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第一部分 膠原蛋白肽的基本概念
1. 什么是蛋白質、氨基酸、肽？
蛋白質（Protein）是一種復雜的有機化合物。是由一條或多條多肽鏈組成的生物大分子，每一條多肽鏈是由二十至數百個氨基酸通過脫水縮合連成，氨基酸是組成蛋白質的基本單位。多個蛋白質可以結合在一起形成穩定的蛋白質復合物，折疊或螺旋構成一定的空間結構，從而發揮某一特定功能。蛋白質的不同在于其氨基酸的種類，數目，排列順序和肽鏈空間結構的不同。
蛋白質是生命的物質基礎，沒有蛋白質就沒有生命。因此，它是與生命及與各種形式的生命活動緊密聯系在一起的物質。機體中的每一個細胞和所有重要組成部分都有蛋白質參與。蛋白質占人體重量的16%~20%，即一個60kg重的成年人其體內約有蛋白質9.6~12kg。人體內蛋白質的種類很多，性質、功能各異，但都是由20多種氨基酸按不同比例組合而成的，并在體內不斷進行代謝與更新。蛋白質又分為完全蛋白質和不完全蛋白質。富含必需氨基酸，品質優良的蛋白質統稱完全蛋白質，如奶、蛋、魚、肉類等屬于完全蛋白質，植物中的大豆亦含有完全蛋白質。缺乏必需氨基酸或者含量很少的蛋白質稱不完全蛋白質，如谷、麥類、玉米所含的蛋白質和動物皮骨中的明膠等。
氨基酸（amino acid）：含有氨基和羧基的一類有機化合物的通稱。是構成生物功能大分子蛋白質的基本組成單位，賦予蛋白質特定的分子結構形態，使它的分子具有生化活性。兩個或兩個以上的氨基酸化學聚合成肽，是一個蛋白質的原始片段，是蛋白質生成的前體。氨基酸（amino acids）廣義上是指既含有一個堿性氨基又含有一個酸性羧基的有機化合物，正如它的名字所說的那樣。但一般的氨基酸，則是指構成蛋白質的結構單位。在自然界中共有300多種氨基酸，人體能消化吸收以及利用的氨基酸只有22種，其中α-氨基酸21種（氨基連在α-碳上的稱為α-氨基酸）。組成蛋白質的氨基酸均為α-氨基酸。α-氨基酸是肽和蛋白質的構件分子，也是構成生命大廈的基本磚石之一。
必需氨基酸（essential amino acid）： 指人體（或其它脊椎動物）不能合成或合成速度遠不適應機體的需要，必需由食物蛋白供給，這些氨基酸稱為必需氨基酸。8種必需氨基酸即亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蘇氨酸、賴氨酸，成人必需氨基酸的需要量約為蛋白質需要量的20%～37%。半必需氨基酸或條件必需氨基酸：人體雖能夠合成，但通常不能滿足正常的需要，因此，又被稱為半必需氨基酸或條件必需氨基酸，組氨酸為小兒生長發育期間的必需氨基酸，精氨酸、胱氨酸、酪氨酸、?；撬釣樵绠a兒所必需。人體對必需氨基酸的需要量隨著年齡的增加而下降，成人比嬰兒顯著下降。這幾種氨基酸對成人則是非必須的。非必需氨基酸（nonessentialamino acid）：指人（或其它脊椎動物）自己能由簡單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等13種氨基酸，可以用葡萄糖或是別的礦物質來源制造。
肽（peptide）是介于氨基酸和蛋白質之間的物質，是一種有機化合物，由兩個或多個氨基酸結合而成，是一種兩性化合物。氨基酸與氨基酸之間以肽鍵相連。兩個氨基酸以肽鍵相連的化合物稱為二肽；三個氨基酸以肽鍵相連的化合物稱為三肽，以此類推。一般認為，含10個以上氨基酸的肽稱為多肽（polypeptide），含10個以下氨基酸的肽稱為寡肽或者低聚肽（oligopeptide）。而50個氨基酸以上的則為蛋白質。組成多肽的氨基酸單元稱為“氨基酸殘基”。多個肽進行多級折疊就組成一個蛋白質分子。是涉及生物體內多種細胞功能的生物活性物質。
