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胶原蛋白肽知识库

2014-05-21 17:32:35

 

 第一部分  胶原蛋白肽的基本概念

1.     什么是蛋白质、氨基酸、肽?

蛋白质Protein)是一种复杂的有机化合物。是由一条或多条多肽链组成的生物大分子,每一条多肽链是由二十至数百个氨基酸通过脱水缩合连成氨基酸是组成蛋白质的基本单位。多个蛋白质可以结合在一起形成稳定的蛋白质复合物,折叠或螺旋构成一定的空间结构,从而发挥某一特定功能。蛋白质的不同在于其氨基酸的种类,数目,排列顺序和肽链空间结构的不同。

蛋白质是生命的物质基础,没有蛋白质就没有生命。因此,它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体重量的16%~20%,即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.6~12kg。人体内蛋白质的种类很多,性质、功能各异,但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的,并在体内不断进行代谢与更新。蛋白质又分为完全蛋白质和不完全蛋白质。富含必需氨基酸,品质优良的蛋白质统称完全蛋白质,如奶、蛋、鱼、肉类等属于完全蛋白质,植物中的大豆亦含有完全蛋白质。缺乏必需氨基酸或者含量很少的蛋白质称不完全蛋白质,如谷、麦类、玉米所含的蛋白质和动物皮骨中的明胶等。

 

氨基酸amino acid):含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称。是构成生物功能大分子蛋白质的基本组成单位,赋予蛋白质特定的分子结构形态,使它的分子具有生化活性。两个或两个以上的氨基酸化学聚合成肽,是一个蛋白质的原始片段,是蛋白质生成的前体。氨基酸(amino acids)广义上是指既含有一个碱性氨基又含有一个酸性羧基有机化合物,正如它的名字所说的那样。但一般的氨基酸,则是指构成蛋白质的结构单位。自然界中共有300多种氨基酸,人体消化吸收以及利用的氨基酸只有22种,其中α-氨基酸21种(氨基连在α-碳上的称为α-氨基酸。组成蛋白质的氨基酸均为α-氨基酸。α-氨基酸是肽和蛋白质的构件分子,也是构成生命大厦的基本砖石之一。

必需氨基酸essential amino acid): 指人体(或其它脊椎动物)不能合成或合成速度远不适应机体的需要,必需由食物蛋白供给,这些氨基酸称为必需氨基酸。8种必需氨基酸即亮氨酸异亮氨酸缬氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸色氨酸苏氨酸赖氨酸,成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%37%半必需氨基酸条件必需氨基酸人体虽能够合成,但通常不能满足正常的需要,因此,又被称为半必需氨基酸条件必需氨基酸,组氨酸为小儿生长发育期间的必需氨基酸,精氨酸、胱氨酸、酪氨酸、牛磺酸为早产儿所必需。人体对必需氨基酸的需要量随着年龄的增加而下降,成人比婴儿显著下降。这几种氨基酸对成人则是非必须的。非必需氨基酸nonessentialamino acid):指人(或其它脊椎动物)自己能由简单的前体合成,不需要从食物中获得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等13种氨基酸,可以用葡萄糖或是别的矿物质来源制造。

 

peptide)是介于氨基酸和蛋白质之间的物质,是一种有机化合物,由两个或多个氨基酸结合而成,是一种两性化合物氨基酸与氨基酸之间以肽键相连。两个氨基酸以肽键相连的化合物称为二肽;三个氨基酸以肽键相连的化合物称为三肽,以此类推。一般认为,含10个以上氨基酸的肽称为多肽(polypeptide),含10个以下氨基酸的肽称为寡肽或者低聚肽(oligopeptide)。而50个氨基酸以上的则为蛋白质。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。多个肽进行多级折叠就组成一个蛋白质分子。是涉及生物体内多种细胞功能的生物活性物质

截止20039月,生物体内已发现几百种肽,是机体完成各种复杂的生理活性必不可少的参与者。所有细胞都能合成多肽物质,其功能活动也受多肽的调节。它涉及激素、神经、细胞生长和生殖各领域,其重要性在于调节体内各个系统器官和细胞。肽优于氨基酸,一是较氨基酸吸收快速;二是以完整的形式被机体吸收;三是主动吸收(氨基酸属被动吸收);四是低耗,与氨基酸比较,肽吸收具有低耗或不需消耗能量的特点,肽通过十二指肠吸收后,直接进入血液循环,将自身能量营养输送到人体各个部位;五是肽吸收较氨基酸,具有不饱和的特点;六是人体可利用氨基酸只有22种,功能可数,而肽以氨基酸为底物,可合成上百上千种。分子量段在5000180之间的才能称为肽。分子量段在500010000之间的称为大肽。分子量段在1000180之间的称为小肽寡肽、低聚肽,也称为小分子活性肽,一般由2--6氨基酸组成,与其他肽的区别是,在人体不需消化,即可直接吸收。生物学家将肽称为氨基酸链,将小分子活性肽统称为生物活性肽

 

 

2.     什么是胶原蛋白、胶原蛋白肽?

