胶原蛋白及多肽的应用
1.胶原蛋白和胶原多肽在食品及保健品中的应用
（1）胶原蛋白和多肽适用于食品工业的一些属性。胶原蛋白及多肽用于食品的属性有以下几方面。
①丰富的营养性。胶原蛋白是由18种α-氨基酸组成，比人乳蛋白所含的氨基酸还多2种（且含量高得多），含有人体所必需的8种氨基酸和促进儿童生长发育的2种半必需氨基酸。
②高的韧性和热稳定性。胶原蛋白由于其独特的大分子螺旋结构和聚集态结构，使其具有一定的热稳定性以及较高的机械韧性和强度，从而使它能够用于食品、医药品、包装材料等。
③亲水、保湿性能。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，在食品中可用作添加剂，改善食品的风味、提高食品的保藏稳定期。
④优良的物理性质。广泛用作食品的胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂、发泡剂、黏合剂（黏结剂）、澄清剂等。
（2）胶原蛋白和多肽在食品、保健品中的应用。胶原蛋白是一种动物性蛋白质，可促进儿童生长发育、帮助成人强筋健骨。婴儿、营养不良的儿童、肺病或糖尿病类患者以及高烧病人、年老体弱者食用胶原蛋白及其水解产物尤佳。胶原蛋白作为食品有百利而无一害，它在欧美已成为必备的美食佳品。在一些发达国家，食用明胶、胶原蛋白、多肽的消费量是相当可观的，对这方面的研究也较成熟，尤其是日本、美国等国家。
胶原蛋白在食品中的应用主要在以下几个方面。
①食用肠衣。用皮胶原制备胶原肠衣、火腿和冻肉的包装膜，可弥补天然肠衣数量不足以及塑料肠衣不能食用，不耐水煮、油炸和熏烤的缺点，另外，胶原本身也是营养丰富的高蛋白食品。用胶原膜包装肉类食品在美国、日本等发达国家已被普遍使用。
②食品添加剂。胶原蛋白可广泛用于不同种类的食品加工中。诸如在肉类食品中加入胶原蛋白以改善口感和营养。在腊肠和牛肉馅饼中添加一定量的胶原蛋白能明显改善其质地和口感。此外，胶原蛋白还被用于加工营养面包、饼干、汤料添加剂等。
③保健食品和饮料。小分子胶原蛋白、多肽和氨基酸可制成多种营养保健品。有研究证明多肽可直接被小肠吸收，也就是说多肽的营养价值很高，它可以直接补充人体营养物质。所以，胶原蛋白、多肽和氨基酸被大量用于制备中老年、妇女补肾、补气、补血、抗衰老、抗疲劳、增强免疫力等的营养保健品。
2.胶原蛋白在化妆品中的应用
胶原蛋白是构成皮肤的最重要组分，是由成纤维细胞合成的，正如其他的生命物质一样，随着生理年龄的增加，可还原性交联向不可还原性交联结构转变，从而使胶原结构更加趋于稳定。与此同时，成纤维细胞的合成能力也变弱，因此皮肤就会老化而显得干燥，并失去弹性和光泽，皱纹增多。从亲缘的角度讲，在化妆品中以胶原蛋白作为活性物质十分自然。美国化妆品盥洗用品及香味用品协会（CTFA）化妆品原料手册和日本《功能性化妆品原料》中选用的天然物质中都提到使用胶原蛋白或其水解产物（多肽和氨基酸）。
胶原蛋白在化妆品中的主要作用是保湿、防皱和美白。
