膠原蛋白的功能及其在乳制品中的應(yīng)用

李國(guó)芝，武建新，蘇東海，劉麗娜，劉成玉，武學(xué)寧，高智利，郝素梅，鄭元生，劉鑫峰

（1.包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014035；2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100029；3.包頭騎士乳業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014040;4.上海海健堂集團(tuán)有限公司,上海 200433）

膠原蛋白的功能及其在乳制品中的應(yīng)用

李國(guó)芝1，武建新1，蘇東海2，劉麗娜1，劉成玉1，武學(xué)寧1，高智利3，郝素梅3，鄭元生4，劉鑫峰4

（1.包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014035；2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100029；3.包頭騎士乳業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014040;4.上海海健堂集團(tuán)有限公司,上海 200433）

綜述了膠原蛋白的基本特性，與健康之間的關(guān)系，以及在乳制品中的最新應(yīng)用進(jìn)展。

膠原蛋白；乳制品；功能

0 引 言

膠原蛋白（又稱膠原）是一種細(xì)胞外基質(zhì)，屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，廣泛存在于動(dòng)物的皮膚、骨、軟骨、牙齒、肌腱韌帶和血管中，是脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)含量最豐富、分布最廣泛的蛋白質(zhì),占體內(nèi)蛋白總量的25%～30%[1]，起著支撐器官、保護(hù)肌體的功能。本文在這方面進(jìn)行了綜述。

1 膠原蛋白的結(jié)構(gòu)

所有的膠原蛋白都含有由3條α肽鏈擰成的螺旋形纖維狀蛋白質(zhì)區(qū)域，分子中含大量甘氨酸，幾乎占氨基酸總量的1/3；形成螺旋結(jié)構(gòu)的3條α鏈可以是相同的，也可以是不同的，每條α鏈自身形成左手螺旋。3條鏈依次交錯(cuò)排列，以右手螺旋圍繞中心軸線形成三螺旋結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

2 膠原蛋白的特性

膠原蛋白是一種長(zhǎng)鏈的,纖維狀的蛋白質(zhì),它和那些球狀蛋白質(zhì)性能完全不同。膠原蛋白的機(jī)械強(qiáng)度很高，因此在成熟組織中，膠原蛋白可使腱、骨、軟骨、牙、皮和血管等結(jié)締組織，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)發(fā)育中的組織還有一種定向作用[3]。

膠原蛋白中含有大量的甘氨酸，約占總氨基酸的27%，脯氨酸和羥脯氨酸是膠原蛋白質(zhì)的特有氨基酸，含量較高，分別占14%。而色氨酸、酪氨酸以及蛋氨酸等必需氨基酸含量較低[4]。

3 膠原蛋白的來(lái)源及生產(chǎn)工藝

3.1 膠原蛋白的來(lái)源

牛和豬的皮、骨頭通常是膠原蛋白的主要來(lái)源，以往,很大一部分膠原蛋白是從陸生哺乳動(dòng)物中提取的,近年來(lái),由于瘋牛病和口蹄疫的影響,人們已經(jīng)開始從魚類中提取膠原蛋白。水產(chǎn)品加工副產(chǎn)物約有30%為魚皮和魚骨，其膠原含量很豐富,且與來(lái)自陸生動(dòng)物的膠原蛋白相比,水產(chǎn)膠原蛋白具有更高的安全性。利用這些副產(chǎn)物來(lái)提取膠原，不僅能提高水產(chǎn)品的附加值，充分有效地利用生物資源，而且還能減少由于不經(jīng)處理就直接丟棄造成的環(huán)境污染[5]。