胶原蛋白(也称胶原)是细胞外基质的一种结构蛋白质,动物结缔组织中的主要成分,也是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白,英文名“collagen”,由希腊文演化而来,多糖蛋白,呈白色,含有少量的半乳糖和葡萄糖,是细胞外基质(ECM)的主要成分,约占胶原纤维固体物的85%。胶原蛋白是动物体中普遍存在的一种大分子蛋白,主要存在于动物的结缔组织(骨、软骨、皮肤、腱、韧等)中,占哺乳动物体内蛋白质的25%30%,相当于体重的6%。在许多海洋生物,如鱼类的皮,占其蛋白质含量甚至高达80%以上。与组织的形成、成熟、细胞间信息的传递,以及关节润滑、伤口愈合、钙化作用、血液凝固和衰老等有着密切的关系。对机体和脏器起着支持、保护、结合以及形成界隔等作用。除了生物力学方面的以外,还具有诸如信号传导、生长因子与细胞因子的运输等功能。胶原蛋白也是生物科技产业最具关键性的原材料之一,在医学材料、化妆品、食品工业等均有着广泛应用。

 

胶原蛋白肽collagen peptide),是采用生物酶解技术从胶原蛋白中制备获得的低分子量胶原蛋白肽类混合物,其分子量分布一般在10 kDa以下。胶原蛋白肽,除了具有胶原蛋白诸多的生理活性以外,还具有胶原蛋白所不具有的特性。与胶原蛋白相比,胶原蛋白肽分子量更低,具有更好的消化吸收性。长期以来,人们仅仅把食物蛋白质当作一种营养丰富的成分,认为蛋白质只有消化成氨基酸才能被吸收,它只能为人体提供充足的氮源和必需氨基酸。事实上,小分子肽有其独立的吸收运转机制。研究表明,蛋白质降解产物大部分是二三个氨基酸残基组成的寡肽,它们能以完整形式被吸收进入血液循环系统。经过深入的研究,发现在小肠存在一个寡肽的吸收通道,称之为寡肽载体。随着寡肽载体的发现,寡肽能被完整吸收的观点也不再是许多人认为的非主流发现,而是现代营养学发现的一个明确的科学事实。此外,许多其他研究表明,胶原蛋白肽还具有低致敏性、抗氧化、抗疲劳、增强免疫力、促进矿物质吸收、延缓皮肤衰老、促进骨骼形成等方面的作用。

市场上胶原蛋白肽产品的名称繁多,常见的有胶原蛋白、胶原蛋白肽、胶原蛋白多肽、胶原肽、胶原多肽、水解胶原蛋白等,也有的称做小分子胶原蛋白、胶原蛋白水解物。之所以出现如此繁多的名称,是因为市场对于胶原蛋白的概念没有理清。书面讲的胶原蛋白,是专指天然存在于动物体内的结构蛋白。它属于大分子蛋白质,且溶解性和加工性能相对较差。而实际上,市面上的胶原蛋白产品大部分都是经过酶解小分子化,分子量比普通整蛋白要小很多,且水溶性很好。因此,严格意义上讲,市面上的胶原蛋白产品其本质是胶原蛋白肽产品。

 

 

 

 

第二部分  胶原蛋白肽的功能与消化吸收

1.     胶原蛋白的作用?

在相当长的一段时间里,人们认为胶原蛋白对皮肤、关节等具有很多益处。事实上,胶原蛋白由独特的三股超螺旋构成,性质十分稳定,一般的加工温度及短时间加热都不能使其分解,从而造成其消化吸收比较困难,不易被人体充分利用。近年来研究发现,真正可以发挥生理功效的是一些分子量较小的胶原蛋白水解物,被统称为胶原蛋白肽。目前国际与国内的众多研究表明胶原蛋白肽才能最大程度地发挥各种功能。

 

2.     胶原蛋白肽的功效?

近年来,胶原蛋白肽的研究已引起人们广泛重视,如抗氧化性,抗菌活性,降脂效应,免疫调节活性和对皮肤,骨骼和关节的有益作用,其独特的生理功能和物化特性成为国内外研究的热点。目前胶原蛋白肽已经被广泛应用于制药业及保健食品业,作为改善皮肤和软骨组织的食品补充剂。

2.1. 胶原蛋白肽对皮肤的作用

延缓衰老已成为研究的热门话题。皮肤是人体中最大的和最外层器官,大约从25岁开始就可以在表皮、真皮层和皮下组织中观察到皮肤衰老的迹象。皮肤的衰老过程可以分为内在老化、光老化。研究表明,内在老化主要是由于年龄的增长,支撑皮肤的弹力网断裂,皮肤组织萎缩,塌陷,体现在皮肤表面变得粗糙、干燥,松弛,皱纹,色斑等衰老现象。另一方面,受太阳紫外线照射而引起的皮肤老化,即光老化,比内在老化给皮肤带来的伤害更为明显和迅速。临床观察,内在老化下衰老的肌肤显得光滑,苍白,并且几乎观察不到皱纹,而光老化下衰老的肌肤,相比之下可以明显观察到皮肤表面粗糙,褶皱,并且伴随色素沉淀以及毛细血管扩张。

