胶原
取自 食品百科全书
中文名称：胶原（胶原蛋白） 英文名称：collagen １．胶原定义：
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胶原是一类不溶性纤维状蛋白质，是结缔组织的主要成分。动物体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总量的1/3 。遍布于体内各种器官和组织，如皮肤中胶原含量达71.9％。同一组织常含有几种不同类型的胶原，不过以某一种胶原为主。已发现的胶原肽链(α 链)有20余种，3 条α链按特定的组合形成 3股螺旋结构（图1）。各α链具有不同的化学组成及不同的免疫学特性。胶原可由成纤维细胞、软骨细胞、内皮细胞及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外，成为细胞外基质的主要成分。胶原的氨基酸组成独特，肽链上有共价连接的单糖或二糖,因此胶原属于糖蛋白,不过成熟胶原的糖链一般很短小。胶原的合成及分解代谢亦与一般蛋白质不尽相同。胶原的生理功能多样而且重要：除在组织中起支持、保护及连接作用外，还对细胞的形状、迁移、生长及分化有一定控制作用，胶原代谢障碍常可引起遗传性或获得性 。
２．胶原的特性：
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胶原属于不溶性纤维状蛋白质（硬蛋白类），在稀酸溶液中略加热则三股螺旋结构拆散，胶原亦溶解。冷却后仍可再形成纤维，但若煮沸则发生不可逆变性，成为明胶。胶原在热酸溶液中经超离心可得3 个分部：α、β及γ。 α部分是胶原的基本亚单位,由1000个左右氨基酸残基构成。β部分是α 链以共价键交联的二聚体。γ部分是共价交联的三聚体。由于胶原的氨基酸组成中不含色氨酸,含酪氨酸及蛋氨酸亦很少,其营养价值低。 ３．胶原的类型及组织分布：
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已确定的胶原类型有12种。有些形成纤维束，有的形成纤维网，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅸ、Ⅺ及Ⅻ胶原可形成超微结构上有横纹的纤维束，Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ及Ⅹ型胶原常形成超微结构上无横纹的纤维网。有横纹的胶原纤维的直径及方向因组织而异。这种胶原纤维束均由两种以上类型的胶原构成。例如皮肤的胶原纤维由Ⅰ型及Ⅲ型构成。成熟的真皮胶原中Ⅰ型占85％,胎儿则因胎龄的不同Ⅲ型胶原含量占10～50％,越年幼的皮肤组织所含Ⅲ型胶原的比率越高。以Ⅰ型胶原为主的粗大胶原纤维还存在于肌腱、韧带及骨中。以Ⅲ型胶原为主的纤维较细，存在于伸展性大的组织，如疏松结缔组织、血管壁及胎盘。Ⅱ型胶原形成细纤维，存在于透明软骨、髓核及玻璃体中。软骨Ⅱ型胶原纤维的表面存在着Ⅸ型胶原。其分子的长轴与纤维的长轴平行。Ⅸ型胶原的α2链具有共价结合的氨基聚糖(硫酸软骨素)链,其糖链环绕着Ⅱ型胶原纤维,可能具有限制纤维直径增加的作用。Ⅸ型胶原仅存在于软骨，可作为软骨形成的标志物。Ⅹ型胶原存在于增生性软骨，直接参与软骨内骨化，在骨折修复中起重要作用。不钙化的软骨不含Ⅹ型胶原，不经软骨介导钙化的膜状骨亦不含Ⅹ型胶原。Ⅸ型胶原存在于非软骨组织(腱及颅盖)，其氨基酸序列与Ⅸ型胶原具有同源性。Ⅳ型胶原不成束而成网，为基膜所特有。基膜紧靠上皮细胞及内皮细胞的基底部，将这些细胞与结缔组织隔离。Ⅳ型胶原网是基膜的支架结构，基膜中的数十种糖蛋白及蛋白聚糖可直接或间接与Ⅳ型胶原结合。Ⅶ型胶原构成表皮、舌、角膜、巩膜、羊膜以及口腔、阴道粘膜的基膜下锚定原纤维，使基膜与其膜下结缔组织牢固相连。缺乏Ⅶ型胶原及锚定原纤维者,由于表皮与真皮沿基膜分离,造成皮下及粘膜广泛起泡,导致表皮松解。Ⅵ型胶原构成独立的网状系统,存在于软骨及非软骨组织中，但不存在于基膜。围绕在脉管内皮的基膜外、平滑肌、神经及脂肪细胞的周围。并为人角膜基质的主要成分（约占角膜干重的25％）。
