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膠原蛋白(Collagen)是動物體內含量最豐富的蛋白質,它屬於不溶性纖維型蛋白質,也是細胞外基質中的一類,主要存在於結締組織中。它具有很強的伸張能力,是韌帶和肌鍵的主要成份,膠原蛋白還是細胞外基質的主要組成成分。它使皮膚保持彈性,而膠原蛋白的老化,則使皮膚出現皺紋。膠原蛋白亦是眼睛角膜的主要成份,但以結晶形式組成。

1 膠原蛋白 -簡介

膠原蛋白(collagen)存在所有多細胞動物體內,是體內含量最多的一類蛋白質 ,存在於幾乎所有組織中,是一種細胞外蛋白質 ,以不溶纖維 形式存在,具高度抗張能力,是決定結締組織 韌性的主要因素。膠原蛋白富含人體需要的甘氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸等氨基酸 。膠原蛋白是細胞外基質 中最重要的組成部分。

2 膠原蛋白 -類型

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從類型看,21世紀初為止人體內的膠原蛋白有二十多種,不同類型的膠原蛋白在分子結構及免疫學特徵性有所不同。

按組織分類

1、間隙膠原Ⅰ—Ⅲ型

主要存在於皮膚和肌腱等組織中,是細胞之間的膠原蛋白,有很強的抗張性,其中Ⅱ型膠原由軟骨細胞產生。

2、基膜膠原 Ⅳ—Ⅶ型

膠腺為基膜膠原,主要存在於臟器當中。

3、軟骨膠原

有Ⅸ—Ⅺ型為軟骨中微量膠原與軟骨形成有關。

從結構上看,膠原的分子結構獨特,在電子顯微鏡看到三個分子呈現螺旋結構,並有多型性,膠原肽鏈的氨基酸組成獨特,甘氨酸含量1/3,脯氨酸及羥脯氨酸各佔10%,其中羥脯氨酸在動物組織中,僅見於膠原,皮膚中的膠原轉換率一般比較饅,兒童的皮膚以Ⅲ型為主,到了成年皮膚以Ⅰ型為主,隨著年齡增長,交聯腱日益增多,膠原纖維亦越緊密與皮膚老化變僵硬相關,因此,皮膚表現鬆弛。

生物學作用分類

從膠原的生物學作用看,膠原在細胞外基質中含量最高(皮膚),剛性及抗張強度最大,是細胞外基質中的骨架結構,另外,細胞外基質中的其他成分可分別與膠原相結合,構成結構和功能的統一體,同時各型膠原與細胞外基質成份結合時有一定的選擇性。

1、手術用止血覆蓋物膠原蛋白 (SurgiAid Hemostat Sheet)

主要用於外科止血方面。膠原蛋白可使血液凝固,具有凝血功能,用作傷口止血敷料,主要是基於膠原蛋白能夠與傷口緊 密結合,滲入新生組織當中,並作為細胞生長時之支架。因為海綿狀的膠原蛋白能吸收腦脊髓液,可分開腦與腦上組織且無嚴重的發炎現象,所以亦可作為破損之腦膜取代物之用。

2、小針美容用膠原蛋白 (Dermal Collagen Injectable)

膠原蛋白回填療法是一種已經由臨床證實其安全性之療法,可治療臉部的皺紋、疤痕或臉部 皮膚 缺陷。膠原蛋白美容針劑對於人類臉部軟性組織之皺摺、凹陷及疤痕的矯正有顯而易見的效果,可使病人容顏煥然一新。

3、傷口覆蓋物膠原蛋白 (Collagen Wound Dressing)

膠原蛋白會與血小板作用而產生凝血現象,膠原蛋白快速止血繃帶可 再 10至15秒之內止住動脈流血,在急救和治療身體創傷時特別有效。目前的急救止血方法除了向傷口施壓以外,沒有任何有效的方法。預計此產品可以進入龐大的急救材料與 軍事醫療市場。

4、抗沾黏覆蓋物之膠原蛋白+透明質酸 (Colla-HA Anti-adhesion Sheet)