2.1.1 促进纤维合成

成纤维细胞是皮肤真皮中最主要的细胞成分,在合成分泌纤维和细胞外基质中扮演着重要的角色。随着年龄的增长,皮肤老化突显,众多的临床表现都与成纤维细胞数量减少、合成功能下降或异常有关。早在1978年,就有研究证明胶原蛋白肽可以促进成纤维细胞的趋化反应。科学家们发现胶原蛋白肽对猪皮肤成纤维细胞和胶原纤维密度具有有益的影响;口服吸收的胶原蛋白肽可特异性地作用于胶原蛋白含量丰富的组织中的胶原蛋白纤维,例如跟腱、真皮。这些研究都表明,口服胶原蛋白肽可促进真皮胶原蛋白纤维合成、成纤维细胞增殖。

2.1.2改善皮肤水分功能

皮肤的角质层中所含水分应在10%-20%之间,通常低于10%就会干燥,进而引起皮肤粗糙,皱纹增多等现象。从目前文献报道来看,以胶原蛋白肽改善皮肤水分的研究包括外部涂抹和经口食用两个途径。

国内科学家研究证明含有胶原寡肽成分的眼霜可以显著地增加皮肤角质层的含水量,并能改善眼周皱纹。人体试验证实,口服海洋鱼皮胶原低聚肽对于改善皮肤水分具有明显的效果,皮肤干燥受试者每天摄入海洋鱼皮胶原肽2.7,连续30天,皮肤水份得到明显改善。

国外的研究也证明胶原蛋白肽对皮肤的吸水、保水能力具有促进作用。日本科学家使用平均分子量为30005000Da猪皮胶原蛋白肽,以日本39名女大学生为对象,验证口服胶原蛋白肽对皮肤的影响。结果发现,服用胶原蛋白肽30天后,皮肤吸水能力有增高的倾向,并且未发现血检异常。这说明口服胶原蛋白肽可以提升角质层含水量而不会导致血液异常。德国科学家研究了胶原蛋白肽对影响皮肤老化的皮肤生物物理参数所起的功效,结果表明,摄取胶原蛋白肽使皮肤弹性得到了显著的增加,年长女性的皮肤弹性改善效果尤为显著。其中约98%的女性在停用胶原蛋白肽后,皮肤弹性的改善效果依然明显。并且就皮肤水分保持而言,水解胶原蛋白在这方面也有积极作用的倾向。整个研究过程中,也未发现任何副作用。

有关其作用机理有研究发现,胶原蛋白肽可促进透明质酸合成。透明质酸(玻尿酸)是人皮肤表皮层及真皮层的主要基质成分之一,皮肤中透明质酸(玻尿酸)含量的减少及破坏,可造成皮肤失水,起皱而失去弹性,使人皮肤衰老。因此胶原蛋白肽改善皮肤的作用机理与透明质酸有很大的关系。另外,胶原蛋白肽与人皮肤胶原的结构相似,相容性好,存在着离子键、氢键等相互作用;由于其分子量小可以扩散到皮肤的深层,同时含有大量的羟基,因此它有着相当好的保湿作用。

2.1.3抗皮肤老化与防紫外线损伤

国内实验证明,海洋鱼皮胶原肽可促进真皮层中成纤维细胞增多且活跃,可以有效延缓皮肤衰老。胶原蛋白多肽可有效改善紫外线诱导的光老化皮肤胶原纤维的受损程度。胶原蛋白肽保护皮肤的作用与提高机体抗氧化活性有直接关系,也可能与胶原蛋白肽可以促进皮肤胶原蛋白的合成有关。国外的研究还发现,口服胶原蛋白肽可抑制UVB引起的皮肤损伤。日本科学家发现:口服胶原蛋白肽能显著提升角质层含水量,防止角质层因UVB照射而增厚,改善了皮肤状况。

2.1.4减少黑色素形成与祛黄褐斑功能

皮肤中黑色素的含量与分布是决定皮肤颜色及色斑的主要因素。黑色素聚集即形成色斑。黑色素是酪氨酸在酪氨酸酶的作用下经过一系列复杂的反应而形成的产物。所以,现代科学研究常通过受试物对酪氨酸酶活性的抑制能力,来判断其减少黑色素形成和消除色斑的能力。研究发现20g/L质量浓度的鱼胶原肽溶液的酪氨酸酶抑制率可以达到30%以上。分别选择相对分子质量分别为10 000Da4 000Da1000Da的海洋胶原肽组分进行研究,发现其抑制酪氨酸酶活性随相对分子质量的减小而增大,且清除自由基和抑制酪氨酸酶的最大活性相对分子质量都集中在1000Da以下。以鱿鱼皮、日本刺参来源的胶原蛋白多肽研究发现,能明显降低B16黑素瘤细胞黑素含量,抑制酪氨酸酶活性。

以分子量小于1000Da的海洋鱼皮胶原肽进行人体研究,发现面部有黄褐斑者口服海洋鱼皮胶原肽每天2.7克,持续30天,黄褐斑的颜色深浅及黄褐斑的面积均明显降低。抑制酪氨酶的活性,减少黑色素的形成,可能是祛黄褐斑的内在机制。