４．胶原蛋白的应用：
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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：
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大最胶原被用作制造肠衣等可食用包装材料．其独特之处是：在热处理过程中．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 。 ５．如何选择胶原蛋白产品：
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（1）工艺：胶原蛋白是美容健康食品，生产胶原蛋白通常采用水解和酶解两种方法，酶解技术，比水解明胶（或动物骨）的方法安全，不会因强酸、强碱的作用而破 坏其天然的化学结构。 （2）原料：好胶原蛋白原料为健康的动物皮，最终产品应该为多肽结构，专家指出，胶原蛋白的分子量接近3000Da左右最易于人体吸收 和利用。 （3）好的胶原蛋白无腥臭味，卫生、安全，水溶解性好、流动性好。
（4）好的胶原蛋白有效氨基酸含量高，如：（羟）脯氨酸、甘氨酸、赖氨酸等为促进人 体合成胶原物质的有效氨基酸。好的胶原蛋白这些氨基酸含量应该高。 （5）好的胶原蛋白应不含脂肪、糖、嘌呤、胆固醇、防腐剂等物质。 ６．胶原蛋白本质：
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猪脚、猪皮与骨骼都有一层粘稠状的胶质，吃起来软而具有弹性，也相当粘，这就是胶原蛋白。有许多药物是包以一层胶囊，胶囊的成分是明胶（gelatin）。而明胶是胶原蛋白的同类生化物质，结构类似，是胶原蛋白的一种变形产物。
食品中的果冻，软糖等也都添加有胶原蛋白，近年来一些化妆品也宣称都添加有胶原蛋白，可见胶原蛋白与日常生活有密切关系，只是一般人很少去注意而已。 胶原蛋白是人体骨骼、尤其是软骨组织中的重要组成成分。胶原蛋白就像骨骼中的一张充满小洞的网，它会牢牢地留住就要流失的钙质。没有这张充满小洞的网，即便是补充了过量的钙，也会白白地流失掉。通常情况下，骨质总量中的钙、镁、磷等无机物质仅占总量的百分之几，而胶原蛋白等有机物质却要占超过80%。对运动人群来说，关节的不断剧烈磨损会形成软骨损伤，短期内乃至永久地得不到恢复。对一般人来说，在25岁之后，体内的胶原蛋白就开始逐渐流失，尤其是女性，由于年龄造成的体内激素失调，流失的速度要比男性快数倍。因此维持关节和骨骼健康的最佳办法就是及时地补充钙质以及胶原蛋白。
７．胶原蛋白存在的部位：
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胶原蛋白属于动物性生质，在动物细胞中扮演着粘结功能的角色，广泛存在动物细胞，也是细胞外基质最重要的组成成分，也是动物结缔组织中最主要的一种结构性蛋白质。
人体成分有16%左右是蛋白质，而蛋白质中又有30-40%的胶原蛋白，所以，成年人身体中大约有3公斤胶原蛋白，主要存在的部位有皮肤，肌肉、骨骼、牙齿、内脏（如胃、肠、心肺、血管与食道）与眼睛等。
胶原蛋白存在于动物皮肤与骨胳中，如猪皮、牛筋、鸡及鸟的皮肤及骨骼中也含有大量的胶原蛋白。
虽然胶原蛋白来源很多，但目前工业上生产主要来自牛、猪、鸟及鱼的皮肤骨骼与筋肉等。
近年来生物技术学家也尝试以重组DNA（遗传工程）方法，将生产胶原蛋白有关的基因剪接到牛或羊等家畜细胞，借由牛乳或羊乳的分泌，可由乳汁中萃取得到胶原蛋白，这种以“基因转殖动物”（transgenic animals）来生产胶原蛋白的方法叫[动物工厂](animal bioreactor)，但目前仍处于研发阶段，尚未工业生产。
