專業(yè):食品質量與安全091
學號:20090844104
姓名:劉緒超
膠原蛋白免疫在食品中的應用
摘要：膠原蛋白是哺乳動物體內含量最高的蛋白質, 起著支撐器官、保護機體的作用。近年來, 隨著膠原蛋白提取技術的發(fā)展和其結構、性質等的深入研究, 其水解產物和多肽的生物功能也逐漸被廣泛認識, 膠原蛋白的應用成為生物、醫(yī)學、食品、化妝品等領域一具新的研究熱點。本文概述了膠原蛋白的組成和結構特點, 并詳細介紹了膠原蛋白在功能保健食品、食品添加劑、食品包裝材料等食品領域中的廣泛應用。
關鍵詞：膠原蛋白; 食品工業(yè); 應用
引言：
膠原是蛋白質中的一種, 英文名“collagen”, 由希臘文演化而來。膠原是一種白色、不透明、
無支鏈的纖維蛋白質, 它主要存在于動物的皮、骨、軟骨、牙齒、肌腱、韌帶和血管中, 是結締組織極重要的結構蛋白質,起著支撐器官、保護機體的功能。膠原是哺乳動物體含量最多的蛋白質, 占體內蛋白質總量的25%~30%, 相當于體重6%[1]。
近年來, 隨著膠原提取技術的發(fā)展和其結構、性質等方面的深入研究,其膠原蛋白水解產物和多肽的生物功能也逐漸得到廣泛認同, 膠原蛋白的研究及其應用成了一個醫(yī)學、食品、化妝品等行業(yè)的研究熱點。
1 膠原蛋白
1.1 膠原蛋白的組成
膠原蛋白富含除色氨酸和半胱氨酸外的18種氨基酸, 其中維持人體生長所必需的氨基酸有7種。膠原蛋白中的甘氨酸占30%, 脯氨酸和羥脯氨酸共占約25%, 是各種蛋白質中含量最高的, 丙氨酸、谷氨酸的含量也比較高, 同時還含有在一般蛋白中少見的羥脯氨酸和焦谷氨酸和在其他蛋白質幾乎不存在的羥基賴氨酸,所以膠原蛋白的營養(yǎng)十分豐富。
1.2 膠原蛋白的結構特點
膠原蛋白是細胞外基質的結構蛋白質, 其分子在細胞外基質中聚集為超分子結構。分子量為300 ku。膠原蛋白最普遍的結構特征是三螺旋結構, 其由3條а鏈多肽組成, 每一條膠原鏈都是左手螺旋構型, 3條左手螺旋鏈又相互纏繞成右手螺旋結構, 即超螺旋結構[2]。
膠原蛋白獨特的三重螺旋結構, 使其分子結構非常穩(wěn)定, 并且具有低免疫原性和良好的生物相容性等。結構決定性質, 性質決定用途, 膠原蛋白的結構的多樣性和復雜性決定其在許多領域的重要地位, 膠原蛋白產品具有良好的應用前景。
1.3 膠原蛋白的分類與存在
膠原蛋白是一類蛋白質家族, 現(xiàn)已至少發(fā)現(xiàn)了30余種膠原蛋白鏈的編碼基因, 可以形成16種以上的膠原蛋白分子。根據它們在體內的分布和功能特點, 目前將膠原分成間質膠原、基底膜膠原和細胞外周膠原[2]。間質型膠原蛋白分子占整個機體膠原的絕大部分, 包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原蛋白分子, 其主要分布于皮膚、肌腱, 等組織, 其中Ⅱ型膠原蛋白由軟骨細胞產生; 基底膜膠原蛋白通常是指Ⅳ型膠原蛋白, 其主要分布于基底膜; 細胞周膠原蛋白通常中指Ⅴ型膠原蛋白, 在結締組織中大量存在。
2 膠原蛋白的應用
膠原蛋白按其應用可以分為食品級、一般級、醫(yī)藥級。食用膠原一般來源于動物的真皮、肌腱和骨膠原, 其中皮膠原是主要的食用膠原。食用級膠原通常外觀為白色, 口感柔和, 味道清淡, 易消化。膠原的獨特品質, 使得它在許多食品中用作功能物質和營養(yǎng)成分, 具有其它替代材料無可比擬的優(yōu)越性[3]: ①膠原大分子的螺旋結構和存在結晶區(qū), 使其具有一定的熱穩(wěn)定性; ②膠原天然的緊密的纖維結構,使膠原材料顯示出很強的韌性和強度, 適用于薄膜材料的制備; ③大量膠原被用作制造腸衣等可食用包裝材料, 其獨特之處是: 在處理過程中, 隨著水分和油脂的蒸發(fā)和熔化, 膠原幾乎與肉食的收縮率一致。而其他的可食用包裝材料還沒被發(fā)現(xiàn)具有這些品質; ④由于膠原分子鏈上含有大量的親水基團, 所以與水結合的能力很強, 這一性質使膠原在食品中可以用作填充劑和凝膠; ⑤膠原在酸性和堿性介質中膨脹, 這一性質也應用于制備膠原基材料的處理工藝中。
2.1 功能保健食品
2.1.1 預防心血管病食品
研究表明, 膠原蛋白可以降低血甘油三酯和膽固醇, 并可增高體內某些缺乏的必需微量元素的, 從而使其維持在一個相對正常的范圍之內, 是一種理想的減肥降血脂食品。此外, 膠原
蛋白在協(xié)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, 目前逐漸增多的老年癡呆癥與鋁的攝入量有關。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(huán)、對冠心病、缺血性腦病有利[4]。
膠原蛋白能使血管正常動作, 所以與預防動脈硬化、高血壓有密切的關系; 而癌細胞對生命體而言是一種異物, 膠原蛋白會包住癌細胞, 預防它增值或轉移。適合糖尿病、腎臟病患等重癥患者攝取優(yōu)質高蛋白保健食品。
2.1.2 補鈣食品
膠原蛋白的特征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, 它與羥基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, 膠原蛋白可成制成補鈣的保健食品。
2.1.3 特殊人群
婦科疾病的根源來自內分泌失調, 膠原蛋白能夠改善婦女疾病的困擾, 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松面對各種不適[5]。