截止2003年9月，生物體內已發現幾百種肽，是機體完成各種復雜的生理活性必不可少的參與者。所有細胞都能合成多肽物質，其功能活動也受多肽的調節。它涉及激素、神經、細胞生長和生殖各領域，其重要性在于調節體內各個系統器官和細胞。肽優于氨基酸，一是較氨基酸吸收快速；二是以完整的形式被機體吸收；三是主動吸收（氨基酸屬被動吸收）；四是低耗，與氨基酸比較，肽吸收具有低耗或不需消耗能量的特點，肽通過十二指腸吸收后，直接進入血液循環，將自身能量營養輸送到人體各個部位；五是肽吸收較氨基酸，具有不飽和的特點；六是人體可利用氨基酸只有22種，功能可數，而肽以氨基酸為底物，可合成上百上千種。分子量段在5000～180之間的才能稱為肽。分子量段在5000～10000之間的稱為大肽。分子量段在1000～180之間的稱為小肽、寡肽、低聚肽，也稱為小分子活性肽，一般由2--6個氨基酸組成，與其他肽的區別是，在人體不需消化，即可直接吸收。生物學家將肽稱為“氨基酸鏈”，將小分子活性肽統稱為“生物活性肽”。
2. 什么是膠原蛋白、膠原蛋白肽？
膠原蛋白（也稱膠原）是細胞外基質的一種結構蛋白質，動物結締組織中的主要成分，也是哺乳動物體內含量最多、分布最廣的功能性蛋白，英文名“collagen”，由希臘文演化而來，多糖蛋白，呈白色，含有少量的半乳糖和葡萄糖，是細胞外基質（ECM）的主要成分，約占膠原纖維固體物的85%。膠原蛋白是動物體中普遍存在的一種大分子蛋白，主要存在于動物的結締組織（骨、軟骨、皮膚、腱、韌等）中，占哺乳動物體內蛋白質的25%～30%，相當于體重的6%。在許多海洋生物，如魚類的皮，占其蛋白質含量甚至高達80%以上。與組織的形成、成熟、細胞間信息的傳遞，以及關節潤滑、傷口愈合、鈣化作用、血液凝固和衰老等有著密切的關系。對機體和臟器起著支持、保護、結合以及形成界隔等作用。除了生物力學方面的以外，還具有諸如信號傳導、生長因子與細胞因子的運輸等功能。膠原蛋白也是生物科技產業最具關鍵性的原材料之一，在醫學材料、化妝品、食品工業等均有著廣泛應用。
膠原蛋白肽（collagen peptide），是采用生物酶解技術從膠原蛋白中制備獲得的低分子量膠原蛋白肽類混合物，其分子量分布一般在10 kDa以下。膠原蛋白肽，除了具有膠原蛋白諸多的生理活性以外，還具有膠原蛋白所不具有的特性。與膠原蛋白相比，膠原蛋白肽分子量更低，具有更好的消化吸收性。長期以來，人們僅僅把食物蛋白質當作一種營養豐富的成分，認為蛋白質只有消化成氨基酸才能被吸收，它只能為人體提供充足的氮源和必需氨基酸。事實上，小分子寡肽有其獨立的吸收運轉機制。研究表明，蛋白質降解產物大部分是二三個氨基酸殘基組成的寡肽，它們能以完整形式被吸收進入血液循環系統。經過深入的研究，發現在小腸存在一個寡肽的吸收通道，稱之為寡肽載體。隨著寡肽載體的發現，“寡肽能被完整吸收”的觀點也不再是許多人認為的“非主流發現”，而是現代營養學發現的一個明確的科學事實。此外，許多其他研究表明，膠原蛋白肽還具有低致敏性、抗氧化、抗疲勞、增強免疫力、促進礦物質吸收、延緩皮膚衰老、促進骨骼形成等方面的作用。
市場上膠原蛋白肽產品的名稱繁多，常見的有膠原蛋白、膠原蛋白肽、膠原蛋白多肽、膠原肽、膠原多肽、水解膠原蛋白等，也有的稱做小分子膠原蛋白、膠原蛋白水解物。之所以出現如此繁多的名稱，是因為市場對于膠原蛋白的概念沒有理清。書面講的膠原蛋白，是專指天然存在于動物體內的結構蛋白。它屬于大分子蛋白質，且溶解性和加工性能相對較差。而實際上，市面上的膠原蛋白產品大部分都是經過酶解小分子化，分子量比普通整蛋白要小很多，且水溶性很好。因此，嚴格意義上講，市面上的膠原蛋白產品其本質是膠原蛋白肽產品。
第二部分 膠原蛋白肽的功能與消化吸收
1. 膠原蛋白的作用？
在相當長的一段時間里，人們認為膠原蛋白對皮膚、關節等具有很多益處。事實上，膠原蛋白由獨特的三股超螺旋構成，性質十分穩定，一般的加工溫度及短時間加熱都不能使其分解，從而造成其消化吸收比較困難，不易被人體充分利用。近年來研究發現，真正可以發揮生理功效的是一些分子量較小的膠原蛋白水解物，被統稱為膠原蛋白肽。目前國際與國內的眾多研究表明膠原蛋白肽才能最大程度地發揮各種功能。
2. 膠原蛋白肽的功效？
近年來，膠原蛋白肽的研究已引起人們廣泛重視，如抗氧化性，抗菌活性，降脂效應，免疫調節活性和對皮膚,骨骼和關節的有益作用，其獨特的生理功能和物化特性成為國內外研究的熱點。目前膠原蛋白肽已經被廣泛應用于制藥業及保健食品業，作為改善皮膚和軟骨組織的食品補充劑。
2.1. 膠原蛋白肽對皮膚的作用