（1）保湿。随着年龄的增长，皮肤会老化，老化的皮肤显得干燥、粗皱、暗淡无光。促使皮肤干涩、老化的直接原因之一是皮肤角质层中水分不足。角质层含水量一般应在10%～20%之间，低于10%皮肤就会干燥、粗糙，甚至皱裂。根据皮肤的自我保护结构原理，在护肤化妆品中添加的小分子水解胶原和氨基酸，由于它们与皮肤的亲和力好，能渗入皮肤表皮层，起到类似天然保湿因子的作用。Ⅰ型胶原是天然的极性蛋白质，含有4.4%天门氨酸（Asp）残基，7.2%谷氨酸（Glu）残基，2.8%赖氨酸（Lys）残基。所以，胶原蛋白及其水解产物具有很好的保湿性，并由于它们结构相似，对皮肤和头发的亲和性良好。水解胶原还具有乳液稳定性等优点，因而在护肤化妆品中的应用发展很快，已成为一类十分有效的化妆品原料。它们能润湿肌肤，赋予皮肤平滑感。尤其是L-羟脯氨酸是胶原特有的氨基酸，在护肤品中起滋润和调理作用，也常作为营养性助剂用于洗发水。
在美国、德国、日本等国家，许多高档护肤化妆品中都添加有胶原蛋白。我国的部分优质护肤保健品中也加有胶原蛋白。
（2）防皱。由于皮胶原结构的相似性，胶原蛋白与皮肤的相容性很好，具有良好的渗透性，能被皮肤吸收填充在皮肤基质之间，从而使皮肤丰满，皱纹舒展，赋予肌肤弹性和光泽。另外，由于猪、牛、羊皮中分别含有3.6%、4.6%和8.1%的弹性蛋白，在酶作用下水解为可溶性蛋白质，故胶原蛋白水解产品中含有一定量的弹性蛋白原。化妆品中的胶原蛋白可以补充老化皮肤中的弹性蛋白，增加皮肤的柔弹性，润滑角质，与弹性蛋白共同刺激皮肤的循环，促进成纤维细胞合成原胶原蛋白，滋养皮肤，减少皱纹。也可以用胶原蛋白作凹陷修复，甚至可以在人面部注射胶原以保持皮肤青春，减少皱纹，延缓衰老。
（3）美白。人类皮肤的颜色受基因和环境的影响。组成皮肤的酪氨酸残基在自身分泌的一种酶的作用下，逐渐形成各种黑色素，沉积在皮肤内形成不同肤色。胶原蛋白及其水解产品也含有一定量的酪氨酸残基，在化妆品、护肤保健品中加入胶原蛋白或它的水解产品，其中的酪氨酸残基就可与人体分泌的酶作用，从而抑制这种酶与皮肤的作用，达到美白和保护皮肤的作用。
3.胶原在医学领域中的应用
胶原的结构与性能表明它是一类优良的可用于引导组织再生的生物材料，已经广泛地应用于医学领域中。
（1）天然真皮替代物。天然真皮替代物主要有两种类型：一种是除去表皮层的异体真皮，一种是无细胞真皮，无细胞真皮可以是异体皮。关于无细胞异体真皮及无细胞真皮的应用，国内外均有报道，可用于治疗深度烧伤和创面。而无细胞人体真皮的来源十分有限，同时存在传播恶性疾病的危险；所以在很大程度上，天然真皮替代物的应用受到限制。
（2）人工皮肤。组织工程材料第一个面市的商品是人工皮肤，也是到目前为止在临床应用方面最为成功的材料之一，这方面的报道很多。已经报道的人工皮肤的制造方法有很多种。Yannas等首先用胶原—硫酸软骨素多孔交联支架成功地制成人工皮肤，据临床报道，这种人工皮肤已被美国食品与药品管理局（FDA）批准，其商品名称为Dermagraft，主要用于严重烧伤和糖尿病患者皮肤溃疡的治疗，对慢性皮肤溃疡也具有很好疗效。但是已有的人工皮肤都存在结痂及易引发各种炎症甚至导致癌变的危险，因此应用范围极为有限。1998年5月，美国FDA又批准了马萨诸塞州Canton器官形成有限公司的一种名为Apligraf人工皮肤的生产。据报道，这种人工皮肤是一种人工两层皮肤，表皮在上，真皮在下。具体制造方法可能是从牛腱中提取胶原，经纯化后制成胶原膜，再经过杀菌、消毒即可使用。有的则对胶原膜进行交联，经杀菌、消毒后备用。也可以将胶原膜作为基质材料在其上种植上皮细胞经培养而制成人工皮肤。此外，国内外还报道了胶原—糖胺聚糖/聚羟基乙酸（GAGs/PGA）网—成纤维细胞真皮替代物、胶原—壳聚糖人工真皮及胶原—黏多糖复合组织工程支架材料等。
