11种市售胶原蛋白肽产品氨基酸组成及营养评价

刘同方，沈起兵，张翼飞，李淑娟，张国文，于燕波

深圳市绿航星际太空科技研究院（深圳 518117）

胶原蛋白肽，是以富含胶原蛋白的新鲜动物组织（包括皮、骨、筋、腱、鳞等）为原料，经过提取、水解、精制生产的，相对分子质量低于10 000的产品[1]。胶原蛋白肽具有分子量小、易吸收、生物活性高、载体运输能力强等典型特征[2]，多项研究证实，胶原蛋白肽具有显著的美容[3-4]、促进骨骼关节健康[5-6]、控制体重[7]、增强免疫力[8]等功效。因其显著的生理活性广泛应用于特殊医学用途配方食品、保健食品、化妆品和药品。

在中国，胶原蛋白肽市场是一个新兴市场，国内胶原蛋白肽生产企业大部分都于2005年以后成立，由于早期国内相关法规不健全、不同生产商的产品质量差距较大。而关于胶原蛋白肽产品的品质与原料来源方面关系的争论也主要集中在两方面，一是不同动物来源的原料，二是不同部位来源的原料。从品质（主要指生理功效）来看，国内外研究尚未证明孰优孰劣，有研究提出以皮胶原为原料制备的胶原蛋白多肽美肌效果好，或以骨胶原为原料制备的胶原蛋白肽健骨效果更好等观点，但尚无这方面研究的系统数据[9]。由于不同动物不同部位的胶原蛋白组成结构不同，其酶解产物中肽的构成不同，很难统一结论，而胶原蛋白肽产品具有典型的氨基酸组成，氨基酸组成是表征胶原蛋白肽产品质量最重要指标之一[10]。

试验筛选11种市售胶原蛋白肽产品，主要原料来源分别为牛皮、牛骨、猪皮、鱼皮、牦牛骨。对其17种氨基酸含量进行测定，分析和比较不同产品的氨基酸组成，采用世界卫生组织/联合国粮农组织（WHO/FAO）颁布的理想蛋白质必须氨基酸模式谱[11-12]，对检测的样品进行氨基酸营养评价，为胶原蛋白肽的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

2.5 mmol/mL的17种混合氨基酸标准溶液、L-羟脯氨酸（≥98%）标准品（上海安谱实验科技股份有限公司）；硫酸、盐酸、柠檬酸钠、氢氧化钠（均为优级纯，国药集团化学试剂有限公司）。

表1 胶原蛋白肽样品来源及原产国

1.2 仪器与设备

S7130型全自动氨基酸分析仪[塞卡姆（德国）]；UV-1100型紫外可见分光光度计（上海美析仪器有限公司）；AUW120D型分析天平（日本岛津）；ST 3100/F型pH计[奥豪斯仪器（常州）有限公司]；DHG-9140B型电热恒温鼓风干燥箱（上海申贤恒温设备厂）。

1.3 试验方法

1.3.1 样品水分测定

按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中直接干燥法对胶原蛋白肽样品水分进行测定。

1.3.2 氨基酸含量测定

按照GB/T9695.23—2008《肉与肉制品 羟脯氨酸含量测定》和GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》要求，样品经酸水解后，分别对样品中羟脯氨酸、天门冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸和精氨酸共17种氨基酸进行含量测定。

1.3.3 营养评价

除了蛋白质含量高低以外，食物蛋白质的营养价值主要取决于其必需氨基酸的组成和比例，如果必需氨基酸组成接近于人体必需氨基酸模式，可有效提高蛋白质的吸收利用率及应用价值。计算氨基酸总量（T）、必需氨基酸总量（EAA）、非必需氨基酸总量（NEAA）、必需氨基酸占总氨基酸的百分比（E/T）和必需氨基酸占非必需氨基酸的百分比（E/NE）。根据联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）提出的评价蛋白质营养价值的必需氨基酸模式和全鸡蛋蛋白质标准进行评价分析。

氨基酸比值（ratio of amino acid，RAA）计算如式（1）。

式中：CV为RC的变异系数。

2 结果与分析

2.1 胶原蛋白肽样品水分

由于不同厂家生产环境控制及储存环境的差异性，导致最终产品的水分也会有较大差异，为了排除水分对氨基酸含量的影响，采用直接干燥法测定胶原蛋白肽产品中水分，氨基酸含量均采用以干基计，数据如表2。

表2 胶原蛋白肽样品水分测定值

2.2 胶原蛋白肽氨基酸组成

参照国标检测方法，羟脯氨酸、天门冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸和精氨酸共17种氨基酸含量检测结果如表3。

