专业:食品质量与安全091
学号:20090844104
姓名:刘绪超
胶原蛋白免疫在食品中的应用
摘要：胶原蛋白是哺乳动物体内含量最高的蛋白质, 起着支撑器官、保护机体的作用。近年来, 随着胶原蛋白提取技术的发展和其结构、性质等的深入研究, 其水解产物和多肽的生物功能也逐渐被广泛认识, 胶原蛋白的应用成为生物、医学、食品、化妆品等领域一具新的研究热点。本文概述了胶原蛋白的组成和结构特点, 并详细介绍了胶原蛋白在功能保健食品、食品添加剂、食品包装材料等食品领域中的广泛应用。
关键词：胶原蛋白; 食品工业; 应用
引言：
胶原是蛋白质中的一种, 英文名“collagen”, 由希腊文演化而来。胶原是一种白色、不透明、
无支链的纤维蛋白质, 它主要存在于动物的皮、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中, 是结缔组织极重要的结构蛋白质,起着支撑器官、保护机体的功能。胶原是哺乳动物体含量最多的蛋白质, 占体内蛋白质总量的25%~30%, 相当于体重6%[1]。
近年来, 随着胶原提取技术的发展和其结构、性质等方面的深入研究,其胶原蛋白水解产物和多肽的生物功能也逐渐得到广泛认同, 胶原蛋白的研究及其应用成了一个医学、食品、化妆品等行业的研究热点。
1 胶原蛋白
1.1 胶原蛋白的组成
胶原蛋白富含除色氨酸和半胱氨酸外的18种氨基酸, 其中维持人体生长所必需的氨基酸有7种。胶原蛋白中的甘氨酸占30%, 脯氨酸和羟脯氨酸共占约25%, 是各种蛋白质中含量最高的, 丙氨酸、谷氨酸的含量也比较高, 同时还含有在一般蛋白中少见的羟脯氨酸和焦谷氨酸和在其他蛋白质几乎不存在的羟基赖氨酸,所以胶原蛋白的营养十分丰富。
1.2 胶原蛋白的结构特点
胶原蛋白是细胞外基质的结构蛋白质, 其分子在细胞外基质中聚集为超分子结构。分子量为300 ku。胶原蛋白最普遍的结构特征是三螺旋结构, 其由3条а链多肽组成, 每一条胶原链都是左手螺旋构型, 3条左手螺旋链又相互缠绕成右手螺旋结构, 即超螺旋结构[2]。
胶原蛋白独特的三重螺旋结构, 使其分子结构非常稳定, 并且具有低免疫原性和良好的生物相容性等。结构决定性质, 性质决定用途, 胶原蛋白的结构的多样性和复杂性决定其在许多领域的重要地位, 胶原蛋白产品具有良好的应用前景。
1.3 胶原蛋白的分类与存在
胶原蛋白是一类蛋白质家族, 现已至少发现了30余种胶原蛋白链的编码基因, 可以形成16种以上的胶原蛋白分子。根据它们在体内的分布和功能特点, 目前将胶原分成间质胶原、基底膜胶原和细胞外周胶原[2]。间质型胶原蛋白分子占整个机体胶原的绝大部分, 包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原蛋白分子, 其主要分布于皮肤、肌腱, 等组织, 其中Ⅱ型胶原蛋白由软骨细胞产生; 基底膜胶原蛋白通常是指Ⅳ型胶原蛋白, 其主要分布于基底膜; 细胞周胶原蛋白通常中指Ⅴ型胶原蛋白, 在结缔组织中大量存在。
2 胶原蛋白的应用
