膠原蛋白在化妝品中的應(yīng)用研究新進展

1、膠原蛋白在化妝品中的應(yīng)用研究新進展膠原蛋白在化妝品中的應(yīng)用研究新進展b膠原蛋白的概念/b膠原蛋白是一種生物性高分子物質(zhì)，占人體全身總蛋白質(zhì)的 25%30%,廣泛地存在于人體的皮膚、骨骼、肌肉、軟骨、關(guān)節(jié)、頭 發(fā)組織屮，起著支撐、修復、保護三重抗衰老作用。膠原蛋白的特性 決定了其在化妝品上的優(yōu)良功效，具有良好的應(yīng)用前景。1 膠原蛋白的來源一般來說，膠原蛋白的主要來源是陸生動物，如豬、牛、羊等, 主要分布于生皮中，其次是骨頭和肌肉中。脊椎動物體內(nèi)的膠原蛋白 量是結(jié)構(gòu)蛋白的主要成分，是結(jié)締組織和支持組織的主要組成部分。 近年隨著瘋牛病、口蹄疫等疾病的肆虐和一些宗教信仰等原因，使得 人們對于牲畜膠原制

2、品的安全性產(chǎn)生質(zhì)疑，所以作為牲畜替代原料的 水產(chǎn)動物一魚類引起了人們的廣泛關(guān)注。對于魚類中膠原蛋白的提取，其實主要可利用魚的下腳料，它有 三大優(yōu)勢：第一，魚膠原的可溶性比陸生動物高，更有利于組織吸收 1,且其抗原性和過敏性較低，分子結(jié)構(gòu)較脆弱方便酶解2,故從 魚中提取膠原蛋白較從其他動物屮提取工藝更簡單，節(jié)約成本；第二, 研究表明，由魚下腳料中提取的膠原蛋白所制得的多肽分子量大部分 都在1000d以下，對皮膚的滲透性好，下腳料中魚皮的膠原蛋白含量 最高可達80%以上，較魚體其他部位高許多3,因此從得率考慮， 從魚皮中提取膠原蛋白具有重耍的經(jīng)濟意義；第三，充分利用魚類加 工的副產(chǎn)品，這是一種新型

3、膠原資源的開發(fā)，不僅節(jié)約資源而且增加 其附加值，膠原蛋白的回收率更是高達90%以上。劉克海、秦玉清4 等研究表明，從就魚皮中提取的膠原蛋白保濕率明顯高于丙二醇和甘 油。2. 膠原蛋白的基本結(jié)構(gòu)膠原蛋白在體內(nèi)以膠原原纖維的形式存在，其基本組成單位是原 膠原分子，微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。膠原蛋白的分子量為300kd,它是 由3條左手螺旋的a肽鏈組成，這3條鏈相互纏繞形成右手螺旋結(jié)構(gòu)。 另外，肽鏈間的范德華力、氫鍵和共價交聯(lián)鍵是維持膠原三股螺旋結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定的主要作用力5。a電鏡下膠原纖維呈明暗交替的條紋圖案；b膠原纖維中膠原原分子的排列；c 原膠原分了式一種右手三股螺旋； d 三股螺旋中的每股鏈是左手螺旋

4、； e三股螺旋的原分子水平模型膠原一級結(jié)構(gòu)（肽鏈）均為（gly-x-y）重復序列，其中甘氨酸 約山氨基酸總量的1/3,其次是膠原所特有的脯氨酸和拜脯氨酸，含 量高達15%30%,色氨酸、酪氨酸及蛋氨酸等必需氨基酸含量低7。 膠原蛋口良好的保濕性能就是源于其所富含的大量氨基、竣基、梵基 等親水基團。3. 皮膚中的膠原蛋口膠原蛋口位于皮膚的真皮層，含量約為70%,主要包括i型（85%）、 iii型和v型，這三類都屬于纖維狀膠原，它們相互交義形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 使皮膚具有很強的抗張性和彈性8。而皮膚衰老的主要原因就是隨 著年齡的增長，蛋口質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，皮膚含水量逐漸降低，纖維細 胞的合成膠原蛋白能力下