延緩衰老已成為研究的熱門話題。皮膚是人體中最大的和最外層器官，大約從25歲開始就可以在表皮、真皮層和皮下組織中觀察到皮膚衰老的跡象。皮膚的衰老過程可以分為內在老化、光老化。研究表明，內在老化主要是由于年齡的增長，支撐皮膚的彈力網斷裂，皮膚組織萎縮，塌陷，體現在皮膚表面變得粗糙、干燥，松弛，皺紋，色斑等衰老現象。另一方面，受太陽紫外線照射而引起的皮膚老化，即光老化，比內在老化給皮膚帶來的傷害更為明顯和迅速。臨床觀察，內在老化下衰老的肌膚顯得光滑，蒼白，并且幾乎觀察不到皺紋，而光老化下衰老的肌膚，相比之下可以明顯觀察到皮膚表面粗糙，褶皺，并且伴隨色素沉淀以及毛細血管擴張。
2.1.1 促進纖維合成
成纖維細胞是皮膚真皮中最主要的細胞成分，在合成分泌纖維和細胞外基質中扮演著重要的角色。隨著年齡的增長，皮膚老化突顯，眾多的臨床表現都與成纖維細胞數量減少、合成功能下降或異常有關。早在1978年，就有研究證明膠原蛋白肽可以促進成纖維細胞的趨化反應?？茖W家們發現膠原蛋白肽對豬皮膚成纖維細胞和膠原纖維密度具有有益的影響；口服吸收的膠原蛋白肽可特異性地作用于膠原蛋白含量豐富的組織中的膠原蛋白纖維，例如跟腱、真皮。這些研究都表明，口服膠原蛋白肽可促進真皮膠原蛋白纖維合成、成纖維細胞增殖。
2.1.2改善皮膚水分功能
皮膚的角質層中所含水分應在10%-20%之間，通常低于10%就會干燥，進而引起皮膚粗糙，皺紋增多等現象。從目前文獻報道來看，以膠原蛋白肽改善皮膚水分的研究包括外部涂抹和經口食用兩個途徑。
國內科學家研究證明含有膠原寡肽成分的眼霜可以顯著地增加皮膚角質層的含水量，并能改善眼周皺紋。人體試驗證實，口服海洋魚皮膠原低聚肽對于改善皮膚水分具有明顯的效果，皮膚干燥受試者每天攝入海洋魚皮膠原肽2.7克，連續30天，皮膚水份得到明顯改善。
國外的研究也證明膠原蛋白肽對皮膚的吸水、保水能力具有促進作用。日本科學家使用平均分子量為3000—5000Da豬皮膠原蛋白肽，以日本39名女大學生為對象，驗證口服膠原蛋白肽對皮膚的影響。結果發現，服用膠原蛋白肽30天后，皮膚吸水能力有增高的傾向，并且未發現血檢異常。這說明口服膠原蛋白肽可以提升角質層含水量而不會導致血液異常。德國科學家研究了膠原蛋白肽對影響皮膚老化的皮膚生物物理參數所起的功效，結果表明，攝取膠原蛋白肽使皮膚彈性得到了顯著的增加，年長女性的皮膚彈性改善效果尤為顯著。其中約98%的女性在停用膠原蛋白肽后，皮膚彈性的改善效果依然明顯。并且就皮膚水分保持而言，水解膠原蛋白在這方面也有積極作用的傾向。整個研究過程中，也未發現任何副作用。
有關其作用機理有研究發現，膠原蛋白肽可促進透明質酸合成。透明質酸（玻尿酸）是人皮膚表皮層及真皮層的主要基質成分之一，皮膚中透明質酸（玻尿酸）含量的減少及破壞，可造成皮膚失水，起皺而失去彈性，使人皮膚衰老。因此膠原蛋白肽改善皮膚的作用機理與透明質酸有很大的關系。另外，膠原蛋白肽與人皮膚膠原的結構相似，相容性好，存在著離子鍵、氫鍵等相互作用；由于其分子量小可以擴散到皮膚的深層，同時含有大量的羥基，因此它有著相當好的保濕作用。
2.1.3抗皮膚老化與防紫外線損傷
國內實驗證明，海洋魚皮膠原肽可促進真皮層中成纖維細胞增多且活躍，可以有效延緩皮膚衰老。膠原蛋白多肽可有效改善紫外線誘導的光老化皮膚膠原纖維的受損程度。膠原蛋白肽保護皮膚的作用與提高機體抗氧化活性有直接關系，也可能與膠原蛋白肽可以促進皮膚膠原蛋白的合成有關。國外的研究還發現，口服膠原蛋白肽可抑制UVB引起的皮膚損傷。日本科學家發現：口服膠原蛋白肽能顯著提升角質層含水量，防止角質層因UVB照射而增厚，改善了皮膚狀況。
2.1.4減少黑色素形成與祛黃褐斑功能
皮膚中黑色素的含量與分布是決定皮膚顏色及色斑的主要因素。黑色素聚集即形成色斑。黑色素是酪氨酸在酪氨酸酶的作用下經過一系列復雜的反應而形成的產物。所以，現代科學研究常通過受試物對酪氨酸酶活性的抑制能力，來判斷其減少黑色素形成和消除色斑的能力。研究發現20g/L質量濃度的魚膠原肽溶液的酪氨酸酶抑制率可以達到30%以上。分別選擇相對分子質量分別為10 000Da、4 000Da、1000Da的海洋膠原肽組分進行研究，發現其抑制酪氨酸酶活性隨相對分子質量的減小而增大，且清除自由基和抑制酪氨酸酶的最大活性相對分子質量都集中在1000Da以下。以魷魚皮、日本刺參來源的膠原蛋白多肽研究發現，能明顯降低B16黑素瘤細胞黑素含量，抑制酪氨酸酶活性。