８．胶原蛋白在人体之功能：
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（１）对皮肤功能：保护、具适当弹性
皮肤可分表皮、真皮及皮下组织三层，最外表为表皮，只有0.2公厘厚，可防止外界异物入侵。由表皮外侧往内，依次是角质层、透明层、颗粒层、有棘细胞层及基底细胞层等五层细部结构，由于基底细胞层会有老旧细胞向上层顶升，大约两个星期左右到达最外层，所以角质层最后会成为污垢而剥落。 表皮下层，占有大部分结构的是真皮层，厚度为2公厘左右，又可分为三层，即乳头层、乳头下层及网状层等，大部分由蛋白质所构成，此部分蛋白质是同胶原蛋白及弹性蛋白（elastin）组成，其他则是神经、毛细血管、汗腺及皮脂腺、淋巴管及毛根等
皮肤成分中有70%是由胶原蛋白组成，皮肤有如一个大套子紧紧包住身体各处，表面积相当大，人体四肢活动时，皮肤中胶原蛋白发挥功能，使皮肤具有保护功能，又有适当弹性及坚硬度。 表皮的基底膜与真皮中的胶原蛋白紧密结合，真皮呈现波浪状也使得表皮随之起伏。手脚能自由弯曲，跳高时具有弹性，主要归功于胶原蛋白。胶原蛋白在皮肤结构中是紧紧包住真皮层中的毛根皮脂腺以及细胞。皮肤老化后会失去弹性，主要也与胶原蛋白有关。 胶原蛋白是维持皮肤与肌肉弹性的主要成分。但随着年龄增加，皮肤与肌肉中的水分会减少这是老化的开始。此时，胶原蛋白纤维开始变为细小，弹性蛋白之弹性也会减低，原先真皮中胶原蛋白与弹性蛋白交互构成有规则的网目结构会逐渐崩解，最后导致皱纹的生成。所以补充胶原蛋白能使皮肤保持年轻，道理即在于此。
（２）骨骼坚硬具弹性，不致疏松脆弱 骨骼中含钙质成分，当牙齿中所含钙质流失时会造成牙齿病变，容易蛀牙及得牙周病等，骨骼钙流失时则导致骨质疏松。胶原蛋白能使得钙质与骨细胞能结合，不致流失。 骨骼中的胶原蛋白流失时会使得骨中钙量也降低，此时只增加钙摄取量的话，也不易改善这种骨质疏松的现象，因为钙无法在骨中保住，多吃钙也会流失，主要由于胶原蛋白量已减少。所以要保住骨本，可由食物中摄取或是以胶原蛋白保健食品来补充。 真皮中胶原蛋白与弹性蛋白含量比例为45：1左右，而骨骼中胶原蛋白含量约占20%，在皮肤与骨中胶原蛋白都是主要蛋白质成分，以骨中总蛋白质量来计算的话则有80%是胶原蛋白。因为含有胶原蛋白，所以骨骼与牙齿在坚硬中同时还带有弹性。 骨骼与肌肉能够相互联接也是靠胶原蛋白，而此处的胶原蛋白特称为肌腱。骨与骨相连接部分，如膝盖、关节等软骨组织主要成分也是胶原蛋白，使得运动时筋骨可保持柔软而具有弹性。 一般动物筋骨中也含有许多胶原蛋白，称之为“骨胶原”，动物筋骨中能抽取胶原蛋白及明胶，可以用在医药及工业用途。
（３）胶原蛋白能使眼睛能够透光，眼角膜保持透明 眼角膜是眼睛中重要结构之一，其中所含胶原蛋白纤维呈现规则排列，此种结构不但可以让光线透过，也因为此种胶原蛋白纤维特殊的排列方式，眼角膜呈现透明。由于胶原蛋白是眼角膜主要成分蛋白质，所以以胶原蛋白为原料所制造的隐形眼镜很适合人体也就是身体合适性高，而且比其他材料为原料的隐形眼镜保水性还佳（图七）。
（４）促使肌肉细胞连接并具弹性与光泽 肌肉主要是由肌纤蛋白及肌球蛋白所构成，而细胞与细胞之间是利用胶原蛋白进行粘合的，同时也是身体构成材料之一。胶原蛋白分子所形成的立体骨架可以使身体保持良好姿势，并呈现适当柔软度。 吃牛肉时，常会有较为坚硬的[牛筋]，主要成分就是胶原蛋白。
（５）保护及强化内脏功能 人体主要的内脏器官及组织都含有胶原蛋白，在这些脏器表皮结构的下方是胶原蛋白，最大功能在保护及强化脏器，例如胃或肠即是例子。 吃猪脑或是猪肝时，常感到异常柔软，不像猪脚那么坚硬、具弹性，主要理由是这些脏器所含胶原蛋白较少。虽然如此，胶原蛋白仍是这些器官不可或缺的成分。