2.1.5促进皮肤伤口愈合

皮肤与结缔组织中最主要的蛋白质是胶原蛋白。手术等创伤造成皮肤损伤,加速胶原蛋白的破坏与流失。及时给予一定量的胶原蛋白肽对于加速伤口愈合具有明显效果。手术伤口组织学观察,海洋胶原肽组伤口表皮愈合较对照组完整,瘢痕组织和炎性细胞均明显少于对照组,伤口组织胶原纤维的数量明显多于对照组。

皮肤胶原蛋白合成的速度与动物的年龄有关。胶原肽促进皮肤伤口愈合是否在不同的年龄,作用是否一致,尚需进一步研究。

2.2. 胶原蛋白肽对骨关节的作用

2.2.1 促进骨骼生长,防止更年期骨密度降低

德国科学家于2003年对体外培养的牛软骨细胞进行处理,发现胶原蛋白水解物可以显著地提高软骨细胞中II型胶原蛋白的合成。众多实验证明了胶原蛋白水解物对动物和人骨骼的生长和代谢有积极的影响。日本科学家实验证明水解胶原蛋白的摄入(膳食中含20%蛋白质,其中30%为水解胶原蛋白)在成长期可以提高大鼠骨骼的密度。通过给去卵巢大鼠补充胶原蛋白肽,可以阻止其因为雌激素缺乏而引起的椎骨骨质疏松。海洋鱼骨胶原肽还能有效预防去卵巢大鼠的股骨丢失。以海洋鱼骨胶原肽制备的营养制剂给骨质疏松患者食用,能够促进骨骼增长,并能改善骨疼、四肢活动障碍等症状。

2.2.2 对关节的作用

2005-2006年进行为期24周的流行病学实验中,胶原蛋白水解物服用组在站立、休息等情况下的膝关节疼痛均有所改善。结论显示胶原蛋白水解物有保护关节健康减少高危人群关节退化风险的作用。有研究表明口服胶原蛋白水解物可增加骨骺中蛋白聚糖的量,同时也能够减轻膝关节关节炎软骨破坏所带来形态学的变化。在美国,胶原蛋白水解物广泛地应用于关节炎患者的辅助治疗,并取得了一定的效果。在减轻患者疼痛、提高治疗效果等方面均有作用。给中老年女性膝骨关节炎患者每天服服用胶原蛋白肽8克,连续3个月,有效缓解关节疼痛,改善关节功能。胶原蛋白肽这一方面的作用对于预防人的骨质疏松、预防关节损伤是有利的。

2.3抗氧化功能

国内关于胶原蛋白肽抗氧化功能的研究涉及多个来源的胶原蛋白肽,对体外、体内(动物和人体)的抗氧化作用均有研究。

2.3.1体外抗氧化研究

对以深海三文鱼皮为原料提取的低聚肽(相对分子质量范围为100860)海洋胶原肽进行了体外抗氧能力的研究,海洋胶原肽对于亚油酸自氧化的抑制率达到58.69%。对河豚鱼皮胶原蛋白肽的三个分子质量范围的肽段进行抗氧化活性研究,证实随着河豚鱼皮胶原蛋白肽分子质量的减小,其清除自由基的能力及还原性增强。说明在胶原肽中存在具有较强抗氧化能力的肽段。

以猪皮胶原蛋白制备的胶原肽也表现出体外抗氧化作用。猪皮胶原多肽在10mg/mL50mg/mL浓度范围内具有一定的抗氧化能力,且随着浓度的增加抗氧化作用也增强。

来自于动物骨骼等组织的胶原蛋白肽也具有体外抗氧化作用。从鳕鱼骨提取的胶原蛋白肽对自由基有一定的清除能力,而且其清除能力随样品质量浓度的增大而增强。

研究报道,其他来源的胶原蛋白肽,如扇贝裙边胶原蛋白肽、多棘海盘车体壁胶原蛋白肽、海棒槌胶原蛋白、东海海参胶原蛋白多肽也均有体内外抗氧化作用。

2.3.2体内抗氧化研究

对于胶原蛋白肽体内的抗氧化作用的研究,基本上都是通过观察血清及肝、脑等组织器官中的抗氧化酶的改变进行判定。鱿鱼皮胶原蛋白肽的抗氧化活性以分子量小于2000Da的组分对自由基的清除效果更好。对分子量小于1000Da的海洋胶原肽的抗氧化作用实验中,试验组大鼠血清SOD活力明显提升,并有效降低血清MDA的水平。研究也发现,无论是鱼皮来源还是骨来源的胶原蛋白肽在机体的多个组织中均表现有抗氧化能力。

口服海洋胶原肽的抗氧化作用在人体也经过科学验证。健康受试者口服海洋鱼皮胶原肽后,抗氧化能力明显提升。而未服用海洋胶原肽的受试者无明显改变。

可见,海洋鱼皮胶原低聚肽在人体内和动物体内都具有抗氧化作用,但具体抗氧化指标的变化程度还存在一定的差异。

虽然多个研究者对胶原肽的抗氧化作用进行了研究,但无论是在体外试验,还在在体内试验中,由于不同试验中所用的胶原肽在来源、水解程度、分子量及肽段构成方面均不同,所以在产生抗氧化作用的胶原肽剂量或抗氧化强度方面尚不具有可比性。

