胶原蛋白的应用和发展前景

胶原蛋白的应用和发展前景

学生：高燕学号：2010080515

摘要胶原蛋白是哺乳动物体内含量最丰富的蛋白质,其独特的理化性质和优良的生物相容性,在许多领域得到了广泛应用。综述了胶原蛋白的功能特点及其在食品、化妆品等领域中应用,并对其开发前景进行了展望。

关键词胶原蛋白;保健食品;

The Application and Development Prospects of Collagen

Abstract Collagen is the most abundant protein in the body of mammal, it is widely used in many fields for its specific physicochemical property and fine biocompatibility. The features and functions of collagen and its application in fields of food, cosmetics and so on are reviewed and its development prospect is proposed in this paper.

Key words: collagen; healthy food; cosmetic

胶原是一种天然蛋白质,广泛存在于动物的皮肤、骨、软骨、牙齿、肌腱韧带和血管中,是结缔组织极重要的结构蛋白质,起着支撑器官、保护肌体的功能。胶原蛋白也称胶原,是脊椎动物体内的一种结构蛋白。胶原是白色、不透明、无支链的纤维蛋白质,胶原蛋白在脊椎动物体内含量丰富,约占体内蛋白质总量的25%~30%。人体皮肤组分的70%是胶原蛋白,大约相当于体重的6%。笔者等主要综述了胶原蛋白的功能特点及其在食品、化妆品等领域中的应用,并对其开发前景进行展望。

1胶原蛋白的类型、组成与结构特点

1.1类型

胶原蛋白的类型多,已经发现有26种,可分为I、II、III型等,分布于皮肤、肌腱等组织中,其中,皮肤中约85%的胶原蛋白属于I型,目前已被大量应用;其他类型的胶原如I、II、III等仅在研究中制备,由于价格昂贵都不宜于大量生产。根据胶原在体内的分布和功能特点,又可将胶原分成间质胶原、基底膜胶原和细

胞外周胶原。胶原蛋白还是一种多糖蛋白,它含有少量的半乳糖和葡萄糖。具

有很强的延伸力,不溶于水,可溶解在酸中。

1.2组成与结构特点

胶原蛋白营养十分丰富,富含各种氨基酸,包括7种人体必需的氨基酸[4-5],其中,以甘氨酸含量最高,几乎占总氨基酸含量的1/3;脯氨酸和羟脯氨酸含量则约占总量的1/4;此外,丙氨酸、谷氨酸的含量也较多。胶原蛋白中含有的焦谷氨酸在一般蛋白质中很少见,而羟基赖氨酸在其他蛋白质中则几乎不存在。

胶原蛋白最普遍的结构特征是由3条肽链形成的三螺旋结构,即由3条A肽链以右手螺旋方式形成蛋白质,这样的三股螺旋区域被称为胶原区域。每个A肽链在分子结构上都是由重复出现的Gly-X-Y(X、Y代表Gly之外的任何氨基酸残基,X往往是Pro,Y往往是Hyp)肽段构成左手螺旋,3条链在氨基酸残基的相互作用下,以同一轴为中心,以右手螺旋方式形成稳定的三股螺旋结构[6-8]。胶原蛋白独特的三重螺旋结构,能使其分子结构非常稳定,并具有独特的纤维状结构以及良好的生物相容性、可降解性和低抗原性等生物活性。

2胶原蛋白的功能

2.1对皮肤的作用

胶原蛋白存在于真皮层,且占皮肤组成成分的70%。当人活动时,皮肤中胶原蛋白发挥作用,使皮肤具有保护功能,同时又具有适当弹性及坚硬度,如手脚能自由弯曲,跳高时具有弹性等。胶原蛋白是维持皮肤与肌肉弹性的主要成分,能促使肌肉细胞连接并使其具有弹性与光泽。肌肉主要是由肌纤蛋白及肌球蛋白所构成,而细胞与细胞之间是利用胶原蛋白进行粘合的,同时也是身体构成材料之一。胶原蛋白分子所形成的立体骨架可以使身体保持良好姿势,并呈现适当柔软度。2.2对骨骼的作用

