขาว และเป็นตัวเร่งการแบ่งตัวของเซล Wang et.al 20159 ได้รายงานว่าการให้คอลลาเจนเปปไทด์จากปลาแซลมอนช่วยทำให้สมานแผลได้เร็วขึ้น มีการศึกษาวิจัยหลายชิ้นงานที่แสดงให้เห็นถึงบทบาทของคอลลาเจนเปปไทด์ในการเร่งกระบวนการสมานแผลและใช้เป็นส่วนผสมอาหารฟังก์ชัน หรือในอุตสาหกรรมยา

สรุป
ผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมเกษตรเป็นสิ่งที่น่าสนใจของนักวิจัย นักอุตสาหกรรม ในการพัฒนาผลพลอยได้จากของเหลือจากกระบวนการแปรรูปผลิตภัณฑ์ประมง ให้เป็นของที่มีมูลค่าเพิ่มทางเศรษฐกิจด้วยการใช้นวัตกรรม พัฒนาจนได้อาหารฟังก์ชั่นที่มูลค่าสูง อาหารทะเลเป็นอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการสูง ดังนั้นการบริโภคคอลลาเจนหรือคอลลาเจนเปปไทด์จากอาหารทะเลจึงช่วยในเรื่องสุขภาพได้ และเนื่องจากคอลลาเจนเปปไทด์จากอาหารทะเลมีฤทธิ์ทางชีวภาพและเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพจึงสามารถนำมาเป็นอาหารฟังก์ชั่นหรือเป็นโภชนเภสัชได้ แต่ต้องมีการศึกษาค้นคว้าวิจัยต่อไปถึงปฎิกิริยาที่มีต่อสารประกอบอื่นซึ่งมีผลต่อความสามารถทางชีวภาพของสารออกฤทธิ์

เอกสารอ้างอิง
1.FAO 2014 The state of world fisheries and aquaculture 2014, Food and agricultural organization of the United Nations, Rome
2.Antoniewski, M.N. & Barringer, S.A. 2010 Meat shelf life and extension using collagen/gelatin coatings: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 50 (7) , 644-653
3.Kim, S.-K., & Mendis, E. 2006 Bioactive compounds from marine processing by products. A review, Food Research International, 39 (4) ,383-393
4.Zhuang, Y., et.al 2009a Antioxidant and melanogenesis –inhibitory activities of collagen peptide from jelly fish. Journal of the Science of Food and Agriculture,89(10), 1722-1727
5.Wang, B., et.al 2013 Isolation and characterization of collagen and antioxidant collagen peptides from scale of croceine croker (Pseudosciaena crocea). Marine Drugs, 11(11) ,4641-4661
6.Nackchum, L., et.al 2016 Peparation of squid skin collage hydrolysate as an antihyaluronidase, antityrosinase , and antioxidant agent. Preparative Biochemistry and Biotechnology., 46(2),123-130
7.Pei, X., et.al 2010 Marine collagen peptide isolated from Chum Salmon (Oncorhynchus keta) skin facilitates learning and memory in aged mice. Food Chemistry ,118(2),333-340
8.Pei, X., et.al 2010 Marine collagen peptide isolated from Chum Salmon (Oncorhynchus keta) skin facilitates learning and memory in aged mice. Food Chemistry ,118(2),333-340
9.Wang. W., et. Al 2015a Oral administration of marine collagen peptide prepared from chum salmon (Oncorhynchus keta) improves wound healing following cesarean section in rats. Food & Nutrition Research, 59 ,26411