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(zhèn)靜作用, 對焦慮癥、神經衰弱等有良好的治療作用[4]。
膠原蛋白食品, 在胃里可以抑制蛋白質因胃酸作用引起的凝聚作用, 從而有利于食物的消化; 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, 促進胃潰瘍愈合。
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。
2.2 食品添加劑
2.2.1 肉制品
用做肉制品改良劑, 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, 形成結構較為松散的小分子,加入肉制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(yǎng)。Meullenet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, 根據制品的需要, 可以用紅曲等食用色素將其染成近似于肌肉組織的桃紅色, 使消費者易于接受[6]。
2.2.2 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, 易溶于熱水中, 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粒的冰晶, 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%[7]。
2.2.3 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(yè), 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(wěn)定。在果酒釀造過程中也起到增稠劑, 乳化劑, 穩(wěn)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。
2.2.4 乳制品
膠原多肽可廣泛用于中性乳飲料、酸性乳飲料、鮮牛奶、酸奶等液態(tài)乳制品中, 起到抗乳清析出、乳化穩(wěn)定等功效, 也可添加于奶粉中, 既可提高奶粉的營養(yǎng)價值, 又可增強奶粉的功能性, 加速骨骼發(fā)育、增強智力、提高機體的免疫力。
2.2.5 糕點糖果
膠原多肽可添加至面包中, 添加量為3%~5%, 可延長面包的老化時間, 提高面包的體積及面包的松軟度。明膠具有吸水和支撐骨架的作用, 其微粒溶于水后, 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(wěn)定形態(tài), 承受較大的荷載也不會變形, 提高糖果的營養(yǎng)價值, 可開發(fā)低熱量糖果
2.3 食品包裝材料
2.3.1 人造腸衣
近年來, 各類香腸制品在肉制品中所占的比例越來越大, 天然的腸衣制品嚴重缺乏, 研究人員正致力于替代品的開發(fā)。以膠原蛋白質為主要的膠原腸衣本身是營養(yǎng)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(fā)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(fā)現(xiàn)具有這種品質[3]。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, 尤其是香腸類制品。人造膠原腸衣同時還具有口感好、透明度高、制作工藝簡單等特點, 利于大量生產, 開發(fā)前景好。
2.3.2 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(yǎng)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, 可以廣泛用于各類食品的保鮮。
2.3.3 涂層材料
明膠作為涂層材料在食品表面具有諸多優(yōu)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(xiàn)象; ③使食品表面有光澤; ④作為穩(wěn)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(fā)性食品成分的保存性; ⑧調整溶解度, 等等[8]。
3 結束語
膠原蛋白作為一種重要的天然蛋白質資源, 無論在生物醫(yī)學、食品保健還是在化妝品、紡織行業(yè)中的應用都十分廣泛, 綜合利用方面的研究進展速度很快, 其良好的生物相容性、生物可降解性, 使在食品工業(yè)中的發(fā)展具有廣闊的應用前景。
參 考 文 獻：
[1] 蔣挺大,張春萍.膠原蛋白[M].北京: 化學工業(yè)出版社,2001: 1- 60.
[2] 顧其勝,蔣麗霞.膠原蛋白與臨床醫(yī)學[M].上海: 第二軍醫(yī)大學出版社,2003: 1- 58.
[3] 任俊莉,付麗紅,邱化玉.膠原蛋白的應用及其發(fā)展前景( 續(xù)) [J].中國皮革,2003,(1): 36- 38.
[4] 張心如.膠原蛋白食品倍受青睞[J].中國保健營養(yǎng),2003,( 7) : 32.
[5] 李昀.膠原蛋白在食品和化妝品中的應用[J].天津農學院學報,2005,(6): 53- 56.
[6] 陳秀金,曹健,湯克勇.膠原蛋白和明膠在食品中的應用[J].鄭州工程學院學報,2002,(1): 66- 69.
[7] 胡國華.功能性食品膠[M].北京: 中國輕工業(yè)出版社, 1997: 197- 206.