蛋白质质量高低在于其所含氨基酸种类及对应氨基酸含量[13]，而胶原蛋白肽具有很特殊的氨基酸组成，羟脯氨酸、脯氨酸、甘氨酸、谷氨酸和精氨酸是构成胶原蛋白最重要的几种氨基酸，缺少胱氨酸和色氨酸[14]，羟脯氨酸是胶原蛋白生物合成及形成稳定三重螺旋结构所必需的，在自然界中几乎无游离的羟脯氨酸存在。因此，选择胶原蛋白肽产品时，不仅要看总的蛋白质含量，还要看对构建胶原蛋白最有效的氨基酸含量。由表3中数据可以看出，氨基酸总量（以干基计）在101.26%～111.73%范围内，氨基酸总量均超过100%，这主要是由于胶原蛋白肽是由2个以上，大至由数百个氨基酸通过肽键连接而成，是介于氨基酸与蛋白质之间的分子聚合物，其中蛋白质中氨基酸平均相对分子质量约为128[10]。在氨基酸检测方法中，样品需要进行水解处理，氨基酸残基增加[OH]-和[H]+，得到游离氨基酸，总体来看，相对分子量较胶原蛋白肽有较大增加，这也解释了胶原蛋白肽氨基酸总量（以干基计）检测结果超过100%的原因。

表3 11种胶原蛋白肽样品氨基酸组成及含量

所测11种胶原蛋白肽样品中，甘氨酸含量最高，均超过24%，羟脯氨酸和脯氨酸含量相近，均超过10%。谷氨酸和丙氨酸，含量均在10%左右，丙氨酸在人体内20种基本氨基酸中含量仅次于赖氨酸，作为非必需氨基酸，丙氨酸通常作为各处理间等氮平衡的首选氨基酸。在所测样品中精氨酸含量均超过7%，蛋氨酸和酪氨酸含量较低，部分样品中未检出。总体来看，11种样品中氨基酸绝大部分是非必须氨基酸，必须氨基酸含量范围为11.81%～13.55%，不同原料和产地来源的胶原蛋白肽产品中氨基酸含量，数据基本一致，差异不大。

2.3 氨基酸营养评价

2.3.1 以必须氨基酸模式谱评价

食物中的氨基酸模式与人体氨基酸模式越接近，才能为机体充分利用，其营养价值也相对越高。鸡蛋与人体氨基酸模式最接近，通常以其作为参考。所以，通过与必需氨基酸模式谱及鸡蛋氨基酸模式谱进行比较，可以对不同胶原蛋白肽的营养价值进行分析比较[15]。

由表4可知，在FAO/WHO推荐值下，11种胶原蛋白肽产品中必需氨基酸占总氨基酸比例均低于推荐值。在全鸡蛋模式下，除赖氨酸的值与参考值相接近外，其余均低于参考值，其中ZP-2和ZP-3这2个样品的赖氨酸的值高于参考值。在2种模式下蛋氨酸+胱氨酸均显著低于推荐值，所以11种胶原蛋白肽产品的第一限制氨基酸均为蛋氨酸+胱氨酸。通过必需氨基酸模式比较可以得出，11种胶原蛋白肽产品的氨基酸模式都不符合FAO/WHO模式谱和全鸡蛋模式，除赖氨酸外，必需氨基酸与推荐值都相差较大。必需氨基酸模式谱评价的结果显示，11种胶原蛋白肽产品营养价值相对有限。

表4 11种胶原蛋白肽样品必需氨基酸所占比例与WHO/FAO推荐氨基酸模式谱的比较 单位：%

2.3.2 以理想蛋白质标准评价

根据FAO/WHO提出的理想蛋白模式，质量较好的氨基酸组成为必需氨基酸与氨基酸总量的比例在40%左右，而必需氨基酸总量与非必需氨基酸总量的比例在60%以上。表3中数据显示，11种胶原蛋白肽产品中必需氨基酸占总氨基酸的百分比范围为11.45%～13.02%，必需氨基酸占非必需氨基酸的百分比范围为12.94%～14.97%。必需氨基酸总量与氨基酸总量的比例及必需氨基酸总量与非必需氨基酸总量的比例，与理想蛋白质标准比较，都未达到标准。

2.3.3 不同胶原蛋白肽样品中氨基酸比值系数分

食物中氨基酸组成比例合理，越接近 FAO/WHO氨基酸模式要求，则说明该营养价值越高。按照式（1）～（3）分别计算不同产地菊花的RAA、RC和SRC。RC值越接近1，说明食品中氨基酸组成比例越接近FAO/WHO模式蛋白氨基酸。当RC＞1时，表示该必需氨基酸相对过剩，反之则说明该必需氨基酸相对不足，RC值最小者为该食品中第一限制氨基酸。SRC值越大，则胶原蛋白肽的RC越分散，表示这些氨基酸在氮基酸平衡上做的负贡献越大；若SRC越小，表示胶原蛋白肽的营养价值越差，如果胶原蛋白肽中氨基酸组成与氨基酸模式一致，则SRC为100[16]。由表5可知，胶原蛋白肽产品中的第一限制氨基酸为胱氨酸和蛋氨酸，YP-2的氨基酸比值系数分相比其他样品最高，说明YP-2的氨基酸组成与模式氨基酸更接近，对氨基酸平衡所做的贡献也较大。