2.4胶原蛋白肽的免疫方面功能

2.4.1免疫调节功能

2013年美国科学家验证了鲨鱼软骨提取物中可以介导人类白细胞的细胞活素反应的生物活性物质。当提取物和蛋白酶共同作用时,致细胞活素反应的能力减少了80%,据此可见其活性成分可能是一种蛋白质类物质。实验中鉴定了活性成分分子的类型,证明其为一种小分子的糖蛋白,据分析这种分子是来源于鲨鱼的二型胶原分子。

2.4.2抗菌作用

西班牙科学家通过制片扩散法测定了金枪鱼和鱿鱼胶原蛋白水解物对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌以及鱼类腐败菌的抗菌作用,发现其对其中某些特定菌群具有抗菌作用。

2.5其他功能研究

海洋胶原肽能够明显提高慢性肾功能损伤大鼠血清肌酐和尿素氮的清除率,对肾小管细胞结构、线粒体结构及肾小球基底膜均有明显的保护作用。胶原蛋白肽能明显抑制去卵巢大鼠胰腺细胞凋亡,保护胰腺组织减轻炎症损伤变性坏死,提示对于高血糖及糖尿病人具有良好的干预效果。海洋胶原肽可以明显提高老龄小鼠的空间学习记忆能力和被动回避能力。这些研究为胶原蛋白肽在营养改善慢性退行性疾病方面的应用提供了依据。

 

3.         胶原蛋白肽的消化与吸收?

近年来有很多学者对肽的消化吸收机制进行了研究,认为肽在动物体内可以被完整吸收并被机体利用。实验发现,肠道能完整地吸收转运双苷肽(小肽的一种);并且通过喂养小鼠双苷肽,在血液中也检测到了双苷肽的增加,证明肽并没有被分解成氨基酸,而是以完整的双苷肽形式直接被吸收到体内,进入血液。有研究证明在小肠黏膜上发现肽载体表明肽能完整地通过肠黏膜细胞进入体循环。20 世纪 90 年代肽可以完整的形式被吸收进入循环系统而被组织利用。近几年来有关肽在动物体内的吸收机制、载体的特性以及肽生理特性的研究取得了很大的进展。肽在动物体内可以被完整吸收的观点得到了进一步的确证和发展。肽比游离氨基酸转运速度更快。

许多试验表明肽的添加还可以提高氨基酸的吸收速度。1973英国科学家发现在肽已经被完全吸收后,消化道内腔还滞留着高浓度的游离氨基酸。1986年,在探讨饮食中最合适的蛋白源时,日本科学家分别对比了大分子蛋白、小分子蛋白和游离氨基酸,发现小分子蛋白的吸收率明显高于大分子蛋白和游离氨基酸的吸收率。推断这是因为在吸收过程中,肽是直接被细胞吸收,远远快于以渗透方式进入肠壁的氨基酸。这一结果也说明蛋白有两种吸收方式,一种是以氨基酸的形式被吸收,另一种则是以肽的形式进入体内。此外肽还能增加蛋白质沉积率因为肽能促进体蛋白质的合成。现在小分子肽可以被肠道直接吸收的观点,已经被大多数人理解并接受。

胶原蛋白肽作为一种小分子肽,也同其他肽类成分相同,可直接被肠道吸收,进入血液,达到皮肤、肝脏、肾脏等身体各个部位。德国科学家实验发现小鼠摄取胶原蛋白肽12h95%的胶原蛋白肽进入到体内,出现在血液、皮肤中,并且摄入96h后还能观察到胶原蛋白肽的在这些部位的存在。之后临床研究也发现,胶原蛋白肽主要以二肽的形式被吸收到血液中。实验证明Pro-Hyp二肽能不被血液中的酶分解,所以可以较长在血液中滞留,发挥其生理功效。

 

 

 

 

 

第三部分  胶原蛋白肽的来源与制备

1.胶原蛋白肽的原料来源

1.1 陆生动物来源

畜牧业大量制造出陆生动物食品加工的副产物,包括猪、牛、羊、鸡等动物的皮肤和骨骼。这些都可以作为提取胶原蛋白肽的大宗原料来源。目前全球动物胶原蛋白的产量超过24×104吨,其中大部分都是猪和牛的皮骨。

1.2 水生动物来源

长期以来,生产胶原蛋白肽都是使用猪牛的皮骨为原料。但近年来因为疯牛病、口蹄疫、禽流感等牲畜疾病的爆发以及穆斯林信仰者的述求,人们转而从水产食品加工副产物中寻找替代原料,其中鱼皮和鱼骨就是理想的提取胶原蛋白的水产原料。