3.2 鱈魚皮膠原蛋白生產(chǎn)工藝

鱈魚皮 （3×106u）－熱提取物－定向復(fù)合酶解－膠原蛋白（2000～3000 u）。鱈魚皮膠原蛋白生產(chǎn)工藝采取如下的技術(shù)。

（1）生物酶定向剪切技術(shù)。利用先進(jìn)的復(fù)合酶解技術(shù)將大分子的膠原蛋白酶解為分子量在1 000～3 000 u膠原蛋白肽，更有利于吸收。不會(huì)因強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的作用而破壞膠原蛋白的結(jié)構(gòu)，最大限度的保留了膠原蛋白的營(yíng)養(yǎng)成分。

(2)脫色脫腥技術(shù)。采用專利技術(shù)進(jìn)行脫色脫腥，提高了膠原蛋白的純度和品質(zhì)，特別在顏色、氣味、口感等方面有相當(dāng)大的突破，基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)色無(wú)味的要求。

（3）UHT殺菌技術(shù)。采用115℃對(duì)膠原蛋白液進(jìn)行殺菌20 s。

（4）雙效降膜蒸發(fā)技術(shù)。膠原蛋白液在70真空蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了有效的濃縮。

（5）噴霧干燥技術(shù)。采用兩級(jí)旋風(fēng)分離器捕粉，彌補(bǔ)塔內(nèi)負(fù)壓經(jīng)常波動(dòng)很大的缺點(diǎn)。采用三桿噴槍，實(shí)現(xiàn)微粉與霧滴附聚，提高了產(chǎn)品分散度。新式氣錘，解決了塔壁掛粉、粉受熱時(shí)間長(zhǎng)和出粉不均的問題。三段流化床使物料由高溫塔體到常溫封裝起到很好的緩沖降溫作用，有效地改善粉粒的結(jié)構(gòu)，增大粉的粒度，提高產(chǎn)品的速溶性。

3.3 鱈魚皮膠原蛋白生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

鱈魚皮膠原蛋白生產(chǎn)工藝無(wú)酸堿水解，定向復(fù)合酶解反應(yīng)溫和不破壞肽鍵的特點(diǎn)。

3.4 鱈魚皮膠原蛋白的優(yōu)勢(shì)

（1）安全可靠的原料，來(lái)源魚,無(wú)動(dòng)物源疾病如瘋牛病BSE。

（2）更好的吸收性和更有效地構(gòu)成人體自身膠原蛋白

（3）穩(wěn)定的品質(zhì)。①幾乎無(wú)臭的粉狀；②良好溶解性,溶液澄清透明； ③無(wú)沉淀，良好的流動(dòng)性。

經(jīng)中國(guó)疾控中心食品與營(yíng)養(yǎng)安全研究所對(duì)海健堂膠原蛋白進(jìn)行急性毒性和三項(xiàng)致突變性實(shí)驗(yàn)，證明海健堂膠原蛋白安全可靠。

4 膠原蛋白的生理保健功能

4.1 美容、延緩衰老的功能

膠原蛋白是人體皮膚真皮層的主要組成部分，它與少量彈性蛋白共同構(gòu)成規(guī)則的膠原纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使皮膚具有一定的彈性和硬度，并為表皮輸送水分，從而達(dá)到改善皮膚水分狀況，延緩皮膚衰老的作用[6]。圖2所示，人處于幼年時(shí),皮膚中膠原的含量高,隨著年齡的增長(zhǎng),其含量開始逐漸下降,導(dǎo)致皮膚漸漸喪失保濕功能,人體只有不斷合成新膠原才能保持皮膚健康且具有彈性。

膠原蛋白的合成和分解是周而復(fù)始的動(dòng)態(tài)平衡。但是,老化會(huì)降低膠原蛋白的合成,而破壞了這種平衡。所以,老化會(huì)導(dǎo)致各種癥狀:皮膚易出現(xiàn)皺紋、干燥、粗糙；骨關(guān)節(jié)炎；骨質(zhì)疏松癥；血管動(dòng)脈硬化；眼晶狀體白內(nèi)障；角膜眼干；頭發(fā)稀松,脫發(fā)；牙齦退化等癥狀。