5、降。皮膚中一口缺乏膠原蛋口，膠原纖維就 會發(fā)生交聯(lián)固化，使細胞間粘多糖減少，皮膚就會失去彈性并變薄老 化。另外，皮膚中膠原蛋口還會受到生活習慣、外界環(huán)境（如紫外線） 的影響，紫外線會促進皮膚老化，并且人的體內(nèi)會發(fā)生氧化作用，膠 原蛋口的彈性纖維結(jié)構(gòu)會因自由基的攻擊產(chǎn)生變形從而失去原有的 彈性，皮膚就會變得粗糙并產(chǎn)綸皺紋9。b>膠原蛋白在化妝品中的功效/b>將膠原蛋口添加到化妝品中，能為皮膚提供必需的營養(yǎng)成分，其 所含大量的親水基團使z具有良好的保濕功效，另外，膠原蛋白還能 起到穩(wěn)定泡沫、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定ph值、乳化膠體的作用，減輕各種表面 活性劑及酸、堿等刺激性物質(zhì)對皮膚和毛發(fā)的損害10

6、,膠原蛋白 在化妝品中的顯著功效主要體現(xiàn)在以下兒個方面11。1 保濕因為膠原蛋白與皮膚角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)相近，故與皮膚有很好的相容 性，能滲透進皮膚表皮層，膠原蛋口中含有的大量親水基團與角質(zhì)層 中的水結(jié)合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鎖住水分使z具有良好的保濕功效，起 到天然保濕因子的作用。2.抗皺皺紋之所以出現(xiàn)主要是因為皮膚真皮層中膠原蛋口含量的減少， 小分了量的膠原蛋白能透過皮膚表皮層，在皮膚基質(zhì)中起到填充作用, 增加皮膚張力，使得肌膚更有彈性，舒緩皺紋。3 美口人的皮膚顏色主要是由黑色素的分布與含量決定的。黑色素的主 要成分是釀型聚合物，黑色素產(chǎn)生的原因是酪氨酸酶與皮膚屮的酪氨 酸反應(yīng)，&成多巴釀，

7、釋放出黑色素?；瘖y品中添加的膠原多肽的酪 氨酸殘基會與皮膚中的酪氨酸競爭與酪氨酸酶的活性中心結(jié)合，從而 抑制酪氨酸酶催化酪氨酸，阻止皮膚中黑色素的形成，達到美口作用 。4 修復膠原蛋口還可以用來皮下注射，起到支撐和填充的作用，并提供 良好的營養(yǎng)，有利于上皮細胞的增牛修復，從而誘導皮膚組織的構(gòu)建, 促進創(chuàng)面愈合，起到矯形的作用。同吋也可用于減少皺紋和消除皮肪 疤痕，使疤痕軟化，并能逐漸被組織吸收而消退。<b>膠原蛋口的水解方法/b>膠原蛋白木身的分子量很大，用于化妝品時需將其水解成小分子 量的多肽才能被皮膚吸收，因此膠原蛋口的水解方法適當對膠原蛋口 的功效就顯得十分重要。研究表

8、明，對化妝品中的膠原蛋白水解物分 子量的要求一般為10005000da,平均分子量為700loooda時效 果最佳；分子量為2000左右的水解物能被頭發(fā)充分吸收，效果最好。 可溶性膠原能在皮膚上形成光滑、柔和的膜，從而不僅具有吸濕性而且能夠抑制水分揮發(fā)12。膠原水解一般有兩種方法：使 用酸、堿的化學降解法和使用酶的生物降解法。<!endprint> <!-startprint->1.酸法提取酸法提取即利用酸浸泡預處理后的材料，使膠原蛋白部分降解后 釋放到溶劑中，再通過離心等操作提純的方法。常用的酸有乙酸、草 酸、檸檬酸、鹽酸和乳酸等，膠原水解產(chǎn)物的分子量隨水解溫度、酸