（3）可注射胶原。可注射胶原溶液是应用较为广泛的胶原植入物之一，可用于矫治由于年老、创伤、疾病和先天性畸形所引起的外形异常等。主要用于整形美容，是纠正皮肤凹隐型缺陷的最理想材料，主要适应症为皱纹、寻常痤疮疤痕、小型外伤疤痕等缺陷的填充矫正。此外，对糖尿病患者在其病变部位注射胶原也有助于足部溃疡和褥疮的修复。
（4）胶原缝线。由于胶原植入物在人体内会降解为氨基酸而被人体吸收，因而利用胶原制成的胶原缝线用于特殊的医疗手术具有重要意义。临床应用表明，可吸收的胶原缝线用于眼科的角膜手术中，很少有不良反应。
（5）止血海绵。研究表明，胶原不仅能够诱导血小板附着，产生释放反应，而且能够激活血液的凝固因子，粘接在渗血的伤口上，对已经损伤的血管起填塞作用，从而达到止血的目的。临床应用表明，与藻酸钙、藻酸海绵、凝血增强纤维泡沫、增凝明胶海绵及氧化纤维素等常用的止血剂相比，胶原的止血率高，副作用小，是一种理想的止血材料。
利用胶原研制胶原止血海绵，国外一直十分活跃，国内尚处于起步阶段，但发展十分迅速。据报道，国外已有粉状及片剂的微晶胶原止血剂、纤维织物止血剂和海绵止血剂等。一种取自牛跟腱的无过敏性、无菌冻干胶原已广泛应用于临床，并取得良好效果。国内也有类似产品问世。
（6）组织引导材料。目前国内已有医用组织引导再生胶原膜产品面市。临床应用表明此种医用胶原膜具有特有的网状结构，可参与组织愈合过程并能引导、促进细胞生长；具有显著诱导组织再生的作用，使创面实现功能性、再生性愈合；力学性能优异，手术操作简便，生物相容性好，无抗原性，可降解吸收，不需二次手术取出；可广泛应用于软、硬组织损伤的修复，如口腔科、骨科、整形外科、五官科、神经外科及肌腱断裂和脏器穿孔等的治疗。此外，还有关于在动物实验中利用经过纯化的胶原膜作角膜移植并用液状胶原替代晶状体的报道。
（7）用于骨组织工程中的“Ⅰ型胶原—X”植入材料。Ⅰ型胶原是骨骼中的主要结构蛋白，约占有机基质的90%。胶原在骨组织工程中可以有三种作用：一是作为支架材料，为骨细胞的长入提供支架，促进新骨生成；二是利用胶原的止血性能；三是具有覆盖陶瓷或金属植入物的功能。目前，国内外一般利用胶原与羟基磷灰石结合制成复合材料，植入人体，以修复骨缺损。例如，瑞典开发出一种Colipat植入物，就是由从猪皮中提取的胶原与纯度为90%的羟基磷灰石以5∶1的比例混合制成。该材料用于临床实验中无炎症反应，具有良好的生物相容性。由Zimmer等公司开发的作为植骨替代物的生物材料被称为Collagraft，其中含有由牛皮制备的纯化胶原纤维和羟基磷灰石/三磷酸钙陶瓷，可将Collagraft与自体骨髓相混合，自体骨髓能提供成骨前体细胞。临床应用表明，大多数患者对胶原未产生免疫反应，即使有些患者产生抗体，对植入物的疗效和安全性也均无影响。