以分子量小于1000Da的海洋魚皮膠原肽進行人體研究，發現面部有黃褐斑者口服海洋魚皮膠原肽每天2.7克，持續30天，黃褐斑的顏色深淺及黃褐斑的面積均明顯降低。抑制酪氨酶的活性，減少黑色素的形成，可能是祛黃褐斑的內在機制。
2.1.5促進皮膚傷口愈合
皮膚與結締組織中最主要的蛋白質是膠原蛋白。手術等創傷造成皮膚損傷，加速膠原蛋白的破壞與流失。及時給予一定量的膠原蛋白肽對于加速傷口愈合具有明顯效果。手術傷口組織學觀察，海洋膠原肽組傷口表皮愈合較對照組完整，瘢痕組織和炎性細胞均明顯少于對照組，傷口組織膠原纖維的數量明顯多于對照組。
皮膚膠原蛋白合成的速度與動物的年齡有關。膠原肽促進皮膚傷口愈合是否在不同的年齡，作用是否一致，尚需進一步研究。
2.2. 膠原蛋白肽對骨關節的作用
2.2.1 促進骨骼生長，防止更年期骨密度降低
德國科學家于2003年對體外培養的牛軟骨細胞進行處理，發現膠原蛋白水解物可以顯著地提高軟骨細胞中II型膠原蛋白的合成。眾多實驗證明了膠原蛋白水解物對動物和人骨骼的生長和代謝有積極的影響。日本科學家實驗證明水解膠原蛋白的攝入（膳食中含20%蛋白質，其中30%為水解膠原蛋白）在成長期可以提高大鼠骨骼的密度。通過給去卵巢大鼠補充膠原蛋白肽，可以阻止其因為雌激素缺乏而引起的椎骨骨質疏松。海洋魚骨膠原肽還能有效預防去卵巢大鼠的股骨丟失。以海洋魚骨膠原肽制備的營養制劑給骨質疏松患者食用，能夠促進骨骼增長，并能改善骨疼、四肢活動障礙等癥狀。
2.2.2 對關節的作用
2005-2006年進行為期24周的流行病學實驗中，膠原蛋白水解物服用組在站立、休息等情況下的膝關節疼痛均有所改善。結論顯示膠原蛋白水解物有保護關節健康減少高危人群關節退化風險的作用。有研究表明口服膠原蛋白水解物可增加骨骺中蛋白聚糖的量，同時也能夠減輕膝關節關節炎軟骨破壞所帶來形態學的變化。在美國，膠原蛋白水解物廣泛地應用于關節炎患者的輔助治療，并取得了一定的效果。在減輕患者疼痛、提高治療效果等方面均有作用。給中老年女性膝骨關節炎患者每天服服用膠原蛋白肽8克，連續3個月，有效緩解關節疼痛，改善關節功能。膠原蛋白肽這一方面的作用對于預防人的骨質疏松、預防關節損傷是有利的。
2.3抗氧化功能
國內關于膠原蛋白肽抗氧化功能的研究涉及多個來源的膠原蛋白肽，對體外、體內（動物和人體）的抗氧化作用均有研究。
2.3.1體外抗氧化研究
對以深海三文魚皮為原料提取的低聚肽（相對分子質量范圍為100～860）海洋膠原肽進行了體外抗氧能力的研究，海洋膠原肽對于亞油酸自氧化的抑制率達到58.69%。對河豚魚皮膠原蛋白肽的三個分子質量范圍的肽段進行抗氧化活性研究，證實隨著河豚魚皮膠原蛋白肽分子質量的減小，其清除自由基的能力及還原性增強。說明在膠原肽中存在具有較強抗氧化能力的肽段。
以豬皮膠原蛋白制備的膠原肽也表現出體外抗氧化作用。豬皮膠原多肽在10mg/mL～50mg/mL濃度范圍內具有一定的抗氧化能力，且隨著濃度的增加抗氧化作用也增強。
來自于動物骨骼等組織的膠原蛋白肽也具有體外抗氧化作用。從鱈魚骨提取的膠原蛋白肽對自由基有一定的清除能力，而且其清除能力隨樣品質量濃度的增大而增強。
研究報道，其他來源的膠原蛋白肽，如扇貝裙邊膠原蛋白肽、多棘海盤車體壁膠原蛋白肽、海棒槌膠原蛋白、東海海參膠原蛋白多肽也均有體內外抗氧化作用。
2.3.2體內抗氧化研究
對于膠原蛋白肽體內的抗氧化作用的研究，基本上都是通過觀察血清及肝、腦等組織器官中的抗氧化酶的改變進行判定。魷魚皮膠原蛋白肽的抗氧化活性以分子量小于2000Da的組分對自由基的清除效果更好。對分子量小于1000Da的海洋膠原肽的抗氧化作用實驗中，試驗組大鼠血清SOD活力明顯提升，并有效降低血清MDA的水平。研究也發現，無論是魚皮來源還是骨來源的膠原蛋白肽在機體的多個組織中均表現有抗氧化能力。
口服海洋膠原肽的抗氧化作用在人體也經過科學驗證。健康受試者口服海洋魚皮膠原肽后，抗氧化能力明顯提升。而未服用海洋膠原肽的受試者無明顯改變。
可見，海洋魚皮膠原低聚肽在人體內和動物體內都具有抗氧化作用，但具體抗氧化指標的變化程度還存在一定的差異。