9、的濃度和水解吋間等條件的不同而不同。該法的優(yōu)點是水解迅速徹底, 分子量分布廣；缺點是在水解過程中色氨酸全部被破壞，酪氨酸和絲 氨酸部分被破壞，產(chǎn)品得率低且腐蝕設(shè)備、污染嚴重13。2. 堿法提取同酸法提取類似，堿法提取不過是用堿溶解預處理后的材料從中 提取膠原。膠原水解物的分子量受水解溫度和時間、堿的濃度等條件 的影響而不同。該法的優(yōu)點是操作簡便；缺點是使膠原中含銃基和龕 基的氨基酸全部被破壞且產(chǎn)生消旋而變成有毒物質(zhì)，提取率較其他提 取方法低14 o kolodziejska等15用naoh從觥魚皮屮提取堿溶性 膠原蛋口，得率只有3% （以濕基計）。3.酶法提取酶法提取是在預處理后的材料中加入酶

10、制劑，即用蛋口酶來溶解 膠原從而達到提取的目的，水解原理如圖2所示。常用的酶有胰蛋口 酶、木瓜蛋白酶、胃蛋口酶以及復合酶等。對酶的選擇通常要考慮兩 個因素，一是酶對膠原作用的強弱及酶的價格，另一個則是酶對膠原 的作用位點（按作用點不同可分為內(nèi)切酶和外切酶），這將直接影響 到水解產(chǎn)物的分了量分布。目前酶解膠原蛋口主要有單酶水解和多酶 水解兩種方法，后者乂分為分步酶水解和混合酶水解，多酶水解則適 用于獲取較小分了量的膠原多肽16 o影響酶法提取的主要因素有酶的種類和用量、液料比、ph值、水解時間以及水解溫度。另外，由 于酶的專一性，酶解產(chǎn)物的分子量不是連續(xù)分布，主要集中在一個較 窄的區(qū)域，故選擇適

11、當?shù)拿负凸に嚄l件，理論上可以得到預期相對分 子質(zhì)量的水解產(chǎn)物。多酶協(xié)同和混合交替法可實現(xiàn)膠原的高效定向水 解，并能最大程度地保留產(chǎn)物的綸物活性，故此法是膠原控制水解的 一個重要發(fā)展方向17。韓鳳杰等18用2709堿性蛋口酶處理比目 魚皮膠原，得到其膠原寡肽分了量主要分布在0. 61.8kdo cabeza lf等人19用兩步酶法（先用胃蛋白酶提取，再用堿性蛋口酶提?。┨崛煞N不同的膠原水解產(chǎn)物?；瘜W降解法由于自身的諸多缺點如腐蝕設(shè)備、破壞氨基酸、改變 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)等而被逐漸淘汰，而酶法因其特有的選擇性、無污染性、條 件溫和、提取的膠原蛋口性質(zhì)穩(wěn)定且分子量較小等而被廣泛采用。b膠原水解產(chǎn)物分子量的檢

12、測/b事實上膠原水解產(chǎn)物的成分比較復雜，分子量分布較廣，包括大 分子的蛋口質(zhì)和小分子的氨基酸、多肽等，因此人們對膠原多肽分子 量的控制手段以及分了量的檢測方法給予了高度關(guān)注，將現(xiàn)代分析檢 測方法用于膠原蛋白的水解過程，成為膠原蛋白應(yīng)用研究的個重要 萬面。1 凝膠過濾色譜法(gpc)凝膠色譜法是根據(jù)溶劑分了尺寸的不同進行分離的一種液相色 譜法，以水作為流動和，分子的分離在填充有一定孔徑范圍的多孔凝 膠的色譜柱中進行，利用高分了溶液通過該色譜柱時將聚合物分了按 尺寸大小進行分離，分了按從大到小的順序排出，再逐步被檢測器測 出21。分子量的測定范圍隨著凝膠的不同而不同，從兒千到兒千萬。 a ritt

13、er22等使用gpc (sec)法通過循環(huán)測試程序測試了六種不 同物質(zhì)的平均分了量，其測定結(jié)果重復性很好。2. 十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(sds-page)凝膠電泳法sds-page法的原理是sds與膠原蛋口的疏水部分充分結(jié)合，破 壞其折疊結(jié)構(gòu)，形成棒狀的帶負電荷的蛋口質(zhì)-sds膠束，使膠原蛋 白能穩(wěn)定存在于廣泛均一的溶液中，故該法是根據(jù)蛋口質(zhì)的分子形狀 和大小來進行分離23 o當分子量在15kd到200kd之間時,蛋白質(zhì) 的遷移率和分子量的對數(shù)呈線性關(guān)系：lgm二k-bx,其中m為分子量, x為遷移率，k、b均為常數(shù)，若將已知分子量的標準蛋口質(zhì)的遷移率 對分子量對數(shù)作圖，可獲得一條