用來預防傷口癒合時所產生不必要的組織沾黏情況,以加快病患手術后的復原。可用在施行腹腔手術的病人,防止小腸部位阻塞。亦可用在婦科病人上,減少組織沾黏,而可降低骨盆腔疼痛,減少婦女不孕症發生。

3 膠原蛋白 -構造

氨基酸組成

構成膠原的肽鏈,其氨基酸序列非常有特色。首先,它富含甘氨酸和脯氨酸殘基,前者的含量達到總氨基酸殘基的1/3後者則接近1/4;其次,序列中含有氨基酸的衍生物羥賴氨酸和羥脯氨酸,這兩種氨基酸是在蛋白質一級結構序列形成之後由特定的酶作用於序列中的賴氨酸和脯氨酸形成的;最後,它的序列中只含有很少的酪氨酸殘基;並且不含有色氨酸和半胱氨酸殘基。膠原蛋白一級結構的另一個特點是它的氨基酸的排列。這些氨基酸一般以-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯交替出現的順序排列。只有很少的蛋白質有這樣規則的氨基酸排列。

空間結構

在空間結構上,膠原蛋白顯示出特殊的三股螺旋纏繞的結構,三條相互獨立的膠原蛋白肽鏈依靠甘氨酸之間形成的氫鍵維繫三股螺旋相互纏繞的結構。膠原蛋白肽鏈的三股螺旋結構不同於普通的α螺旋結構,它的螺距更大,但每一圈螺旋所包含的氨基酸殘基數卻很小,僅為3.3個,因此膠原蛋白的三股螺旋顯得細而長,螺旋中間的空間很小,僅能容納一個氫原子,只有甘氨酸能夠勝任這個位置。另外脯氨酸所特有的肽平面夾角也是形成這種特殊螺旋結構的必須因素。這也是膠原蛋白肽鏈中-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯序列交替出現的原因。膠原蛋白這種特殊的三股螺旋結構保證了它的機械強度。這種三股螺旋被稱為原膠原。

膠原纖維的構成

若干個原膠原橫向堆積,序列中所含有的羥賴氨酸和羥脯氨酸側鏈在酶作用下氧化生成醛,相互之前發生羥醛縮合反應形成原膠原之間的共價鏈接,這種結構被稱為膠原微纖維。許多膠原微纖維橫向堆積,以相同的方式通過共價鍵鏈接,形成膠原纖維。膠原纖維是膠原蛋白行使生理作用的基本形態,在生物體內膠原纖維交織成富有機械強度和彈性的網狀結構成為結締組織最基本的組成成分。

4 膠原蛋白 -人體分佈

膠原蛋白在人體的分布圖膠原蛋白在人體的分布圖

膠原蛋白是人體組織結構的主要成分之一,也是人體內含量最多的一種蛋白質,約佔人體蛋白質總量的25-33%,相當於人體體重的6%,也就是一個成年人的身體內約有3公斤膠原蛋白,它主要存在於人體皮膚、骨骼、眼睛、牙齒、肌腱、內臟(包括心、胃、腸、血管)等部位,其功能是維持皮膚和組織器官的形態和結構,也是修復各損傷組織的重要原料物質。

在人體皮膚成分中,有70%是由膠原蛋白所組成。當膠原蛋白不足時,不僅皮膚及骨骼會出現問題,對內臟器官也會產生不利影響。也就是說,膠原蛋白是維持身體正常活動所不可缺少的重要成分。

5 膠原蛋白 -動物來源

以魚(魚鱗、魚皮)膠原蛋白、豬膠原蛋白、牛膠原蛋白、雞來源膠原蛋白、骨膠原(骨膠原還是以I型膠原為主、並且研究發現水解Ⅰ型膠原蛋白對II膠原蛋白的軟骨細胞生長有特異性促進作用,可將細胞生長速度提高2.5倍,其機理可能是軟骨組織的反饋機製造成的。而其他蛋白比如麥蛋白、及大分子膠原蛋白無此作用。水解Ⅰ、Ⅱ型膠原蛋白對軟骨細胞都有明顯促進作用,且二者之間效果無顯著差異)。 