胶原蛋白按其应用可以分为食品级、一般级、医药级。食用胶原一般来源于动物的真皮、肌腱和骨胶原, 其中皮胶原是主要的食用胶原。食用级胶原通常外观为白色, 口感柔和, 味道清淡, 易消化。胶原的独特品质, 使得它在许多食品中用作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[3]: ①胶原大分子的螺旋结构和存在结晶区, 使其具有一定的热稳定性; ②胶原天然的紧密的纤维结构,使胶原材料显示出很强的韧性和强度, 适用于薄膜材料的制备; ③大量胶原被用作制造肠衣等可食用包装材料, 其独特之处是: 在处理过程中, 随着水分和油脂的蒸发和熔化, 胶原几乎与肉食的收缩率一致。而其他的可食用包装材料还没被发现具有这些品质; ④由于胶原分子链上含有大量的亲水基团, 所以与水结合的能力很强, 这一性质使胶原在食品中可以用作填充剂和凝胶; ⑤胶原在酸性和碱性介质中膨胀, 这一性质也应用于制备胶原基材料的处理工艺中。
2.1 功能保健食品
2.1.1 预防心血管病食品
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的, 从而使其维持在一个相对正常的范围之内, 是一种理想的减肥降血脂食品。此外, 胶原
蛋白在协助机体排出铝质, 减少铝质在体内聚集方面也有独特之处。铝对人体有害, 研究表明, 目前逐渐增多的老年痴呆症与铝的摄入量有关。同时胶原蛋白有加速血红蛋白和红细胞生成的功效, 它具有改善循环、对冠心病、缺血性脑病有利[4]。
胶原蛋白能使血管正常动作, 所以与预防动脉硬化、高血压有密切的关系; 而癌细胞对生命体而言是一种异物, 胶原蛋白会包住癌细胞, 预防它增值或转移。适合糖尿病、肾脏病患等重症患者摄取优质高蛋白保健食品。
2.1.2 补钙食品
胶原蛋白的特征氨基酸羟基脯氨酸是血浆中运输钙到骨细胞的运载工具, 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。因此, 只要摄入足够的胶原蛋白, 就能保证正常机体钙质的摄入量, 胶原蛋白可成制成补钙的保健食品。
2.1.3 特殊人群
妇科疾病的根源来自内分泌失调, 胶原蛋白能够改善妇女疾病的困扰, 而更年期的妇女更需要胶原蛋白供给身体所需, 使得更年期妇女能够更轻松面对各种不适[5]。
胶原蛋白中含有大量甘氨酸, 在人体内不仅参与合成胶原, 而且还是大脑细胞中是一种中枢神经抑制性递质, 以产生对中枢神经的镇静作用, 对焦虑症、神经衰弱等有良好的治疗作用[4]。
胶原蛋白食品, 在胃里可以抑制蛋白质因胃酸作用引起的凝聚作用, 从而有利于食物的消化; 还有抑制胃酸和胃原酶分泌的作用, 可减轻胃溃疡患者疼痛, 促进胃溃疡愈合。
胶原蛋白是身体免疫作用中负责重要功能的阿米巴细胞清扫异物的感知器, 因此对预防疾病很有帮助。
2.2 食品添加剂
2.2.1 肉制品
用做肉制品改良剂, 胶原蛋白的水解产物—明胶, 通过破坏胶原蛋白分子内的氢键, 使其原有的紧密超螺旋结构被破坏, 形成结构较为松散的小分子,加入肉制品中可以改善结缔组织的嫩度, 使其具有良好的品质, 增加蛋白质含量, 既口感好又有营养。Meullenet等人的研究表明, 加胶原量2%, 水20%左右时, 腊肠的感观、质地和口感( 润滑感) 最好。同时胶原蛋白
与其他蛋白质一样具有良好的染色性, 根据制品的需要, 可以用红曲等食用色素将其染成近似于肌肉组织的桃红色, 使消费者易于接受[6]。
2.2.2 冷冻食品
明胶可做为冷冻食品的改良剂, 用作胶冻剂, 其熔点较低, 易溶于热水中, 具有入口即化的特点, 常用作餐用胶冻、粮食胶冻、果冻等。在冰淇淋、雪糕等生产中, 加入适量的明胶可以起到防止形成粗粒的冰晶, 保持组织细腻和降低溶化速度等作用。明胶在冰淇淋中的用量一般为0.25%~0.60%[7]。
2.2.3 饮料
