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1、1 7 摘 要:该文介绍了胶原 蛋 白 的 结 构 , 阐 述 了 水 解 胶 原蛋白的多种生理调节功能, 包 括 促 进 皮 肤 健 康 、 提高骨 骼强度、抑制血压上升、保护 胃 粘 膜 和 性 抗 氧 化 等 功 能 。概 述 了 水 解 胶 原 蛋 白 在 保 健 食 品 和 化 妆 品 领 域 的 应 用 , 并 对 水 解 胶 原 蛋 白 的 开 发 应 用前景做了展望。关键词 :胶原蛋白;保健 食品;化妆品;应用胶原蛋白 (Collagen 是哺乳 动 物 体 内 含 量 最 多 的 蛋 白 质 之 一 , 约 占 体 内 蛋 白 质 总 量 的 25% 30%,主要存在于皮肤、
2、骨 骼、牙齿、内脏与眼睛等处。胶原蛋白是一种重要的结构蛋白, 在动物体内起到支撑器官、保护 机体的重要作用。近年来,随着 胶原蛋白提取加工技术的进步, 对其性质、结构和功能等方面的 研究不断深入,胶原蛋白正在成 为医学、保健食品、化妆品等领 域的研究热点。1 胶原蛋白的结构特点到目前为止,人们共发现 20余种不同类型的胶原蛋白,其中 较容易分离出来且产量较高的只有 5种胶原蛋白,且只有从动物 的皮肤或骨骼中提取出的 I 型胶 原蛋白的价格人们才可以接受,其它类型的胶原如、等 仅在研究中制备,由于价格昂贵 都不宜大量生产 1,2。胶原蛋白普遍分布于细胞外基质中,其分子量约为 30万道尔 顿。在动
3、物机体内,胶原蛋白最 普遍的结构是三螺旋结构,它由 3条肽链组成,每条肽链都具有左 手螺旋构型,3条左手螺旋肽链又 相互缠绕成右手螺旋结构,即形 成超螺旋结构。成熟的胶原分子 之间能够自发地组装成一种超分 子 的 高 级 结 构 网 状 胶 原 纤 维。胶原蛋白分子间和分子内 存在醇醛缩合交联、醛胺缩合 交联、醛醇组 氨 酸 交 联,这些交 联 使 得 胶原 蛋 白 分 子 内 的 三 重 螺 旋 结 构 和 分 子 间 的 网 状 纤 维 结 构 非 常 稳 定 , 从 而 在 动 物 体 内 实 现 支 撑 器官、保护机体的作用 3。胶原蛋白虽然种类繁多,结 构复杂,但它的一级结构氨基酸序
4、列一般为(Gly-X-Y的重复排 列,其中 X 和 Y 通常为脯氨酸和 羟脯氨酸,因此胶原蛋白的甘氨 酸含量比较高,约为 25%30%;脯 氨酸和羟脯氨酸含量也很高,其 含量分别为 12%和 10%左右,在 各类蛋白质中含量是最多的,这 两类氨基酸也是胶原蛋白的特有 氨基酸。另外,胶原蛋白中的色 氨酸、酪氨酸以及蛋氨酸等必需 氨基酸含量低,因此,在营养学 上胶原蛋白属不完全蛋白质 46。尹利端,石丽花,王立志,王 淮(烟台新时代健康产业有限公司,烟台 264006收稿日期:2007-08-16作者简介:尹利端(1979- ,男,硕士研究生,主要从事保健品开发研究。水解胶原蛋白在保健食品和化妆品
5、中的应用1 8目前应用于保健食品和化妆 品中的胶原蛋白多是其水解产物 水解胶原蛋白。水解胶原蛋 白又称胶原多肽,是以动物胶原 蛋 白 为 原 料 经 过 净 化 提 纯 、酶 解、过滤、浓缩、喷雾干燥等处 理而制成的粉末状产品,其颜色 一般为白色或淡黄色,并且主要 由分子量在50020000道尔顿之间 的多肽组成。与未经水解的大分 子胶原蛋白质相比,水解胶原蛋 白在消化吸收、营养、功能特性 等方面都具有显著的优越性。许 多的研究已经证实,水解胶原蛋 白在皮肤健康、提高骨骼强度、 抑制血压升高、保护胃粘膜、抗 氧化等方便具有显著功效,水解 胶原蛋白已经成为保健食品和化 妆品领域的新宠。2水解胶原
