胶原蛋白的功能及其在乳制品中的应用

李国芝，武建新，苏东海，刘丽娜，刘成玉，武学宁，高智利，郝素梅，郑元生，刘鑫峰

（1.包头轻工职业技术学院，内蒙古 包头 014035；2.北京电子科技职业学院，北京 100029；3.包头骑士乳业有限公司，内蒙古 包头 014040;4.上海海健堂集团有限公司,上海 200433）

胶原蛋白的功能及其在乳制品中的应用

李国芝1，武建新1，苏东海2，刘丽娜1，刘成玉1，武学宁1，高智利3，郝素梅3，郑元生4，刘鑫峰4

（1.包头轻工职业技术学院，内蒙古 包头 014035；2.北京电子科技职业学院，北京 100029；3.包头骑士乳业有限公司，内蒙古 包头 014040;4.上海海健堂集团有限公司,上海 200433）

综述了胶原蛋白的基本特性，与健康之间的关系，以及在乳制品中的最新应用进展。

胶原蛋白；乳制品；功能

0 引 言

胶原蛋白（又称胶原）是一种细胞外基质，属于结构蛋白质，广泛存在于动物的皮肤、骨、软骨、牙齿、肌腱韧带和血管中，是脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富、分布最广泛的蛋白质,占体内蛋白总量的25%～30%[1]，起着支撑器官、保护肌体的功能。本文在这方面进行了综述。

1 胶原蛋白的结构

所有的胶原蛋白都含有由3条α肽链拧成的螺旋形纤维状蛋白质区域，分子中含大量甘氨酸，几乎占氨基酸总量的1/3；形成螺旋结构的3条α链可以是相同的，也可以是不同的，每条α链自身形成左手螺旋。3条链依次交错排列，以右手螺旋围绕中心轴线形成三螺旋结构，具体结构如图1所示[2]。

2 胶原蛋白的特性

胶原蛋白是一种长链的,纤维状的蛋白质,它和那些球状蛋白质性能完全不同。胶原蛋白的机械强度很高，因此在成熟组织中，胶原蛋白可使腱、骨、软骨、牙、皮和血管等结缔组织，具有很高的机械强度，对发育中的组织还有一种定向作用[3]。

胶原蛋白中含有大量的甘氨酸，约占总氨基酸的27%，脯氨酸和羟脯氨酸是胶原蛋白质的特有氨基酸，含量较高，分别占14%。而色氨酸、酪氨酸以及蛋氨酸等必需氨基酸含量较低[4]。

3 胶原蛋白的来源及生产工艺

3.1 胶原蛋白的来源

牛和猪的皮、骨头通常是胶原蛋白的主要来源，以往,很大一部分胶原蛋白是从陆生哺乳动物中提取的,近年来,由于疯牛病和口蹄疫的影响,人们已经开始从鱼类中提取胶原蛋白。水产品加工副产物约有30%为鱼皮和鱼骨，其胶原含量很丰富,且与来自陆生动物的胶原蛋白相比,水产胶原蛋白具有更高的安全性。利用这些副产物来提取胶原，不仅能提高水产品的附加值，充分有效地利用生物资源，而且还能减少由于不经处理就直接丢弃造成的环境污染[5]。

3.2 鳕鱼皮胶原蛋白生产工艺

鳕鱼皮 （3×106u）－热提取物－定向复合酶解－胶原蛋白（2000～3000 u）。鳕鱼皮胶原蛋白生产工艺采取如下的技术。

（1）生物酶定向剪切技术。利用先进的复合酶解技术将大分子的胶原蛋白酶解为分子量在1 000～3 000 u胶原蛋白肽，更有利于吸收。不会因强酸、强碱的作用而破坏胶原蛋白的结构，最大限度的保留了胶原蛋白的营养成分。

(2)脱色脱腥技术。采用专利技术进行脱色脱腥，提高了胶原蛋白的纯度和品质，特别在颜色、气味、口感等方面有相当大的突破，基本实现了无色无味的要求。

（3）UHT杀菌技术。采用115℃对胶原蛋白液进行杀菌20 s。

（4）双效降膜蒸发技术。胶原蛋白液在70真空蒸发，实现了有效的浓缩。

（5）喷雾干燥技术。采用两级旋风分离器捕粉，弥补塔内负压经常波动很大的缺点。采用三杆喷枪，实现微粉与雾滴附聚，提高了产品分散度。新式气锤，解决了塔壁挂粉、粉受热时间长和出粉不均的问题。三段流化床使物料由高温塔体到常温封装起到很好的缓冲降温作用，有效地改善粉粒的结构，增大粉的粒度，提高产品的速溶性。