6 膠原蛋白 -萃取工藝

 直接萃取所得到的膠原蛋白分子量非常大,不容易被吸收,所以需要把分子量縮小。安全的是方法是對其進行低溫定向酶切。把分子量一般控制在1000道爾頓以下。目前採用先進的定向酶切、變性、乾燥、萃取等技術,結合各種不同的分離純化技術,將魚鱗膠原蛋白進一步提純,獲得分子量集中在1000道爾頓左右的魚鱗膠原蛋白肽,更加容易吸收利用。

7 膠原蛋白 -應用範圍

食品保健

1、可以預防心血管病

膠原蛋白膠原蛋白

研究表明,膠原蛋白可以降低血甘油三酯和膽固醇,並可增高體內某些缺乏的必需微量元素,從而使其維持在一個相對正常的範圍之內,是一種理想的減肥降血脂食品。

此外,膠原蛋白在協助機體排出鋁質,減少鋁質在體內聚集方面也有獨特之處。鋁對人體有害,研究表明,日前逐漸增多的老年痴呆症與鋁的攝入量有關,同時膠原蛋白有加速血紅蛋白和紅細胞生成的功效,它具有改善循環、對冠心病、缺血性腦病有利。

2、可以作為一種補鈣食品

膠原蛋白的特徵氨基酸羥基脯氨酸是血漿中運輸鈣到骨細胞的運載工具,骨細胞中的骨膠原是羥基磷灰石的黏合劑,它與羥摹磷灰石共同構成了骨骼的主體。因此,只要攝入足夠的膠原蛋白,就能保證正常機體鈣質的攝入量,膠原蛋白可成製成補鈣的保健食品。

3、可以為特殊人群使用 

婦科疾病的根源來自於內分泌失調,膠原蛋白能夠改善婦科疾病,而更年期的婦女更需要膠原蛋白供給身體所需,使得更年期婦女能夠更輕鬆面對各種不適。

膠原蛋白中含有大量甘氨酸,在人體內不僅參與合成膠原,而且還是大腦細胞中是一種中樞神經抑制性遞質,以產生對中樞神經的鎮靜作用,對焦慮症、神經衰弱等有良好的治療作用膠原蛋白食品,在胃裡可以抑制蛋白質因胃酸作用引起的凝聚作用,從而有利於食物的消化,還有抑制胃酸和胃原酶分泌的作用,可減輕胃潰瘍患者疼痛,促進胃潰瘍癒合。

膠原蛋白是身體免疫作用中負責重要功能的阿米巴細胞清掃異物的感知器,因此對預防疾病很有幫助。

4、作為食品添加劑使用

在肉製品中用做肉製品改良劑,膠原蛋白的水解產物明膠,通過破壞膠原蛋白分子內的氫鍵,使其原有的緊密超螺旋結構被破壞。形成結構較為鬆散的小分子,加入肉製品中可以改善結締組織的嫩度,使其具有良好的品質;增加蛋白質含量,既口感好又有營養。MeuUenet等人的研究表明,加膠原量2%,水20%左右時,臘腸的感觀、質地和口感(潤滑感)最好。同時膠原蛋白與其他蛋白質一樣具有良好的染色性,根據製品的需要,可以用紅曲等食用色素將其染成近似於肌肉組織的桃紅色,使消費者易於接受。

5、冷凍食品

明膠可做為冷凍食品的改良劑,用作膠凍劑,其熔點較低,易溶於熱水中,具有入口即化的特點,常用作餐用膠凍、糧食膠凍、果凍等。在冰淇淋、雪糕等生產中,加入適量的明膠可以起到防止形成粗糧的冰晶,保持組織細膩和降低溶化速度等作用。明膠在冰淇淋中的用量一般為0.25%~0.60%。

6、飲料

魚膠是國際上公認的最高級的膠澄清劑,在啤酒和葡萄酒行業,魚膠和明膠作為沉降、澄清劑,可以取得十分好的效果,產品質量也非常穩定。在果酒釀造過程中也起到增稠劑、乳化劑、穩定劑、澄清劑等作用。在茶飲料的生產中,明膠可以防止茶飲料長期存放引起的混濁,改善茶飲料品質的目的。