6、蛋白在保健食 品中的应用2.1水解胶原蛋白在美容类 保健食品中的应用胶原蛋白是人体皮肤真皮层 的主要组成成分,它与 少 量 弹 性 蛋 白 共 同 构 成 规 则 的 胶 原 纤 维 网 状结构,使皮肤具有一 定的弹性和硬度;同 时,胶原蛋白还是 皮肤表皮层及表皮 附属器官(毛发 的营养供应站,并 为表皮输送水分。 随 着 年 龄 的 增 长 , 人体自身合成胶原 蛋白的能力逐渐降 低,造成胶原蛋白 流失,真皮层胶原 蛋白所形成的规则 网状结构逐渐发生 变 形 、 固 化 和 粘 连 , 甚 至 发 生 崩 解,从而导致皮肤水分减少,变薄,产生皱纹,失 去弹性和光泽等一些老化现象。水解胶原蛋白
7、能够为人体胶 原蛋白的合成提供优质的氨基酸 原 料 ,尤 其 是 脯 氨 酸 和 羟 脯 氨 酸,促进胶原蛋白的合成,及时补充人体皮肤流失的胶原蛋白, 有助于维持皮肤中胶原蛋白的特 殊网状结构,从而达到改善皮肤 水分,延缓皮肤衰老的作用。目 前,以胶原蛋白为主要原料开发 的美容类保健食品日益受到人们的推崇,这类保健食品符合现代 人“从内到外”追求美丽的理念。 2.2水解胶原蛋白在促进骨 骼健康类保健品中的应用胶原蛋白是人体骨组织的重 要组成物质。人体骨组织由 1/3有 机物和 2/3无机物组成, 胶原蛋白 占骨有机成分的 80%90%,它对 维持骨结构完整及骨生物力学特 性有非常重要的作用。骨
8、胶原蛋 白是典型的 I 型胶原蛋白,其分子 间相互交联形成骨胶原纤维网状结构。骨骼中的钙以羟基磷灰石 沉积的方式,以骨胶原 为黏合剂固定下来,因 此如果骨骼中没有骨胶 原就不成其为骨骼。当 人体骨胶原蛋白代谢 出现异常,如骨胶原 合 成 不 足 或 骨 胶 原 纤维网状结构被破坏 时,钙质将无法沉积 而导致骨钙流失,严 重 时 会 导 致 骨 质 疏 松等疾病。人体摄入 足量的胶原蛋白能够 促进骨骼胶原蛋白的 代谢,稳定骨胶原网 状结构,进而减少骨 钙的流失,防止骨质疏松等疾病的发生。 因此,有人认为人体 补钙应结合胶原蛋白,这样才能 达到较理想的效果。蒋挺大 7提 出,补钙应先补胶原蛋白,人
9、体 摄入足够的胶原蛋白就会对钙质 有正常的需要,就会有正常的摄 取钙质的能力。李彦春 8等通过小鼠试验发现:结合了钙的胶原 蛋白制剂能够显著增强小鼠骨密 度,促进生长发育,具有改善骨 质疏松的作用,其补钙效果要优 于常规补钙剂,证明了胶原在帮助 钙吸收方面的重要作用。目前市场上已经出现了结合胶原蛋白和钙制 剂的骨骼保健类的营养健康食品,有几家规模较大的保健品公司正 在进行相关产品的研发,预计这 类保健食品近几年内将会成为市 场的热点。2.3抑制血压上升许多医学研究和临床观察证 明,高血压的发病与血管紧张素 转换酶 (Angiotenisinconverting enzyme,ACE密切相关。A
10、CE 能 将无升血压作用的血管紧张素 I(10肽从羧基端水解掉两个氨基酸,使其成为具有升高血压作用的血管紧张素(8肽 。另外, A C E 还能使舒缓激肽从羧基端水 解 掉 二 肽 ,使 其 丧 失 降 血 压 作 用。国内外相关研究证明,胶原 蛋白水解产物中的一些多肽对血 管紧张素转换酶的活性具有较强 的抑制作用,具有良好的降压效 果。耿秀芳等 9从猪骨胶原蛋白 酶解物中分离出一种多肽,体外 试验证明这种多肽对 A C E 活性具 有显著的抑制作用,以高血压大 鼠为试验对象,静脉注射和口服 给药均收到良好降血压效果。张 义军等 10研究了胶原蛋白酶解物 对大鼠血压、豚鼠肠平滑肌及猪 肺 A
11、C E 作用的降压效应,得出胶原蛋白酶解的降压作用和兴奋豚 鼠平滑肌的作用可能与抑制 A C E有关。ByunHG 等人 11利用三步1 9 膜反应器连续用Alcalase、 链霉蛋 白酶 E 和胶原酶水解阿拉斯加雪 鱼皮明胶,水解物的相对分子质 量分布在0.91.9kDa范围内, 具有 抑制 A C E 活性作用;他们对水解 产物进一步分离得到两种具有抑 制ACE活性的肽Gly-Pro-Leu和Gly-Pro-Met, 其IC 50分别为2.6mol/L 和17.13mol/L。 这些研究充分说 明水解胶原蛋白具有抑制血压升 高的作用,可以作为一种新型的 抗高血压保健食品原料,用来开 发辅助