骨骼中胶原蛋白含量约占20%,占骨中总蛋白含量的80%。胶原蛋白能使钙质与骨细胞结合。钙对骨骼来说十分重要,骨骼钙的流失会导致骨质疏松。、此外,胶原蛋白的存在还能使骨骼与牙齿在坚硬的同时带有弹性。

2.3对眼睛的作用

胶原蛋白是眼角膜主要成分蛋白质,眼角膜中所含胶原蛋白纤维呈现规则排列,此种结构不但可以让光线透过,还可使眼角膜呈现透明。目前还出现以胶原蛋白为材料制成隐形眼睛,提高了眼睛的保水力。

此外,人体主要的内脏器官及组织中都含有胶原蛋白,其最大的功能在于保

护及强化脏器,但不同器官或组织中胶原蛋白含量不同。

3胶原蛋白的应用

3.1胶原蛋白作为功能保健食品使用

3.1.1可以预防心血管病

研究表明，胶原蛋白可以降低血甘油三酯和胆固醇，并可增高体内某些缺乏的必需微量元素，从而使其维持在一个相对正常的范围之内，是一种理想的减肥降血脂食品。此外，胶原蛋白在协助机体排出铝质，减少铝质在体内聚集方面也有独特之处。铝对人体有害，研究表明，日前逐渐增多的老年痴呆症与铝的摄入量有关，同时胶原蛋白有加速血红蛋白和红细胞生成的功效，它具有改善循环、对冠心病、缺血性脑病有利。

3.1.2可以作为一种补钙食品

胶原蛋白的特征氨基酸羟基脯氨酸是血浆中运输钙到骨细胞的运载工具，骨细胞中的骨胶原是羟基磷灰石的黏合剂，它与羟摹磷灰石共同构成了骨骼的主体。因此，只要摄入足够的胶原蛋白，就能保证正常机体钙质的摄入量，胶原蛋白可成制成补钙的保健食品。

3.1.3可以为特殊人群使用

妇科疾病的根源来自于内分泌失调，胶原蛋白能够改善妇科疾病的困扰，而更年期的妇女更需要胶原蛋白供给身体所需，使得更年期妇女能够更轻松面对各种不适。

胶原蛋白中含有大量甘氨酸，在人体内不仅参与合成胶原，而且还是大脑细胞中是一种中枢神经抑制性递质，以产生对中枢神经的镇静作用，对焦虑症、神经衰弱等有良好的治疗作用胶原蛋白食品，在胃里可以抑制蛋白质因胃酸作用引起的凝聚作用，从而有利于食物的消化，还有抑制胃酸和胃原酶分泌的作用，可减轻胃溃疡患者疼痛，促进胃溃疡愈合。

胶原蛋白是身体免疫作用中负责重要功能的阿米巴细胞清扫异物的感知器，因此对预防疾病很有帮助。

3.2胶原蛋白水解产物—明胶的应用

3.2.1作为食品添加剂使用

在肉制品中用做肉制品改良剂，胶原蛋白的水解产物明胶，通过破坏胶原蛋白分子内的氢键，使其原有的紧密超螺旋结构被破坏。形成结构较为松散的小分子，加入肉制品中可以改善结缔组织的嫩度，使其具有良好的品质；增加蛋白质

含量，既口感好又有营养。

3.2.2冷冻食品

明胶可做为冷冻食品的改良剂，用作胶冻剂，其熔点较低，易溶于热水中，具有入口即化的特点，常用作餐用胶冻、粮食胶冻、果冻等。在冰淇淋、雪糕等生产中，加入适量的明胶可以起到防止形成粗粮的冰晶，保持组织细腻和降低溶化速度等作用。明胶在冰淇淋中的用量一般为0．25%~0．60%。