7、乳製品

可廣泛用於中性乳飲料、酸性乳飲料、鮮牛奶、酸奶等液態乳製品巾,起到抗乳清析出、乳化穩定等功效,也可添加於奶粉中,既可提高奶粉的營養價值,又可增強奶粉的功能性,加速骨骼發育、增強智力、提高機體的免疫力。

8、糕點糖果

可添加至麵包中,添加量為3%~5%,可延長麵包的老化時間,提高麵包的體積及麵包的鬆軟度。明膠具有吸水和支撐骨架的作用,其微粒溶於水后.能相互交織成網狀結構,凝聚后,糖與水可以充塞,使柔軟的糖果保持穩定形態,承受較大的荷載也不會變形,提高糖果的營養價值,可開發低熱量糖果。

食品包裝

1、人造腸衣

以膠原蛋白質為主要的膠原腸衣本身是營養豐富的高蛋白物質。在熱處理過程中,隨著水分和油脂的蒸發與溶化。膠原幾乎與肉食品的收縮率一致。而其他的可食用包裝材料還沒有被發現具有這種品質。其次,膠原蛋白本身具有固定化酶的功能。可以改善食品的風味和質量。尤其是香腸類製品。人造膠原腸衣同時還具有口感好、透明度高、製作工藝簡單等特點,利於大量生產,開發前景好。

2、包裝膜

膠原蛋白可以用作果脯蜜餞等內包裝膜,輔加以甘油、CACl2等添加劑,提高膜的機械性能,成為既美觀又有良好的機械性能,同時也是一種營養載體。可食性的膠原蛋白包裝膜,一般具有良好的抗張強度、熱封性和較高的阻氣、阻油、阻濕性等。可以廣泛用於各類食品的保鮮。

3、塗層材料

明膠作為塗層材料在食品表面具有諸多優點:

①避免食品氧化,抑制氨基酸和糖類之間的美拉德反應;

②防止粉末狀、顆粒狀的糖類食品吸潮結塊僵硬現象;

③使食品表面有光澤;

④作為穩定劑,防止產品干縮變形;

⑤具有保鮮作用。在浸泡水果蔬菜的糖液中。加入一定量的明膠溶液,以使果蔬表面形成保護膜。可以保證食品的天然風味和新鮮度;

⑥防止食品腐敗。延長食品的保存期;

⑦提高揮發性食品成分的保存性;

⑧調整溶解度,等等。

8 膠原蛋白 -吸收途徑

外用

主要以化妝品和面膜等日常護理產品為主,外用膠原蛋白的分子量一定要具有可溶易吸收的特點才可以被皮膚吸收,一般都是使用水解蛋白產品(膠原蛋白在酸、鹼、熱、酶的作用下水解,會產生膠原蛋白水解產物,它們有著十分近似的氨基酸組成和含量,由於大分子的解體和分子量的降低,它們的溶解度隨之增大,可溶於冷水。) 

內服

膠原蛋白主要是膠原蛋白產品如蛋白粉、豬蹄等食品。食用的膠原蛋白補品必然經過胃腸道進入消化系統,有一部分會被吸收,這些被吸收的膠原蛋白首先得滿足生命和維持生理的需要,供應給骨骼、牙齒、 血液、 肌肉,后才是皮膚。所以, 能夠真正被皮膚利用的其實很少。市場上口服膠原蛋白有多種劑型,包括粉、片劑、膠囊、口服液等。

注射

注射膠原蛋白是21世紀初流行的一種注射微整形的方法,主要有注射除皺、注射塑形等,用於皺紋較多,膠原蛋白流失程度較高的求美者。醫療上用到的膠原蛋白、水解蛋白,通過皮膚吸收的概率非常低。作用的時間和作用量都不夠大,不能解決皮膚實際問題。對於皮下注射,主要是為解決比較深的皺紋。膠原蛋白打進去之後會被人體吸收掉一部分,其他部分會對皮膚起到一個填充的作用,在一段時間內,皮膚看起來會細一些,豐盈一些。但不會維持太久。