三文鱼皮为原料,采用中性蛋白酶制备得到分子量在1801000Da之间的胶原蛋白低聚肽,其胶原蛋白肽的得率高达74.28%。采用酶解法从罗非鱼皮中制取胶原蛋白肽,选用动物蛋白水解酶,获得最高的蛋白回收率为92.97%。采用热水提取法提取鳕鱼骨中的胶原蛋白,并采用中性蛋白酶、酸性蛋白酶和胃蛋白酶等不同的蛋白酶,分别进行酶解获得了鳕鱼骨胶原蛋白肽。以草鱼鱼鳞为对象,通过木瓜蛋白酶酶解可得到分子量在2005000 Da之间的草鱼鱼鳞胶原蛋白肽。以海参体壁为原料,研究酶解法制备海参胶原蛋白肽的最佳工艺条件,获得海参胶原蛋白肽最佳水解度为17.76%。总之,由于鱼类的特殊生存环境特别是海洋鱼类的生物活性多样性,从海洋鱼类中提取胶原蛋白肽的研究和产业化呈现很好的发展趋势。

 

2.胶原蛋白肽的制备工艺

胶原蛋白肽的制备技术从上个世纪中叶开始就已有研究。长期以来,人们一直通过酸法或者碱法从动物皮骨等原料中提取并水解胶原蛋白。但是此类酸碱法水解胶原蛋白的制备工艺,存在污染大,能耗高,水解专一性差等问题,而且大部分都降解成了游离氨基酸。随着胶原蛋白肽的产业不断升级,胶原蛋白肽的制备工艺也经过了较大的改进并逐渐成熟。原来的酸碱法逐渐被蛋白酶水解技术所替代。酶法水解制备胶原蛋白肽,具有条件温和,污染小,专一性强等优势。制备出的胶原蛋白肽分子量一般在几百道尔顿至几千道尔顿不等。

由于所使用的原料差异,以及采用的设备差异,各种胶原蛋白肽的制备工艺细节方面不尽相同。概括来讲,胶原蛋白肽的制备工艺可以归纳为原料预处理与胶原提纯、胶原蛋白酶解、肽的分离纯化、浓缩干燥成粉等4个步骤,最终获得胶原蛋白肽成品。

2.1 原料预处理与胶原提纯

由于胶原蛋白是一种纤维状蛋白,对称性差,分子结构类似于纤维,溶解性差,所以人们常认为胶原蛋白是一种不溶性蛋白。无论是采用猪牛的皮骨还是鱼皮鱼鳞为原料,都需要首先去除原料中的脂肪和色素等杂质,再根据胶原蛋白的特性,改变蛋白所在的外界环境,把胶原蛋白与其他蛋白质分离开来,实现胶原蛋白的提纯。一般来讲,胶原蛋白提纯方法可分为四类,即酸法、碱法、盐法以及热水浸提法等。在让胶原蛋白在特定条件下发生溶解或者沉淀,获取完整结构的高纯度胶原蛋白。

2.2 胶原蛋白酶解

根据胶原蛋白肽的特定质量要求,如水解度、肽含量、分子量大小、游离氨基酸以及特征性氨基酸含量等多个指标,筛选不同来源的蛋白酶及其组合。所使用的蛋白酶必须是安全性高的食品级蛋白酶。目前,比较常用的食品级蛋白酶按照来源分,包括了动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。其中属于动物蛋白酶的有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶,属于植物蛋白酶的有木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶,属于微生物蛋白酶的有通过地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、米曲霉、黑曲霉等发酵产生的碱性蛋白酶、中性蛋白酶等。在酶解过程中,加酶量、酶解时间、温度以及pH是主要的工艺参数。在酶解结束时,通过升温或者调解pH来终止酶解反应。

2.3 肽的分离纯化

胶原蛋白酶解液通过一系列的分离纯化工艺,尽可能地出去杂质、未酶解的蛋白质以及游离氨基酸。常用的分离纯化手段,包括了离心分离、树脂分离以及膜分离等工艺。一般而言,为了获得最佳的分离纯化效果,需要组合不同的分离纯化手段,才能最终获得更纯的胶原蛋白肽。

2.4 浓缩干燥

为了节约能耗和提高效率,将胶原蛋白肽液经过浓缩步骤,蒸发出一部分水分,提高肽液的浓度,一般浓缩后的浓度在20%45%之间。然后通过喷雾干燥等干燥设备,将胶原蛋白肽液最终干燥成胶原蛋白肽粉,并包装成成品。

 

 

 

 

第四部分   胶原蛋白肽的发展

1.     目前市售的胶原蛋白肽市场情况?

1.1国外胶原蛋白肽市场情况

胶原蛋白肽不仅应用在营养补充食品中,也使用在保健品和化妆品中。在化妆品中,胶原蛋白肽被配制成面霜和面膜来使用,这些产品主要在北美和亚洲地区销售。在欧洲,胶原蛋白肽被设计成更精细的产品,用于消除衰老的痕迹,例如皱纹和皮肤弹性下降。在保健品应用中,胶原蛋白肽以不同的形式出现。以传统的片剂和胶囊形式出现,则是用于强化食品。更多的产品包括速溶食品,方便食品,酸奶,乳饮料,强化口香糖,糖果,零食等。