雖然多個研究者對膠原肽的抗氧化作用進行了研究，但無論是在體外試驗，還在在體內試驗中，由于不同試驗中所用的膠原肽在來源、水解程度、分子量及肽段構成方面均不同，所以在產生抗氧化作用的膠原肽劑量或抗氧化強度方面尚不具有可比性。
2.4膠原蛋白肽的免疫方面功能
2.4.1免疫調節功能
2013年美國科學家驗證了鯊魚軟骨提取物中可以介導人類白細胞的細胞活素反應的生物活性物質。當提取物和蛋白酶共同作用時，致細胞活素反應的能力減少了80%，據此可見其活性成分可能是一種蛋白質類物質。實驗中鑒定了活性成分分子的類型，證明其為一種小分子的糖蛋白，據分析這種分子是來源于鯊魚的二型膠原分子。
2.4.2抗菌作用
西班牙科學家通過制片擴散法測定了金槍魚和魷魚膠原蛋白水解物對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌以及魚類腐敗菌的抗菌作用，發現其對其中某些特定菌群具有抗菌作用。
2.5其他功能研究
海洋膠原肽能夠明顯提高慢性腎功能損傷大鼠血清肌酐和尿素氮的清除率，對腎小管細胞結構、線粒體結構及腎小球基底膜均有明顯的保護作用。膠原蛋白肽能明顯抑制去卵巢大鼠胰腺細胞凋亡，保護胰腺組織減輕炎癥損傷變性壞死，提示對于高血糖及糖尿病人具有良好的干預效果。海洋膠原肽可以明顯提高老齡小鼠的空間學習記憶能力和被動回避能力。這些研究為膠原蛋白肽在營養改善慢性退行性疾病方面的應用提供了依據。
3． 膠原蛋白肽的消化與吸收？
近年來有很多學者對肽的消化吸收機制進行了研究，認為肽在動物體內可以被完整吸收并被機體利用。實驗發現，腸道能完整地吸收轉運雙苷肽（小肽的一種）；并且通過喂養小鼠雙苷肽，在血液中也檢測到了雙苷肽的增加，證明肽并沒有被分解成氨基酸，而是以完整的雙苷肽形式直接被吸收到體內，進入血液。有研究證明在小腸黏膜上發現肽載體，表明肽能完整地通過腸黏膜細胞進入體循環。20 世紀 90 年代，肽可以完整的形式被吸收進入循環系統而被組織利用。近幾年來，有關肽在動物體內的吸收機制、載體的特性以及肽生理特性的研究取得了很大的進展。肽在動物體內可以被完整吸收的觀點得到了進一步的確證和發展。肽比游離氨基酸轉運速度更快。
許多試驗表明，肽的添加還可以提高氨基酸的吸收速度。1973年英國科學家發現在肽已經被完全吸收后，消化道內腔還滯留著高濃度的游離氨基酸。1986年，在探討飲食中最合適的蛋白源時，日本科學家分別對比了大分子蛋白、小分子蛋白和游離氨基酸，發現小分子蛋白的吸收率明顯高于大分子蛋白和游離氨基酸的吸收率。推斷這是因為在吸收過程中，肽是直接被細胞吸收，遠遠快于以滲透方式進入腸壁的氨基酸。這一結果也說明蛋白有兩種吸收方式，一種是以氨基酸的形式被吸收，另一種則是以肽的形式進入體內。此外肽還能增加蛋白質沉積率，因為肽能促進體蛋白質的合成?，F在小分子肽可以被腸道直接吸收的觀點，已經被大多數人理解并接受。
膠原蛋白肽作為一種小分子肽，也同其他肽類成分相同，可直接被腸道吸收，進入血液，達到皮膚、肝臟、腎臟等身體各個部位。德國科學家實驗發現小鼠攝取膠原蛋白肽12h后95%的膠原蛋白肽進入到體內，出現在血液、皮膚中，并且攝入96h后還能觀察到膠原蛋白肽的在這些部位的存在。之后臨床研究也發現，膠原蛋白肽主要以二肽的形式被吸收到血液中。實驗證明Pro-Hyp二肽能不被血液中的酶分解，所以可以較長在血液中滯留，發揮其生理功效。
第三部分 膠原蛋白肽的來源與制備
1.膠原蛋白肽的原料來源
1.1 陸生動物來源
畜牧業大量制造出陸生動物食品加工的副產物，包括豬、牛、羊、雞等動物的皮膚和骨骼。這些都可以作為提取膠原蛋白肽的大宗原料來源。目前全球動物膠原蛋白的產量超過24×104噸，其中大部分都是豬和牛的皮骨。
1.2 水生動物來源
長期以來，生產膠原蛋白肽都是使用豬牛的皮骨為原料。但近年來因為瘋牛病、口蹄疫、禽流感等牲畜疾病的爆發以及穆斯林信仰者的述求，人們轉而從水產食品加工副產物中尋找替代原料，其中魚皮和魚骨就是理想的提取膠原蛋白的水產原料。