3.3 鳕鱼皮胶原蛋白生产工艺特点

鳕鱼皮胶原蛋白生产工艺无酸碱水解，定向复合酶解反应温和不破坏肽键的特点。

3.4 鳕鱼皮胶原蛋白的优势

（1）安全可靠的原料，来源鱼,无动物源疾病如疯牛病BSE。

（2）更好的吸收性和更有效地构成人体自身胶原蛋白

（3）稳定的品质。①几乎无臭的粉状；②良好溶解性,溶液澄清透明； ③无沉淀，良好的流动性。

经中国疾控中心食品与营养安全研究所对海健堂胶原蛋白进行急性毒性和三项致突变性实验，证明海健堂胶原蛋白安全可靠。

4 胶原蛋白的生理保健功能

4.1 美容、延缓衰老的功能

胶原蛋白是人体皮肤真皮层的主要组成部分，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，并为表皮输送水分，从而达到改善皮肤水分状况，延缓皮肤衰老的作用[6]。图2所示，人处于幼年时,皮肤中胶原的含量高,随着年龄的增长,其含量开始逐渐下降,导致皮肤渐渐丧失保湿功能,人体只有不断合成新胶原才能保持皮肤健康且具有弹性。

胶原蛋白的合成和分解是周而复始的动态平衡。但是,老化会降低胶原蛋白的合成,而破坏了这种平衡。所以,老化会导致各种症状:皮肤易出现皱纹、干燥、粗糙；骨关节炎；骨质疏松症；血管动脉硬化；眼晶状体白内障；角膜眼干；头发稀松,脱发；牙龈退化等症状。

日本研究人员的研究表明，以罗非鱼胶原蛋白喂服小鼠4周后，小鼠颈部水分含量明显增加。图3是以罗非鱼胶原蛋白连续喂服小鼠4周，小鼠颈部水分含量的变化曲线图。

图4为日本研究人员对20～40岁女性志愿者(无年龄偏差地分成3组，3人×3组,8周)进行研究结果[7,8]。结果表明，早餐前服用胶原蛋白(2 g/d),持续8周。在室温20.5～22℃,湿度45%～60%环境下,洗涤检测点后测量得到相应数据。结果发现服用鱼胶原蛋白WP组的志愿者眼下部水分质量分数增加了,增加量取决于持续时间和服用剂量。服用胶原蛋白4 g/d组，持续8周后改变尤其明显(P＜0.05)。 4 g/d组8周后前臂处水分含量明显增加(P＜0.05)。对抑制眼下部皱纹功效方面,4 g/d组在4和8周后表现出效果,2 g/d组8周后显示出效果。在眼睛下部挠性方面,4 g/d组在4和8周后就显示出增加了，2g/d组在8周后增加了。在弹性方面,4 g/d和2 g/d组在4周后都增加了。用皮肤水分测试仪对足部水分的测试情况，图5为服用鱼胶原蛋白4 g/d后左足的皮肤改善状况；图6为服用鱼胶原蛋白2 g/d后右足的皮肤改善状况。

由此可见，服用鱼胶原蛋白后，能明显提高皮肤的水分质量分数，对皮肤的状况也有所改善，在一定范围内，其提高和改善程度与服用胶原蛋白的量成正相关。

由此可见，服用鱼胶原蛋白后，能明显提高皮肤的水分含量，对皮肤的状况也有所改善，在一定范围内，其提高和改善程度与服用胶原蛋白的量成正相关。

4.2 补钙功能

骨细胞中的骨胶原是羟基磷灰石的黏合剂，它与羟基磷灰石共同构成了骨骼的主体，而羟脯氨酸是血浆中运输钙到骨细胞的运载工具，因此，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[6]。

4.3 降血脂功能

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内,是一种理想的减肥降血脂食品。同时胶原蛋白有加速血红蛋白和红细胞生成的功效,能够改善循环、对冠心病、缺血性脑病有利[9]。

4.4 其他生理功能

胶原蛋白能保持血管正常功能，与预防动脉硬化、高血压有密切的关系。胶原蛋白是眼角膜主要成分蛋白质，使眼睛能够透光，眼角膜保持透明。另外，人体主要的内脏器官及组织都含有胶原蛋白，在这些脏器表皮结构的下方是胶原蛋白，其最大功能是保护及强化脏器。

5 胶原蛋白在乳制品中的最新应用

胶原蛋白通常外观为白色，口感柔和，味清淡，易消化。胶原蛋白的独特品质使它在许多食品中作为功能物质和营养成分，具有其它替代材料无可比拟的优越性，已在肉制品、饮料、果汁、糕点糖果、烘焙食品、调味品中得到应有。

胶原蛋白可广泛用于中性奶饮料、酸性奶饮料、鲜牛奶、酸奶等液态乳制品中。和琼脂相比,胶原蛋白凝固力软弱,凝固物质地柔软,富于弹性,口感柔软,还可改善乳制品的风味[10]。将深海鱼胶原蛋白用在不同类型的酸性乳饮料中，最突出的作用是作为稳定剂效果使用，并具有在低脂肪下可达到高奶油口感的效果，提高消费者的接受性。也可将其添加于奶粉中，既可提高奶粉的营养价值，又可增加奶粉的保健功能，加速骨骼发育，增强智力，提高机体的免疫力。胶原蛋白作为稳定剂可用于冰淇淋、雪糕等的生产,作用是防止形成粗粒的冰晶,保持组织细腻和降低溶化速度[11]。