在北美地区,含有胶原蛋白肽的营养棒是最主要的应用。胶原蛋白肽和牛奶,植物蛋白一起应用于蛋白质棒中,可以将蛋白含量提高55%60%。在亚洲,饮品是最主要的应用。胶原蛋白肽的固体饮料,或者与其他营养成分复配的产品,已经有着几十年的市场销售历史。由于胶原蛋白肽的加工工艺的大幅改进,其口感和气味均有了很大的改善,目前的胶原蛋白肽对于终端饮品的口感和风味已经没有任何负面影响了,这样既节约了加工时间,又节省了气味掩盖的费用。

胶原蛋白肽的另一大市场应用是改善骨质疏松的健康食品。根据世界卫生组织(WHO)的数据,从2003年以来,世界范围内骨质疏松的流行呈上升趋势,年增长率在3%。由此可以看出,骨质健康类食品的市场非常广阔。数据显示,美国范围内关节和骨质健康产品市场在2008年就已经达到了32亿美元。到2013年末,有可能上升到40亿美元,并且全球都拥有类似的趋势。

在国外胶原蛋白肽原料市场上,主要生产企业包括日本富士、法国罗塞洛、德国嘉利达等。此外在终端市场,日本的FANCLDHC将胶原蛋白肽应用在美容和营养保健食品中,现已推出30余种含胶原蛋白肽的营养食品和护肤品。现日本市场上,胶原蛋白肽被作为众多功能性食品和蛋白饮料的原料,已普遍地应用于食品工业。产品形式包括粉剂、片剂、口服液、软胶囊等。2003年后,日本市场的胶原蛋白肽年用量增加迅速,2009年后年用量已达到5000吨以上。

 

1.2  国内胶原蛋白肽市场情况

近几年,胶原蛋白肽在我国发展迅速,市场容量迅速扩容。早在2005年,北京中食海氏在浙江舟山已经建成年产300吨海洋鱼低聚肽生产线。国内本土的胶原蛋白肽生产企业大部分都于2005年以后成立。目前,包括北京中食海氏、北京中食月太在内的20余家企业,占据了国内国产胶原蛋白的主要原料市场。所生产的胶原蛋白肽涵盖淡水鱼、海洋鱼以及猪牛皮骨等来源,基本上年产能都在几百吨至1000吨左右。

随着国内市场经济的繁荣,国民收入水平的提高,人们对于健康品的需求与日俱增。国内胶原蛋白肽终端市场方面也越来越繁荣。涌现出一批胶原蛋白肽的专业品牌,如颜如玉、lumi等营养保健品公司。国内许多药品、保健品巨头以及食品生产龙头企业纷纷投入和开发胶原蛋白肽产品。包括江中药业、同仁堂、深圳海王、贵州百灵、 华北制药、 东海制药、 泰尔制药等在内的药企,在布局大健康产业的同时,把胶原蛋白肽产品作为一个非常重点的产品推向市场。国内保健品龙头企业完美、天狮、汤臣倍健、养生堂等也争相推出胶原蛋白肽产品。

 

2.     国际与国内对胶原蛋白肽产业的政策与评价标准?

    2.1国际对胶原蛋白肽产业的政策标准

美国食品药品监督局(FDA)食品安全中心关于胶原蛋白安全性声明中认为,胶原蛋白产品作为药品和食品成分对人体是安全的。同时,欧洲胶原蛋白生产联盟(GME)和美国胶原蛋白生产联盟(GMIA)均对胶原蛋白产品标准做出了明确的规定。欧盟认可鱼(拟沙丁鱼)肽类产品作为一种新型食品配料。日本2003年由厚生省批准的322 特定用保健食品中,在主要功能分类及使用原料中,就包括了大豆肽、沙丁鱼肽、鲣鱼低聚肽 、酪蛋白肽、乳清蛋白肽 、酪蛋白磷酸肽等。

目前在全球范围内,胶原蛋白肽被作为新型食品配料在食品及营养产业中广泛使用。

 

    2.2国内胶原蛋白肽标准

目前,国内涉及胶原蛋白肽的相关国家标准也在逐渐完善中。相应的标准有两项。

2.2.1海洋鱼低聚肽粉GB/T 22729-2008

2008年,由中国食品发酵工业研究院牵头,起草制定了国内首个包含胶原蛋白肽的国家标准——“海洋鱼皮低聚肽粉标准”(GB/T 22729—2008 )。本标准适用于海洋鱼低聚肽粉产品的生产、检验和销售。标准中涉及海洋鱼皮胶原低聚肽和海洋鱼骨胶原低聚肽。标准由全国食品工业标准化技术委员会提出,由全国特殊膳食标准化技术委员会归口。该标准明确提出了海洋鱼皮胶原低聚肽粉的具体技术要求、试验方法、检验规则以及标签、包装、运输和贮存等方面的内容。全行业涉及到海洋鱼的胶原白肽产品都需要符合这项国标的要求,从而规范了市场。该国标也为胶原蛋白肽市场规范奠定了法律基础。

2.2.2淡水鱼胶原蛋白肽粉SB 10634-2011

本标准适用于以淡水鱼鱼皮和鱼鳞为原料,用酶解法工艺生产,相对分子质量低于5000Da肽段为主要成分的粉末状产品的生产、检验和销售。本标准由中国商业联合会提出,中国商务部归口。