以三文魚皮為原料，采用中性蛋白酶制備得到分子量在180～1000Da之間的膠原蛋白低聚肽，其膠原蛋白肽的得率高達74.28%。采用酶解法從羅非魚皮中制取膠原蛋白肽，選用動物蛋白水解酶，獲得最高的蛋白回收率為92.97%。采用熱水提取法提取鱈魚骨中的膠原蛋白，并采用中性蛋白酶、酸性蛋白酶和胃蛋白酶等不同的蛋白酶，分別進行酶解獲得了鱈魚骨膠原蛋白肽。以草魚魚鱗為對象，通過木瓜蛋白酶酶解可得到分子量在200～5000 Da之間的草魚魚鱗膠原蛋白肽。以海參體壁為原料，研究酶解法制備海參膠原蛋白肽的最佳工藝條件，獲得海參膠原蛋白肽最佳水解度為17.76%?？傊?，由于魚類的特殊生存環境特別是海洋魚類的生物活性多樣性，從海洋魚類中提取膠原蛋白肽的研究和產業化呈現很好的發展趨勢。
2.膠原蛋白肽的制備工藝
膠原蛋白肽的制備技術從上個世紀中葉開始就已有研究。長期以來，人們一直通過酸法或者堿法從動物皮骨等原料中提取并水解膠原蛋白。但是此類酸堿法水解膠原蛋白的制備工藝，存在污染大，能耗高，水解專一性差等問題，而且大部分都降解成了游離氨基酸。隨著膠原蛋白肽的產業不斷升級，膠原蛋白肽的制備工藝也經過了較大的改進并逐漸成熟。原來的酸堿法逐漸被蛋白酶水解技術所替代。酶法水解制備膠原蛋白肽，具有條件溫和，污染小，專一性強等優勢。制備出的膠原蛋白肽分子量一般在幾百道爾頓至幾千道爾頓不等。
由于所使用的原料差異，以及采用的設備差異，各種膠原蛋白肽的制備工藝細節方面不盡相同。概括來講，膠原蛋白肽的制備工藝可以歸納為原料預處理與膠原提純、膠原蛋白酶解、肽的分離純化、濃縮干燥成粉等4個步驟，最終獲得膠原蛋白肽成品。
2.1 原料預處理與膠原提純
由于膠原蛋白是一種纖維狀蛋白，對稱性差，分子結構類似于纖維，溶解性差，所以人們常認為膠原蛋白是一種不溶性蛋白。無論是采用豬牛的皮骨還是魚皮魚鱗為原料，都需要首先去除原料中的脂肪和色素等雜質，再根據膠原蛋白的特性，改變蛋白所在的外界環境，把膠原蛋白與其他蛋白質分離開來，實現膠原蛋白的提純。一般來講，膠原蛋白提純方法可分為四類，即酸法、堿法、鹽法以及熱水浸提法等。在讓膠原蛋白在特定條件下發生溶解或者沉淀，獲取完整結構的高純度膠原蛋白。
2.2 膠原蛋白酶解
根據膠原蛋白肽的特定質量要求，如水解度、肽含量、分子量大小、游離氨基酸以及特征性氨基酸含量等多個指標，篩選不同來源的蛋白酶及其組合。所使用的蛋白酶必須是安全性高的食品級蛋白酶。目前，比較常用的食品級蛋白酶按照來源分，包括了動物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。其中屬于動物蛋白酶的有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，屬于植物蛋白酶的有木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶，屬于微生物蛋白酶的有通過地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、米曲霉、黑曲霉等發酵產生的堿性蛋白酶、中性蛋白酶等。在酶解過程中，加酶量、酶解時間、溫度以及pH是主要的工藝參數。在酶解結束時，通過升溫或者調解pH來終止酶解反應。
2.3 肽的分離純化
膠原蛋白酶解液通過一系列的分離純化工藝，盡可能地出去雜質、未酶解的蛋白質以及游離氨基酸。常用的分離純化手段，包括了離心分離、樹脂分離以及膜分離等工藝。一般而言，為了獲得最佳的分離純化效果，需要組合不同的分離純化手段，才能最終獲得更純的膠原蛋白肽。
2.4 濃縮干燥
為了節約能耗和提高效率，將膠原蛋白肽液經過濃縮步驟，蒸發出一部分水分，提高肽液的濃度，一般濃縮后的濃度在20%～45%之間。然后通過噴霧干燥等干燥設備，將膠原蛋白肽液最終干燥成膠原蛋白肽粉，并包裝成成品。
第四部分 膠原蛋白肽的發展
1. 目前市售的膠原蛋白肽市場情況？
1.1國外膠原蛋白肽市場情況
膠原蛋白肽不僅應用在營養補充食品中，也使用在保健品和化妝品中。在化妝品中，膠原蛋白肽被配制成面霜和面膜來使用，這些產品主要在北美和亞洲地區銷售。在歐洲，膠原蛋白肽被設計成更精細的產品，用于消除衰老的痕跡，例如皺紋和皮膚彈性下降。在保健品應用中，膠原蛋白肽以不同的形式出現。以傳統的片劑和膠囊形式出現，則是用于強化食品。更多的產品包括速溶食品，方便食品，酸奶，乳飲料，強化口香糖，糖果，零食等。