9 膠原蛋白 -鑒別標準

1、外觀、氣味、澄清度

在現有的技術水平下,已經能夠把膠原蛋白的顏色做到接近於純白色而不使用任何漂白劑;每一種萃取來源的膠原蛋白都有其特殊的氣味,好的膠原蛋白要達到微小的氣味才行;純粉溫水沖開之後,水溶液要澄清,無雜質。

2、分子量

膠原蛋白的分子量需要經過酶法工藝才能提高其吸收率,分子量太大不利於人腸胃吸收,太小也沒有任何意義,分子量在2000~~5000道爾頓是比較理想的。

3、萃取來源

膠原蛋白廣泛存在於動物的皮膚、骨骼之中,能夠工業大規模萃取的一般是魚、豬牛的皮或者骨骼,無所謂哪一種來源的優劣,成份相當,如果非得排行的話(生產不摻假)。

產品圖片產品圖片

10 膠原蛋白 -適用人群

(1)18歲以上,水、油分泌不平衡毛孔粗大被黑頭、痘印困擾、缺水怕衰老的女性/男性。
(2)30歲以上,尤其是生育過後的女性,皮膚鬆弛無彈性,眼睛周圍開始出現皺紋皮膚粗糙、暗黃等怕衰老者。
(3)使用電腦一族:電腦輻射導致皮膚暗啞無光澤,膠原蛋白有良好的補水作用和抗輻射作用。
(4)長期吸煙的男性/女性:吸煙會導致體內基質金屬蛋白醇的增多,這種物質會對膠原蛋白有很大的破壞,造成皮膚乾燥,對吸煙者來說,補充膠原蛋白尤為重要。
(5)工作壓力大,經常熬夜的女性/男性:缺乏充足的睡眠,皮膚乾燥,細紋、黑眼圈嚴重 需要補充膠原蛋白調理,以促進微循環、增加肌膚水潤度等。
(6)40-50歲的更年期女性:女性更年期期間,膠原蛋白大量流失,膚色不均,皺紋加深。
(7)需要補充鈣質的老年人:膠原蛋白可以加強鈣質的吸收,預防出現骨質疏鬆。
(8)需要緩解關節炎的中老年人。

11 膠原蛋白 -注意事項

1、大分子膠原蛋白進入人體后需要降解為分子量小於1000道爾頓的膠原蛋白肽、氨基酸才能被人體吸收,真正有效吸收的成分並不多。

2、通常不建議孕婦服用膠原蛋白產品,因為孕婦是需要高度保護的對象,服用任何藥品、營養品都需要注意。但目前沒有服用膠原蛋白引起的不良反應的報道或試驗及相關科學權威文章表述。

3、從豬、牛上提取的膠原蛋白可以滋養皮膚,保持皮膚彈性,不粗糙,但含有大量脂肪,口服這類膠原蛋白容易發胖。因此建議服用魚膠原蛋白,它不含脂肪,不會引起身體發胖。

4、採用先進的技術生產出來的魚鱗膠原蛋白不含任何脂肪和嘌呤,相對魚皮來講,魚鱗膠原優於魚皮膠原:其灰分、脂肪、糖分、殘留均低於魚皮膠原蛋白,另外魚鱗膠原蛋白的含羥脯氨酸肽段的序列更全面,所以營養更綜合更全面,和人體的親和性最好。

12 膠原蛋白 -爭議

截至2013年,膠原蛋白口服是否可以吸收、其美容功效到底如何,尚未有科學的證實。因此,在商家和部分醫學專家之間,膠原蛋白還是一個存在爭議的保健品。

2013年5月21日,北京積水潭醫院燒傷科主治醫師「燒傷超人阿寶」通過微博表示,所有口服膠原蛋白保健品「全是騙人的」,引發熱議。該微博在20小時內被轉發31601次。有網友稱服膠原蛋白「有效果」,「燒傷超人阿寶」表示,「吃高價膠原蛋白(肽)美容,無效是最好的結果,如果有效反而危險,因為裡面幾乎肯定添加了雌激素。」

北京朝陽醫院皮膚科專家曹梅認為,該說法可能有些絕對,但膠原蛋白通過消化道吸收的途徑確實不可靠,不太可能因此達到美容效果。

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