鱼胶是国际上公认的最高级的胶澄清剂, 在啤酒和葡萄酒行业, 鱼胶和明胶作为沉降、澄清剂, 可以取得十分好的效果, 产品质量也非常稳定。在果酒酿造过程中也起到增稠剂, 乳化剂, 稳定剂, 澄清剂等作用。在茶饮料的生产中, 明胶可以防止茶饮料长期存放引起的混浊, 改善茶饮料品质的目的。
2.2.4 乳制品
胶原多肽可广泛用于中性乳饮料、酸性乳饮料、鲜牛奶、酸奶等液态乳制品中, 起到抗乳清析出、乳化稳定等功效, 也可添加于奶粉中, 既可提高奶粉的营养价值, 又可增强奶粉的功能性, 加速骨骼发育、增强智力、提高机体的免疫力。
2.2.5 糕点糖果
胶原多肽可添加至面包中, 添加量为3%~5%, 可延长面包的老化时间, 提高面包的体积及面包的松软度。明胶具有吸水和支撑骨架的作用, 其微粒溶于水后, 能相互交织成网状结构, 凝聚后, 糖与水可以充塞, 使柔软的糖果保持稳定形态, 承受较大的荷载也不会变形, 提高糖果的营养价值, 可开发低热量糖果
2.3 食品包装材料
2.3.1 人造肠衣
近年来, 各类香肠制品在肉制品中所占的比例越来越大, 天然的肠衣制品严重缺乏, 研究人员正致力于替代品的开发。以胶原蛋白质为主要的胶原肠衣本身是营养丰富的高蛋白物质, 在热处理过程中,随着水分和油脂的蒸发与溶化, 胶原几乎与肉食品的收缩率一致, 而其他的
可食用包装材料还没有被发现具有这种品质[3]。其次, 胶原蛋白本身具有固定化酶的功能, 可以改善食品的风味和质量, 尤其是香肠类制品。人造胶原肠衣同时还具有口感好、透明度高、制作工艺简单等特点, 利于大量生产, 开发前景好。
2.3.2 包装膜
胶原蛋白可以用作果脯蜜饯等内包装膜, 辅加以甘油、CaCl2等添加剂, 提高膜的机械性能, 成为既美观又有良好的机械性能, 同时也是一种营养载体。
可食性的胶原蛋白包装膜, 一般具有良好的抗张强度、热封性和较高的阻气、阻油、阻湿性等, 可以广泛用于各类食品的保鲜。
2.3.3 涂层材料
明胶作为涂层材料在食品表面具有诸多优点: ①避免食品氧化, 抑制氨基酸和糖类之间的美拉德反应; ②防止粉末状、颗粒状的糖类食品吸潮结块僵硬现象; ③使食品表面有光泽; ④作为稳定剂, 防止产品干缩变形; ⑤具有保鲜作用。在浸泡水果蔬菜的糖液中, 加入一定量的明胶溶液, 以使果蔬表面形成保护膜, 可以保证食品的天然风味和新鲜度; ⑥防止食品腐
败, 延长食品的保存期; ⑦提高挥发性食品成分的保存性; ⑧调整溶解度, 等等[8]。
3 结束语
胶原蛋白作为一种重要的天然蛋白质资源, 无论在生物医学、食品保健还是在化妆品、纺织行业中的应用都十分广泛, 综合利用方面的研究进展速度很快, 其良好的生物相容性、生物可降解性, 使在食品工业中的发展具有广阔的应用前景。
参 考 文 献：
[1] 蒋挺大,张春萍.胶原蛋白[M].北京: 化学工业出版社,2001: 1- 60.
[2] 顾其胜,蒋丽霞.胶原蛋白与临床医学[M].上海: 第二军医大学出版社,2003: 1- 58.
[3] 任俊莉,付丽红,邱化玉.胶原蛋白的应用及其发展前景( 续) [J].中国皮革,2003,(1): 36- 38.
[4] 张心如.胶原蛋白食品倍受青睐[J].中国保健营养,2003,( 7) : 32.
[5] 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,2005,(6): 53- 56.
[6] 陈秀金,曹健,汤克勇.胶原蛋白和明胶在食品中的应用[J].郑州工程学院学报,2002,(1): 66- 69.
[7] 胡国华.功能性食品胶[M].北京: 中国轻工业出版社, 1997: 197- 206.