在北美地區，含有膠原蛋白肽的營養棒是最主要的應用。膠原蛋白肽和牛奶，植物蛋白一起應用于蛋白質棒中，可以將蛋白含量提高55%～60%。在亞洲，飲品是最主要的應用。膠原蛋白肽的固體飲料，或者與其他營養成分復配的產品，已經有著幾十年的市場銷售歷史。由于膠原蛋白肽的加工工藝的大幅改進，其口感和氣味均有了很大的改善，目前的膠原蛋白肽對于終端飲品的口感和風味已經沒有任何負面影響了，這樣既節約了加工時間，又節省了氣味掩蓋的費用。
膠原蛋白肽的另一大市場應用是改善骨質疏松的健康食品。根據世界衛生組織（WHO）的數據，從2003年以來，世界范圍內骨質疏松的流行呈上升趨勢，年增長率在3%。由此可以看出，骨質健康類食品的市場非常廣闊。數據顯示，美國范圍內關節和骨質健康產品市場在2008年就已經達到了32億美元。到2013年末，有可能上升到40億美元，并且全球都擁有類似的趨勢。
在國外膠原蛋白肽原料市場上，主要生產企業包括日本富士、法國羅塞洛、德國嘉利達等。此外在終端市場，日本的FANCL、DHC將膠原蛋白肽應用在美容和營養保健食品中，現已推出30余種含膠原蛋白肽的營養食品和護膚品?，F日本市場上，膠原蛋白肽被作為眾多功能性食品和蛋白飲料的原料，已普遍地應用于食品工業。產品形式包括粉劑、片劑、口服液、軟膠囊等。2003年后，日本市場的膠原蛋白肽年用量增加迅速，2009年后年用量已達到5000噸以上。
1.2 國內膠原蛋白肽市場情況
近幾年，膠原蛋白肽在我國發展迅速，市場容量迅速擴容。早在2005年，北京中食海氏在浙江舟山已經建成年產300噸海洋魚低聚肽生產線。國內本土的膠原蛋白肽生產企業大部分都于2005年以后成立。目前，包括北京中食海氏、北京中食月太在內的20余家企業，占據了國內國產膠原蛋白的主要原料市場。所生產的膠原蛋白肽涵蓋淡水魚、海洋魚以及豬牛皮骨等來源，基本上年產能都在幾百噸至1000噸左右。
隨著國內市場經濟的繁榮，國民收入水平的提高，人們對于健康品的需求與日俱增。國內膠原蛋白肽終端市場方面也越來越繁榮。涌現出一批膠原蛋白肽的專業品牌，如顏如玉、lumi等營養保健品公司。國內許多藥品、保健品巨頭以及食品生產龍頭企業紛紛投入和開發膠原蛋白肽產品。包括江中藥業、同仁堂、深圳海王、貴州百靈、 華北制藥、 東海制藥、 泰爾制藥等在內的藥企，在布局大健康產業的同時，把膠原蛋白肽產品作為一個非常重點的產品推向市場。國內保健品龍頭企業完美、天獅、湯臣倍健、養生堂等也爭相推出膠原蛋白肽產品。
2. 國際與國內對膠原蛋白肽產業的政策與評價標準？
2.1國際對膠原蛋白肽產業的政策標準
美國食品藥品監督局（FDA）食品安全中心關于膠原蛋白安全性聲明中認為，膠原蛋白產品作為藥品和食品成分對人體是安全的。同時，歐洲膠原蛋白生產聯盟(GME)和美國膠原蛋白生產聯盟(GMIA)均對膠原蛋白產品標準做出了明確的規定。歐盟認可魚（擬沙丁魚）肽類產品作為一種新型食品配料。日本2003年由厚生省批準的322 種“特定用保健食品” 中，在主要功能分類及使用原料中，就包括了大豆肽、沙丁魚肽、鰹魚低聚肽 、酪蛋白肽、乳清蛋白肽 、酪蛋白磷酸肽等。
目前在全球范圍內，膠原蛋白肽被作為新型食品配料在食品及營養產業中廣泛使用。
2.2國內膠原蛋白肽標準
目前，國內涉及膠原蛋白肽的相關國家標準也在逐漸完善中。相應的標準有兩項。
2.2.1海洋魚低聚肽粉（GB/T 22729-2008）
2008年，由中國食品發酵工業研究院牽頭，起草制定了國內首個包含膠原蛋白肽的國家標準——“海洋魚皮低聚肽粉標準”(GB/T 22729—2008 )。本標準適用于海洋魚低聚肽粉產品的生產、檢驗和銷售。標準中涉及海洋魚皮膠原低聚肽和海洋魚骨膠原低聚肽。標準由全國食品工業標準化技術委員會提出，由全國特殊膳食標準化技術委員會歸口。該標準明確提出了海洋魚皮膠原低聚肽粉的具體技術要求、試驗方法、檢驗規則以及標簽、包裝、運輸和貯存等方面的內容。全行業涉及到海洋魚的膠原白肽產品都需要符合這項國標的要求，從而規范了市場。該國標也為膠原蛋白肽市場規范奠定了法律基礎。
2.2.2淡水魚膠原蛋白肽粉（SB 10634-2011）
本標準適用于以淡水魚魚皮和魚鱗為原料，用酶解法工藝生產，相對分子質量低于5000Da肽段為主要成分的粉末狀產品的生產、檢驗和銷售。本標準由中國商業聯合會提出，中國商務部歸口。