表5 11种胶原蛋白肽产品氨基酸比值系数比较

2.3.4 功能性氨基酸评价

有些氨基酸不仅是合成蛋白质的必需前体，而且在动物生长、发育、免疫和代谢中发挥重要调控作用，因此又提出功能性氨基酸的概念，具体包括色氨酸、精氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、支链氨基酸等，在物质代谢和免疫功能调控中起到重要作用；其中支链氨基酸包括异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸，支链氨基酸不仅是蛋白质合成的必需底物，还具有调控蛋白质代谢、氧化供能、促进糖异生、增强免疫力和减少负氮平衡等重要生理功能；脯氨酸能够调控细胞内多种生理和生化过程，同时，脯氨酸是小肠和胚胎中合成多胺的主要前体；羟脯氨酸是胶原蛋白中脯氨酰残基经维生素C依赖的脯氨酰羟化酶羟基化的产物，并且几乎只存在于胶原蛋白中，它能够增强胶原蛋白的热稳定性并且能够抑制蛋白质凝集和纤维化的发生；精氨酸是幼龄哺乳动物的必需氨基酸，是组织蛋白中最丰富的氮载体[17]。谷氨酸是中枢神经系统中含量最多的一种兴奋性神经递质，并在中枢神经系统中起着至关重要的作用，同时参与神经元的发育，突触的形成、维持和可塑性变化，进而影响学习与记忆等高级认知功能[18]。

由表6可知，除色氨酸在胶原蛋白肽缺少外，11种胶原蛋白肽产品中均含有其余所有功能性氨基酸，并且所有氨基酸中功能性氨基酸占绝大多数，含量均超过70%。其中，NG-1、NG-2、NP-1、NP-2和ZP-3的功能性氨基酸总量均超过80%。所有产品中，甘氨酸含量最高，均超过24%，其次是脯氨酸和羟脯氨酸，均超过10%，但鱼皮中羟脯氨酸含量相对其他产品较低，其余功能性氨基酸含量也都在5%以上。

表6 11种胶原蛋白肽产品功能性氨基酸含量

3 结论

试验选取产自中国、美国、德国和法国，原料来源为牦牛骨、牛骨、牛皮、猪皮和鱼皮共计11个胶原蛋白肽产品，分别测定17种氨基酸含量。从氨基酸组成角度来看，所测样品中均含有7种必须氨基酸，但含量相对较低，均不超过5%，其中必需氨基酸含量最高的是赖氨酸，其次是亮氨酸和缬氨酸。非必需氨基酸占氨基酸总量绝大部分，其中甘氨酸含量最高，均超过24%。从功能性氨基酸含量分析比较，11种市售胶原蛋白肽功能性氨基酸含量均超过70%，牛皮和牛骨来源的胶原蛋白肽产品中功能性氨基酸含量相对高一些，其次是猪皮来源。以FAO/WHO氨基酸模式谱为标准，11种胶原蛋白肽产品中必需氨基酸占总氨基酸比例均低于推荐值，在全鸡蛋模式下，只有ZP-2和ZP-3这2个样品的赖氨酸的值高于参考值；以理想蛋白质为标准评价，11个产品都未达到标准；氨基酸比值系数分评价，YP-2较为好。通过对氨基酸组成、E/T、E/NE、SRC等指标分析及功能性氨基酸组分比较，市售的11种胶原蛋白肽产品氨基酸营养价值优良程度差异不大，且与产地以及原料来源并无明显关联性。因此，单从氨基酸营养价值指标去筛选一款优质胶原蛋白肽产品具有一定的局限性。

随着GB 31645—2018《食品安全国家标准 胶原蛋白肽》的实施，对整个行业的发展起到正向推进作用，如何在国家标准之上筛选差异化的优质胶原蛋白肽原料，成为摆在终端企业面前的难题之一。对致力于开发终端产品企业而言，满足国家标准要求仅是筛选的必要条件，而胶原蛋白肽产品的原料源头安全把控（包括养殖、储运运输环境、预处理工艺等）、生产工艺控制（水解工艺、生产环境控制、干燥工艺等）、终产品肽分子量分布及明确的功能性将成为评判产品优劣的关键要素。