日本研究人員的研究表明，以羅非魚膠原蛋白喂服小鼠4周后，小鼠頸部水分含量明顯增加。圖3是以羅非魚膠原蛋白連續(xù)喂服小鼠4周，小鼠頸部水分含量的變化曲線圖。

圖4為日本研究人員對(duì)20～40歲女性志愿者(無(wú)年齡偏差地分成3組，3人×3組,8周)進(jìn)行研究結(jié)果[7,8]。結(jié)果表明，早餐前服用膠原蛋白(2 g/d),持續(xù)8周。在室溫20.5～22℃,濕度45%～60%環(huán)境下,洗滌檢測(cè)點(diǎn)后測(cè)量得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)服用魚膠原蛋白WP組的志愿者眼下部水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了,增加量取決于持續(xù)時(shí)間和服用劑量。服用膠原蛋白4 g/d組，持續(xù)8周后改變尤其明顯(P＜0.05)。 4 g/d組8周后前臂處水分含量明顯增加(P＜0.05)。對(duì)抑制眼下部皺紋功效方面,4 g/d組在4和8周后表現(xiàn)出效果,2 g/d組8周后顯示出效果。在眼睛下部撓性方面,4 g/d組在4和8周后就顯示出增加了，2g/d組在8周后增加了。在彈性方面,4 g/d和2 g/d組在4周后都增加了。用皮膚水分測(cè)試儀對(duì)足部水分的測(cè)試情況，圖5為服用魚膠原蛋白4 g/d后左足的皮膚改善狀況；圖6為服用魚膠原蛋白2 g/d后右足的皮膚改善狀況。

由此可見，服用魚膠原蛋白后，能明顯提高皮膚的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對(duì)皮膚的狀況也有所改善，在一定范圍內(nèi)，其提高和改善程度與服用膠原蛋白的量成正相關(guān)。

由此可見，服用魚膠原蛋白后，能明顯提高皮膚的水分含量，對(duì)皮膚的狀況也有所改善，在一定范圍內(nèi)，其提高和改善程度與服用膠原蛋白的量成正相關(guān)。

4.2 補(bǔ)鈣功能

骨細(xì)胞中的骨膠原是羥基磷灰石的黏合劑，它與羥基磷灰石共同構(gòu)成了骨骼的主體，而羥脯氨酸是血漿中運(yùn)輸鈣到骨細(xì)胞的運(yùn)載工具，因此，補(bǔ)鈣應(yīng)先補(bǔ)膠原蛋白，人體攝入足夠的膠原蛋白就會(huì)對(duì)鈣質(zhì)有正常的需要，就會(huì)有正常的攝取鈣質(zhì)的能力[6]。

4.3 降血脂功能

研究表明,膠原蛋白可以降低血甘油三酯和膽固醇,并可增高體內(nèi)某些缺乏的必需微量元素，從而使其維持在一個(gè)相對(duì)正常的范圍內(nèi),是一種理想的減肥降血脂食品。同時(shí)膠原蛋白有加速血紅蛋白和紅細(xì)胞生成的功效,能夠改善循環(huán)、對(duì)冠心病、缺血性腦病有利[9]。

4.4 其他生理功能

膠原蛋白能保持血管正常功能，與預(yù)防動(dòng)脈硬化、高血壓有密切的關(guān)系。膠原蛋白是眼角膜主要成分蛋白質(zhì)，使眼睛能夠透光，眼角膜保持透明。另外，人體主要的內(nèi)臟器官及組織都含有膠原蛋白，在這些臟器表皮結(jié)構(gòu)的下方是膠原蛋白，其最大功能是保護(hù)及強(qiáng)化臟器。

5 膠原蛋白在乳制品中的最新應(yīng)用

膠原蛋白通常外觀為白色，口感柔和，味清淡，易消化。膠原蛋白的獨(dú)特品質(zhì)使它在許多食品中作為功能物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分，具有其它替代材料無(wú)可比擬的優(yōu)越性，已在肉制品、飲料、果汁、糕點(diǎn)糖果、烘焙食品、調(diào)味品中得到應(yīng)有。