可见,目前国内关于胶原蛋白肽的标准仅仅是对以海洋鱼皮、骨和淡水鱼皮、鳞为原料制备的胶原蛋白肽产品进行了规定。但是胶原蛋白肽来源很广,以陆地的畜禽类动物的皮、骨为原料的胶原蛋白肽来源丰富,但尚缺乏相应的标准。

 

2.3.羟脯氨酸对于评价胶原蛋白肽的价值

2.3.1胶原蛋白肽中羟脯氨酸含量

与其他蛋白质相比,胶原蛋白一个显著特点是羟脯氨酸含量比较高。但不同来源的胶原蛋白或胶原蛋白肽,羟脯氨酸含量又有差别。

水产品来源的胶原蛋白中羟脯氨酸普遍较低。每100克鲜三文鱼皮中含蛋白质58.28g、羟脯氨酸0.6g(经过折算,每100克三文鱼皮的蛋白质中含羟脯氨酸为1.03克)。人工养殖施氏鲟鱼皮、鳍、肉及肝中羟脯氨酸的含量分别为0.68%0.301%0.028%、和0.012%。鱿鱼皮和鲑鱼皮中的羟脯氨酸含量分别为0.823 %2.247 %。在我国的两个关于胶原蛋白肽的标准中也分别规定了羟脯氨酸的含量。海洋鱼低聚肽粉(GB/T 22729-2008)中规定,海洋鱼皮胶原低聚肽中羟脯氨酸含量3.0%,海洋鱼骨胶原低聚肽中羟脯氨酸含量2.0%。淡水鱼胶原蛋白肽粉(SB 10634-2011)中规定,羟脯氨酸含量5.5%2014年中国食品发酵工业研究院的海洋鱼皮胶原低聚肽检测报告中羟脯氨酸含量的检测值是10.2

相比而言,陆地动物胶原蛋白中羟脯氨酸含量较高。新鲜猪皮中羟脯氨酸的含量为23.18mg/g(折合每100猪皮中含羟脯氨酸2.318)。以猪皮提取胶原蛋白后,测得其中羟脯氨酸含量达8.5%

2.3.2羟脯氨酸对于评价胶原蛋白肽的价值

鉴别和评价胶原蛋白肽的优劣一直是学术界研究的方向。目前普遍采用总氮含量、低聚肽比例、分子量分布、羟脯氨酸含量等多个指标综合评价。

羟脯氨酸是胶原蛋白中较为典型的一种成分,但以不同物种或不同组织部位提取的胶原蛋白肽中羟脯氨酸含量是不同的,不适宜使用一个固定的系数来推断胶原蛋白含量的高低。目前尚没有证据能够证明羟脯氨酸的含量与胶原蛋白肽的营养健康作用呈正相关关系,也不宜作为评价胶原蛋白肽品质优劣的指标。

由于同一物种的同一组织部位的胶原蛋白中羟脯氨酸含量基本稳定,以羟脯氨酸含量作为胶原蛋白肽生产过程中的产品质量稳定性的一项控制指标是适宜的。

总之,动物体内含有丰富的胶原蛋白,利用生物酶解技术可制备胶原蛋白肽,其分子量大小依其水解程度而异。胶原蛋白肽的功能涉及抗氧化、皮肤健康、降血压以及改善慢性病等多个方面,可作为开发营养与保健食品的配料使用。国内相关机构也在陆续制定相关标准以规范生产和应用。

 

3.     胶原蛋白产业的市场前景?未来的发展方向?

随着全球胶原蛋白肽产业与市场的发展,拓展胶原蛋白肽的研究深度和开发广度显得越来越重要。特别是胶原蛋白肽在功能性食品/保健食品市场中的应用,提出胶原蛋白肽的口服安全性、功能性以及作用机理需要更加明确。这一块是从事胶原蛋白肽的科研工作者需要继续深入研究和探讨的课题。同时,在市场应用方面,胶原蛋白肽目前主要的产品形式包括口服液或者胶原饮品、胶原蛋白肽粉剂或者冲剂等。目前产品的应用形式略显单一,可供消费者选择的余地不大。未来,口服胶原蛋白肽的产品开发应该向着更加多样,更加便捷的方向发展。因此,我们有理由相信,胶原蛋白肽作为一种逐渐兴起的功能性食品配料,必将在保健食品行业越来越受到认可和欢迎。

目前,国内外有大量研究数据证明胶原蛋白肽对皮肤、骨关节等都具有一定的改善效果,在免疫调节、抗氧化等方面也具有多样的生理功能。在生物医学领域,具有优越的营养特性以及加工特性的胶原蛋白肽作为天然食品提取材料,在开发新功能食品、保健品、化妆品、医药品和化工产品等方面有广阔的发展前景。美国CTFA化妆品原料手册录用的天然物质和《功能性化妆品原料》中,很早就有选用的天然食物提取的胶原蛋白肽。在日本,肽食品已被作为健康食品推向市场,已经有胶原蛋白肽、氨基酸口服液等保健性食品上市。随着科学技术的发展,人们的生活中将会越来越多地接触到含有胶原蛋白的产品, 胶原蛋白产品将会越来越广泛地被应用于医药、工业、生物材料等方面。

 

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