水解胶原蛋白在保健食品和化妆品中的应用解读

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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、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Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ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(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 [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 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中的应用
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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500￣20000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 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(Angiotenisin converting enzyme,ACE密切相关。

ACE 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Ⅱ(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 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。

Byun H G 等人 [11]利用三步
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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0.9￣1.9kDa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2.6μmol/L 和17.13μmol/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 [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。

Kim S K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(Thiobarbituric acid reactive substances assay,TBA 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 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
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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 2K 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 [16]。

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
Application of collagen hydrolysate in the fields of functional foods and cosmetics
Yin Liduan,Shi Lihua,Wang Lizhi,Wang Huai (Yantai New Era Health Industry Co.,Ltd,Yantai264006,China
Abstract :In t his a rticle, t he s tructure o f c ollagen w as b riefly i ntroduced. T he b iological a ctivities o f c ollagen hydrolysate, including skin-health and bone-density maintenance,blood pressure decrease,anti-gastric-ulcer and antioxidation were reviewed.The application
of collagen in the fields of functional foods and cosmetics were summarized.Finally,the exploitation potential of collagen was prospected.
Key words :collagen;functional foods;cosmetics;application
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。

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