目前，已有利用优势资源的整合将深海鱼胶元蛋白应用到羊乳产品中，如深海鱼蛋白羊奶粉，深海鱼蛋白液态羊奶、酸奶，深海鱼蛋白片等系列产品，形成胶原蛋白与羊(牛)奶黄金组合，在市场上受到广大消费者尤其是白领阶层和女性消费者的青睐[12]。

日本的Meiji乳品公司已经开发出了富含胶原蛋白和神经酰胺的乳酸菌酸奶，尽管目前还不清楚这一类主要针对女性市场的“美容”饮品是否能产生像胶原蛋白用在化妆品中一样的美容效果，但在国际市场上却赢得了消费者的青睐[10]。

我国在胶原蛋白乳制品的开发方面与日本等发达国家还有一定差距，这方面研究也比较少。李贤柏[13]对鲫鱼蛋白酸乳的最佳工艺条件进行了研究，通过感官评定，发现将鲫鱼蛋白液与牛奶混合经乳酸菌发酵,能够有效地去除鱼腥味,使口感更加良好,既有鲫鱼特有的香味与鲜味,也有发酵香味,同时能够使产品更加稳定。在鲫鱼蛋白与牛奶混合比为1:3、黄原胶添加量为0.2%、蔗糖酯添加量为0.05%、蔗糖添加量为4.0%、接种量为3.0%时，鲫鱼蛋白酸乳的品质最佳，且与普通酸牛乳相差不大。

6 胶原蛋白的发展前景

胶原蛋白作为一种重要的天然蛋白质资源,研究开发的进展速度很快,随着人们对健康的重视,胶原蛋白的天然高分子特性所特有的优越性越来越受到人们的青睐,胶原蛋白的保健功能和美容功能正在被人们熟知,使它在众多的领域都具有广泛的应用前景和发展空间。

当前，随着陆地生物安全性问题的日益恶化，由海洋生物中制得的保健食品将具有更广阔的市场前景，这也将是我国实现绿色食品的有效途径。研究和开发鱼鳞、鱼皮等水产加工品中的胶原蛋白，作为一种新型的胶原蛋白资源也将成为发展趋势。

[1]周光宏.畜产品加工学[M].北京：中国农业出版社,2003.

[2]段蕊,张俊杰,今野久仁彦.两种鲤鱼鱼鳞胶原蛋白性质异同分析[J].食品科学.2008,29(12):177-178.

[3]李卫林，曹健，汤克勇等.胶原蛋白结构和稳定性关系研究[J].中国皮革,2005,34(23):14-15.

[4]周光宏.畜产品加工学[M].北京：中国农业出版社，2003.

[5]焦道龙，陆剑锋，张伟伟等.水产胶原蛋白的研究现状及发展趋势[J].食品科学.2009，30（17）：334-338.

[6]万春燕,王英华,邬元娟等.胶原蛋白在食品中的应用现状及其发展前景[J].中国食物与营养.2008,9:24-25.

[7]SAKUHEI，FUJIWARA.Collagen metabolism and disease[J].Hiroshi NAGAI,，2008：112.

[8]BORNSTEIN P，TRUUB W.The Proteins[J].Academic Press，1979，4：419.

[9]胡敏华.胶原蛋白的生理学功能及其应用[J].畜禽业，2007,9:7-8.

[10]陈秀金,曹健,汤克勇，等.胶原蛋白和明胶在食品中的应用[J].郑州工程学院学报，2002,23(1):67-69.

[11]倪海平,王君，赵亚萍，等.鱼胶原蛋白在羊乳中的应用[J].中国食品添加剂，2008，1：276-277.

[12]李小勇，李洪军，杜红霞，等.胶原蛋白的最新研究及应用进展[J].食品科技，2006,7:14.

[13]李贤柏.鲫鱼蛋白酸乳的研究[J].重庆师范学院学报：自然科学版，2002,19(2):68-70.

Function of collagen andits application in dairy products

LI Guo-zhi1,WU Jian-xin1,SU Dong-hai2,LIU Li-na1,LIU Cheng-yu1,WU Xue-ning1,
GAO Zhi-li3,HAO Su-mei3,ZHENG Yuan-sheng4,LIU Xin-feng4
(1.Baotou Light Industry Vocational Technical College,Baotou 014035,China；2.Beijing Electronic Science and Technology Vocational College,Beijing 100029,China;3.Baotou Qishi Dairy Company,Baotou 014040,China；4.Shanghai Haijiantang Group,Shanghai 200433,China）

Collagen is the main component of extra-cellular matrix,It is very important on aging,calcium supplement,blood fat dropping,arteriosclerosis and high blood pressure prevention.The basic property of collagen,the relationship between health and collagen，and the latest applications in dairy industry are reviewed.

collagen;dairy products;Function

TQ936.2

B

1001-2230（2011）11-0041-04

2011-07-18

北京市教委科研基地建设项目（PXM2011＿014306＿113565）。

李国芝（1962-），女，实验师，研究方向为乳品生物技术。