3.2.3饮料

鱼胶是国际上公认的最高级的胶澄清剂，在啤酒和葡萄酒行业，鱼胶和明胶作为沉降、澄清剂，可以取得十分好的效果，产品质量也非常稳定。在果酒酿造过程中也起到增稠剂，乳化剂、稳定剂、澄清剂等作用。在茶饮料的生产中，明胶可以防止茶饮料长期存放引起的混浊，改善茶饮料品质的目的。

3.2.4乳制品

胶原多肽可广泛用于中性乳饮料、酸性乳饮料、鲜牛奶、酸奶等液态乳制品巾，起到抗乳清析出、乳化稳定等功效，也可添加于奶粉中，既可提高奶粉的营养价值，又可增强奶粉的功能性，加速骨骼发育、增强智力、提高机体的免疫力。

3.2.5糕点糖果

胶原多肽可添加至面包中，添加量为3%～5%，可延长面包的老化时间，提高面包的体积及面包的松软度。明胶具有吸水和支撑骨架的作用，其微粒溶于水后．能相互交织成网状结构，凝聚后，糖与水可以充塞，使柔软的糖果保持稳定形态，承受较大的荷载也不会变形，提高糖果的营养价值，可开发低热量糖果。

3.3在化妆品方面的应用

在化妆品工业中,各种不同的蛋白质已经被作为原材料,目的是保护皮肤结构,改善其功能。胶原蛋白作为化妆品原料的有效性已经确定。胶原蛋白用于化妆品中的主要功效如下:

1)营养性:可以补充皮肤层所需的养分,补充17种对人体有益的氨基酸,使皮肤中的胶原蛋白活性增加,保持角质层水分以及纤维结构的完整性,改善皮肤细胞生存环境和促进皮肤组织的新陈代谢,增强循环,达到滋润皮肤、延缓衰老、美容、消皱、养发的目的;

2)修复性:胶原蛋白和周围组织的亲和性好,从而使其具有独特的修复组织功能。胶原蛋白可用于小型皮肤缺损修复及组织缺损修复,是理想的医用美容材料;

3)保湿性:天然保湿因子是保持皮肤水分的重要物质,其主要成分是甘氨酸、

羟脯氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸、丝氨酸等游离的氨基酸。在水解胶原产品中, 甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸及丝氨酸的含量都比较丰富,质量百分含量分别达到20%-23%、10%-12%、4%和3%。另外,胶原分子外侧亲水基团羧基和羟基等的大量存在,使胶原分子极易与水形成氢键,因此胶原蛋白及多肽具有良好的保水保湿性能；

4)配伍性:胶原蛋白可以起到调节和稳定pH值,稳定泡沫,乳化胶体的作用。同时,作为一种功能性成分在化妆品中可以减轻各种表面活性剂、酸、碱等刺激性物质对毛发、皮肤的损害；

5)亲和性:胶原蛋白对皮肤和头发表面的蛋白质分子有较大的亲和力,胶原蛋白主要通过物理吸附与皮肤和头发结合,能耐漂洗处理。亲和作用大小随相对分子质量增大而增强,相对分子质量较大的分子,结合位置较多,结合力增强,亲和力增大。这些分子可以渗入皮肤表皮和头发,甚至皮质层,达到营养皮肤的作用。

4胶原蛋白的发展前景

随着人们崇尚绿色、回归自然意识的加强,胶原蛋白的保健和美容功效受到人们的青睐,在我国拥有丰富的胶原蛋白可供开发利用。但由于胶原的一些弱点也限制了它的应用。例如经过制备后的胶原蛋白产品,拉伸强度较弱;纯胶原蛋白在体内降解较快,以及可能存在潜在的抗原性等,同时由于胶原蛋白的来源、加工工艺和原料配比的差异,产品的营养成分及饲用价值也不相同,且皮料在加工过程中不仅要接触许多化学物质,且易受到细菌的感染。在以后的生产中,用化学或物理方法对胶原蛋白进行交联或修饰,提高、改善其性能,扩大发展方向,充分

实现其价值。

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