12、降血压保健食品。2.4保护胃粘膜在消化道中胃粘膜的损伤会 引起胃出血,阿胶(驴皮胶原蛋白由于具有减少胃粘膜血流量, 促进血液循环以及血液凝固效果, 而引起了人们的关注。大量实验 证明,水解胶原蛋白具有保护胃 粘膜的作用。胶原蛋白预防胃溃 疡可能的机理主要体包括 12,13:(1 胶原蛋白可在胃内形成保护膜从 而减少胃粘膜的损伤; (2提高胃 粘膜 cGMP/cAMP 值,促进胃粘膜 细胞增殖; (3缓冲胃酸对溃疡面 的刺激,同时可促进血小板的凝 聚而有止血作用,减轻各种因素 对胃粘膜的直接损伤。另外,胶 原蛋白来源广泛,比一般药物廉 价,而且是体内主要蛋白成份之 一,无毒副作用,适合开发保护
13、胃粘膜类保健食品。2.5抗氧化活性人体的正常代谢过程中不断 产生自由基,体内与自我免疫有 关 的 吞 噬 细 胞 在 消 灭 细 菌 、真 菌、病毒和其它抗原物质中会产 生自由基;健康机体对各种外界 影响作出反应的同时会产生自由 基;年龄老化过程中机体也在不 断产生自由基。在生物体内自由 基可以与 D N A 、蛋白质和不饱和 脂肪酸作用,造成 D N A 链断裂和 氧化性损伤、蛋白质 -蛋白质交联、蛋白质 -DNA 交联和脂质过氧 化。脂质过氧化是造成生物体氧化损伤的主要原因,可以引发各 种 心 血 管 疾 病 、 癌 症 与 老 化 现 象。生物体内的氧化最终导致生 物体的衰老,因此清除体
14、内自由 基可以减少其对机体的伤害,延 缓衰老进程。目前有很多研究表 明,一些食物中的蛋白质或蛋白 水解产物具有抗氧化活性,胶原 蛋白水解产物是其中的抗氧化物 质。 KimSK等人 14对从阿拉斯加 雪鱼皮提取的明胶进行分阶段酶 解,从酶解产物中分离出两种具 有高抗氧化活性的肽,这两种肽 分别含有l3(P1和16(P2个氨基酸残基,进一步试验发现肽 P2在亚 油酸体系中具有抗氧化活性。中国农业大学的陈霞等人 15采用硫 代巴比妥酸法(Thiobarbituricacid reactivesubstancesassay,TBA法 评 价 猪 皮 酶 解 产 物 的 抗 氧 化 活 性,试验结果表明
15、酶 解 猪 皮 胶 原 蛋 白 具 有抗氧化活性。以上 事 实 说 明 胶 原 蛋 白 水 解 产 物 中 存 在 具 有 抗 氧 化 作 用 的 多 肽,可以作为抗氧化 保健食品的原料。3水解胶原蛋白 在 化 妆 品 中 的 应用胶 原 蛋 白 作 为 一 种 新 型 化 妆 品 原 料 , 对 人 体 皮 肤 和 毛 发 均 有 较 好 护 理 效 果 。 在 美 国 、 德 国、日本等国家,许 多 高 档 化 妆 品 中 添 加 有 胶 原 蛋 白 , 甚 至 在 人 面 部 注 射 胶 原以改善皮肤,减少皱纹。美国 CTFA(美国化妆品香 料香精协会化妆品原料手册录 用的天然物质中就有
16、胶原蛋白或 其水解产物。胶原蛋白应用于化妆品中可 以为皮肤提供必需的营养成分, 补充多种氨基酸,加强皮肤胶原 蛋白的活性,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。动物实验表明 16,用 含有胶原蛋白的膏体涂布皮肤后 能有效改善表皮和真皮的结构, 促进皮肤内部胶原蛋白的合成, 活化真皮组织。另外,胶原蛋白 分子中含有大量的亲水基团,使 之 具 有 良 好 的 保 湿 功 效 ,能 够 达 到 保 持 皮 肤 润 泽 的 目 的 。化 妆 品 中 添 加 的 胶 原 蛋 白 浓 度 达 到 0.01%时,即能供给皮肤所需 的全部水分。胶原蛋白添加到化 妆品中还具有调节