膠原蛋白可廣泛用于中性奶飲料、酸性奶飲料、鮮牛奶、酸奶等液態(tài)乳制品中。和瓊脂相比,膠原蛋白凝固力軟弱,凝固物質(zhì)地柔軟,富于彈性,口感柔軟,還可改善乳制品的風(fēng)味[10]。將深海魚膠原蛋白用在不同類型的酸性乳飲料中，最突出的作用是作為穩(wěn)定劑效果使用，并具有在低脂肪下可達(dá)到高奶油口感的效果，提高消費(fèi)者的接受性。也可將其添加于奶粉中，既可提高奶粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，又可增加奶粉的保健功能，加速骨骼發(fā)育，增強(qiáng)智力，提高機(jī)體的免疫力。膠原蛋白作為穩(wěn)定劑可用于冰淇淋、雪糕等的生產(chǎn),作用是防止形成粗粒的冰晶,保持組織細(xì)膩和降低溶化速度[11]。

目前，已有利用優(yōu)勢(shì)資源的整合將深海魚膠元蛋白應(yīng)用到羊乳產(chǎn)品中，如深海魚蛋白羊奶粉，深海魚蛋白液態(tài)羊奶、酸奶，深海魚蛋白片等系列產(chǎn)品，形成膠原蛋白與羊(牛)奶黃金組合，在市場(chǎng)上受到廣大消費(fèi)者尤其是白領(lǐng)階層和女性消費(fèi)者的青睞[12]。

日本的Meiji乳品公司已經(jīng)開發(fā)出了富含膠原蛋白和神經(jīng)酰胺的乳酸菌酸奶，盡管目前還不清楚這一類主要針對(duì)女性市場(chǎng)的“美容”飲品是否能產(chǎn)生像膠原蛋白用在化妝品中一樣的美容效果，但在國(guó)際市場(chǎng)上卻贏得了消費(fèi)者的青睞[10]。

我國(guó)在膠原蛋白乳制品的開發(fā)方面與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，這方面研究也比較少。李賢柏[13]對(duì)鯽魚蛋白酸乳的最佳工藝條件進(jìn)行了研究，通過感官評(píng)定，發(fā)現(xiàn)將鯽魚蛋白液與牛奶混合經(jīng)乳酸菌發(fā)酵,能夠有效地去除魚腥味,使口感更加良好,既有鯽魚特有的香味與鮮味,也有發(fā)酵香味,同時(shí)能夠使產(chǎn)品更加穩(wěn)定。在鯽魚蛋白與牛奶混合比為1:3、黃原膠添加量為0.2%、蔗糖酯添加量為0.05%、蔗糖添加量為4.0%、接種量為3.0%時(shí)，鯽魚蛋白酸乳的品質(zhì)最佳，且與普通酸牛乳相差不大。

6 膠原蛋白的發(fā)展前景

膠原蛋白作為一種重要的天然蛋白質(zhì)資源,研究開發(fā)的進(jìn)展速度很快,隨著人們對(duì)健康的重視,膠原蛋白的天然高分子特性所特有的優(yōu)越性越來(lái)越受到人們的青睞,膠原蛋白的保健功能和美容功能正在被人們熟知,使它在眾多的領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

當(dāng)前，隨著陸地生物安全性問題的日益惡化，由海洋生物中制得的保健食品將具有更廣闊的市場(chǎng)前景，這也將是我國(guó)實(shí)現(xiàn)綠色食品的有效途徑。研究和開發(fā)魚鱗、魚皮等水產(chǎn)加工品中的膠原蛋白，作為一種新型的膠原蛋白資源也將成為發(fā)展趨勢(shì)。

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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設(shè)項(xiàng)目（PXM2011＿014306＿113565）。

李國(guó)芝（1962-），女，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)槿槠飞锛夹g(shù)。