可見，目前國內關于膠原蛋白肽的標準僅僅是對以海洋魚皮、骨和淡水魚皮、鱗為原料制備的膠原蛋白肽產品進行了規定。但是膠原蛋白肽來源很廣，以陸地的畜禽類動物的皮、骨為原料的膠原蛋白肽來源豐富，但尚缺乏相應的標準。
2.3.羥脯氨酸對于評價膠原蛋白肽的價值
2.3.1膠原蛋白肽中羥脯氨酸含量
與其他蛋白質相比，膠原蛋白一個顯著特點是羥脯氨酸含量比較高。但不同來源的膠原蛋白或膠原蛋白肽，羥脯氨酸含量又有差別。
水產品來源的膠原蛋白中羥脯氨酸普遍較低。每100克鮮三文魚皮中含蛋白質58.28g、羥脯氨酸0.6g（經過折算，每100克三文魚皮的蛋白質中含羥脯氨酸為1.03克）。人工養殖施氏鱘魚皮、鰭、肉及肝中羥脯氨酸的含量分別為0.68%、0.301%、0.028%、和0.012%。魷魚皮和鮭魚皮中的羥脯氨酸含量分別為0.823 %和2.247 %。在我國的兩個關于膠原蛋白肽的標準中也分別規定了羥脯氨酸的含量。海洋魚低聚肽粉（GB/T 22729-2008）中規定，海洋魚皮膠原低聚肽中羥脯氨酸含量≥3.0%，海洋魚骨膠原低聚肽中羥脯氨酸含量≥2.0%。淡水魚膠原蛋白肽粉（SB 10634-2011）中規定，羥脯氨酸含量≥5.5%。2014年中國食品發酵工業研究院的海洋魚皮膠原低聚肽檢測報告中羥脯氨酸含量的檢測值是10.2。
相比而言，陸地動物膠原蛋白中羥脯氨酸含量較高。新鮮豬皮中羥脯氨酸的含量為23.18mg/g（折合每100克豬皮中含羥脯氨酸2.318克）。以豬皮提取膠原蛋白后，測得其中羥脯氨酸含量達8.5%。
2.3.2羥脯氨酸對于評價膠原蛋白肽的價值
鑒別和評價膠原蛋白肽的優劣一直是學術界研究的方向。目前普遍采用總氮含量、低聚肽比例、分子量分布、羥脯氨酸含量等多個指標綜合評價。
羥脯氨酸是膠原蛋白中較為典型的一種成分，但以不同物種或不同組織部位提取的膠原蛋白肽中羥脯氨酸含量是不同的，不適宜使用一個固定的系數來推斷膠原蛋白含量的高低。目前尚沒有證據能夠證明羥脯氨酸的含量與膠原蛋白肽的營養健康作用呈正相關關系，也不宜作為評價膠原蛋白肽品質優劣的指標。
由于同一物種的同一組織部位的膠原蛋白中羥脯氨酸含量基本穩定，以羥脯氨酸含量作為膠原蛋白肽生產過程中的產品質量穩定性的一項控制指標是適宜的。
總之，動物體內含有豐富的膠原蛋白，利用生物酶解技術可制備膠原蛋白肽，其分子量大小依其水解程度而異。膠原蛋白肽的功能涉及抗氧化、皮膚健康、降血壓以及改善慢性病等多個方面，可作為開發營養與保健食品的配料使用。國內相關機構也在陸續制定相關標準以規范生產和應用。
3. 膠原蛋白產業的市場前景？未來的發展方向？
隨著全球膠原蛋白肽產業與市場的發展，拓展膠原蛋白肽的研究深度和開發廣度顯得越來越重要。特別是膠原蛋白肽在功能性食品/保健食品市場中的應用，提出膠原蛋白肽的口服安全性、功能性以及作用機理需要更加明確。這一塊是從事膠原蛋白肽的科研工作者需要繼續深入研究和探討的課題。同時，在市場應用方面，膠原蛋白肽目前主要的產品形式包括口服液或者膠原飲品、膠原蛋白肽粉劑或者沖劑等。目前產品的應用形式略顯單一，可供消費者選擇的余地不大。未來，口服膠原蛋白肽的產品開發應該向著更加多樣，更加便捷的方向發展。因此，我們有理由相信，膠原蛋白肽作為一種逐漸興起的功能性食品配料，必將在保健食品行業越來越受到認可和歡迎。
目前，國內外有大量研究數據證明膠原蛋白肽對皮膚、骨關節等都具有一定的改善效果，在免疫調節、抗氧化等方面也具有多樣的生理功能。在生物醫學領域，具有優越的營養特性以及加工特性的膠原蛋白肽作為天然食品提取材料，在開發新功能食品、保健品、化妝品、醫藥品和化工產品等方面有廣闊的發展前景。美國CTFA化妝品原料手冊錄用的天然物質和《功能性化妝品原料》中，很早就有選用的天然食物提取的膠原蛋白肽。在日本，肽食品已被作為健康食品推向市場，已經有膠原蛋白肽、氨基酸口服液等保健性食品上市。隨著科學技術的發展，人們的生活中將會越來越多地接觸到含有膠原蛋白的產品, 膠原蛋白產品將會越來越廣泛地被應用于醫藥、工業、生物材料等方面。
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