水解胶原蛋白在保健食品和化妆品中的应用.pdf

17 Industry Review 行业综述 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 （C o l l a g e n ） 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 2 5 % 3 0 % ，主要存在于皮肤、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2 0 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 3 0 万道尔 顿。在动物机体内，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 序列一般为（G l y - 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 2 5 % 3 0 % ；脯 氨酸和羟脯氨酸含量也很高，其 含量分别为 1 2 %和 1 0 %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 4 6 。 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 2 6 4 0 0 6 ） 收稿日期：2 0 0 7 - 0 8 - 1 6 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中的应用水解胶原蛋白在保健食品和化妆品中的应用 18 Industry Review 行业综述 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5 0 0 2 0 0 0 0 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 8 0 % 9 0 % ，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 （A n g i o t e n i s i n c o n v e r t i n g e n z y m e ，A C E ）密切相关。A C E 能 将无升血压作用的血管紧张素 I （1 0 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 1 0 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 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。B y u n H G 等人 1 1 利用三步 19 Industry Review 行业综述 膜反应器连续用A l c a l a s e 、 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 . 9 1 . 9 k D a 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A C E 活性的肽G l y - P r o - L e u 和G l y - P r o - M e t ， 其I C 5 0分别为2 . 6 m o l / L 和1 7 . 1 3 m o l / 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 1 2 , 1 3 ： ( 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 c G M P / c A M P 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 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 - D N A 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。K i m S K 等人 1 4 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l 3 ( P 1 ) 和1 6 ( P 2 ) 个氨基酸 残基，进一步试验发现肽 P 2 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 1 5 采用硫 代巴比妥酸法( T h i o b a r b i t u r i c a c i d r e a c t i v e s u b s t a n c e s a s s a y , T B A 法) 评价猪皮酶解产物的抗氧化活 性，试验结果表明酶 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 C T F A （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 1 6 ，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 . 0 1 %时，即能供给皮肤所需 的全部水分。胶原蛋白添加到化 妆品中还具有调节和稳定 p H值、 稳定泡沫、乳化胶体 的作用，同时，作 为一种功能性成 20 Industry Review 行业综述 分，胶原蛋白可以减轻各种表面 活性剂、酸、碱等刺激性物质对 皮肤、毛发的损害。为了保证皮 肤的吸收效果，在化妆品中，单 纯用作营养性护肤类原料通常要 求分子量在 2 K D以下，以让水解 胶原蛋白能渗透人皮肤内；而护 发类化妆品除要求水解胶原蛋白 具有保湿性以外，通常还应具有 一定的成膜性，因而对水解胶原 蛋白的分子量要求更高 1 6 。由于 胶原蛋白类化妆品性能温和、功 能多、安全性高，符合当代化妆 品的潮流，近几年来发展很快， 正逐渐成为市场的新宠。 4 胶原蛋白的发展趋势 胶原蛋白的保健功能和护肤 功能正在逐渐被人们认识，这方 面的研究正逐渐成为热点，尤其 是水解胶原蛋白（多肽） ，具有美 容护肤、防治骨质疏松、降血压、 保护胃粘膜和抗氧化等多种生理 活性功能，而且水解胶原蛋白还 具备溶解性好等良好的加工特性 以及易于人体吸收等优点，具有 极高的开发价值。中国水产加工 业的鱼皮、鱼鳞等下脚料以及皮 革行业每年产生的大量固体废弃 物，其中含有大量胶原蛋白，弃 A p p l i c a t i o n o f c o l l a g e n h y d r o l y s a t e i n t h e f i e l d s o f f u n c t i o n a l f o o d s a n d c o s m e t i c s Y i n L i d u a n , S h i L i h u a , W a n g L i z h i , W a n g H u a i ( Y a n t a i N e w E r a H e a l t h I n d u s t r y C o . , L t d , Y a n t a i 2 6 4 0 0 6 , C h i n a ) A b s t r a c t： I n t h i s a r t i c l e , t h e s t r u c t u r e o f c o l l a g e n w a s b r i e f l y i n t r o d u c e d . T h e b i o l o g i c a l a c t i v i t i e s o f c o l l a g e n h y d r o l y s a t e , i n c l u d i n g s k i n - h e a l t h a n d b o n e - d e n s i t y m a i n t e n a n c e , b l o o d p r e s s u r e d e c r e a s e , a n t i - g a s t r i c - u l c e r a n d a n t i o x i d a t i o n w e r e r e v i e w e d . T h e a p p l i c a t i o n o f c o l l a g e n i n t h e f i e l d s o f f u n c t i o n a l f o o d s a n d c o s m e t i c s w e r e s u m m a r i z e d . F i n a l l y , t h e e x p l o i t a t i o n p o t e n t i a l o f c o l l a g e n w a s p r o s p e c t e d . K e y w o r d s ： c o l l a g e n ; f u n c t i o n a l f o o d s ; c o s m e t i c s ; a p p l i c a t i o n 之可惜，又造成环境污染，对其 加以利用，开发各种营养健康食 品、化妆品等高附加值的产品将 有广阔的发展前景。 参考文献 1 张达江, 王 亮. I 型胶原蛋白 的结构、功能及其应用研究的现 状与前景 J . 生物技术通讯, 2 0 0 6 , 1 7 ( 3 ) : 2 6 5 - 2 6 9 . 2 李小勇, 李洪军. 胶原蛋白 的最新研究及应用进展 J . 食品科 技, 2 0 0 6 , ( 7 ) : 1 2 - 1 5 . 3 赵 利, 苏 伟. 胶原蛋白生物 活性肽的研究进展 J . 食品科学, 2 0 0 5 , 2 6 ( 9 ) 5 7 8 - 5 8 2 . 4 李 昀. 胶原蛋白在食品和 化妆品中的应用 J . 天津农学院学 报, 2 0 0 5 , 1 2 ( 2 ) : 5 4 - 5 7 . 5 菅景颖, 张志胜. 酶解胶原 蛋白研究进展 J . 浙江化工, 2 0 0 7 , 3 8 ( 1 ) : 1 8 - 2 0 . 6 郭 瑶, 曾名勇. 水产胶原蛋 白及胶原多肽的研究进展 J . 水产 科学, 2 0 0 6 , 2 5 ( 2 ) : 1 0 1 - 1 0 4 . 7 蒋挺大, 张春萍. 胶原蛋白 M . 北京: 化学工业出版社, 2 0 0 1 . 8 李彦春, 祝德义. 胶原多肽 钙的制备及小鼠应用试验 J . 中国 皮革, 2 0 0 5 , 3 4 ( 1 5 ) : 3 6 - 4 1 . 9 耿秀芳, 李耀辉. 猪骨胶原 蛋白降压成分的提取与生物活性 的研究 J . 西安医科大学学报, 2 0 0 1 , 2 2 ( 5 ) : 4 1 8 - 4 2 1 . 1 0 张义军, 康 白. 胶原蛋白酶 解物的降压作用及生物学特征 J . 潍坊医学院学报, 2 0 0 1 , 2 3 ( 4 ) : 2 7 5 - 2 7 7 1 1 B y u n H G , K i m S K . P u r i f i c a - t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f a n g i o - t e n s i n c o n v e r t i