14、標準曲線，未知蛋白質(zhì)在相同條件下 進行電泳，根據(jù)它的電泳遷移率即可在標準曲線上求得分子量o cohen 等24采用sds- page分離和測試蛋口質(zhì)和多肽的分子量。該法由于 對樣品需求量較大、操作過程繁瑣、重現(xiàn)性較差等原因而逐漸被其他 先進技術(shù)所取代。3. 高效液相色譜與電噴霧-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(hplc-esi-ms)esi是通過強電場使分子分離，esi/ms譜峰的積分強度與樣品在 溶液中的濃度成正比，所以從質(zhì)譜圖上也可以獲取各組分的相對含量 25。電噴霧質(zhì)譜適宜測10200kda分子量范圍的蛋白質(zhì)，且只需 pmol量的蛋白質(zhì)樣品，不僅快速靈敏，而且測量精確度高(01% 0.01%), gree

15、n等26采用esi-ms對質(zhì)量差別很小的蛋口質(zhì)分子進 行區(qū)分和檢測，顯示了質(zhì)譜技術(shù)在蛋口質(zhì)分子測量上的優(yōu)勢。但它的 測定成木相對較高，故不宜用做實驗室的常規(guī)檢測。4. 多角度激光光散射-凝膠滲透色譜法(malls/gpc)該法先是將高分了物質(zhì)用凝膠滲透色譜儀進行分離，再通過濃度 檢測器和多角度激光光散射檢測器同時檢測出各組分的濃度和分子 量，將兩者的信號輸出并用記錄儀記錄后即得各組分的絕對分子量和 反映分了量分布的凝膠色譜曲線27 o由于光散射信號與分了量大小 直接相關(guān)，因此不需要結(jié)構(gòu)相似的標準樣品做標準曲線即可以直接測 出重均分子量，并獲得其他相關(guān)信息，故被廣泛應(yīng)用于生物化學、高 分子化學等

16、研究領(lǐng)域。理論上gpc-malls可以測定的分子量范圍很廣 28, 29,可達 103107。hongping ye30利用 gpc-malls 同時測 定了蛋白質(zhì)的聚集、降解和絕對分子質(zhì)量。它的缺點在于對分子形狀 要求較高，只有在標樣與待測樣的分了形狀一致吋測量結(jié)果才較為準 確，否則誤差較大，因此在不知道蛋白質(zhì)分了形狀吋不建議使用。 <!-endprint-> <!-startprint->5基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜法(maldi-tof-ms)該法原理是當用一定強度的激光照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶 薄膜，基質(zhì)從激光中吸收能量，基質(zhì)一樣品之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移使樣品

17、 分了電離，電離的樣品在電場作用下加速飛過飛行管道，根據(jù)到達檢 測器飛行吋間的不同而被檢測，即測定離子的質(zhì)量電荷z比與離子的 飛行時間成正比來檢測離子。maldi-tof-ms的核心技術(shù)就是將樣品 成分轉(zhuǎn)換成離了信號，依據(jù)質(zhì)荷比(m/z)的不同來進行檢測，以判 斷其源自哪一個蛋口質(zhì)31。它具有分辨率高、重復性好、準確度高 (0. 1%0.01%)、圖譜簡明、靈敏度高、樣品用量少等傳統(tǒng)測量方法 無法比擬的優(yōu)點，適用于混合物及蛋白質(zhì)等生物大分子的測定，成為 許多實驗室的首選蛋白質(zhì)譜鑒定方法，可測定的分子量高達600kdo縱觀以上兒種方法的優(yōu)缺點，結(jié)合對添加于化妝品中的膠原蛋白 的嚴格要求，檢測膠原

18、蛋口分子量的最佳方法是基質(zhì)輔助激光解析電 離飛行吋間質(zhì)譜法。b膠原蛋白的研發(fā)和應(yīng)用前景/b膠原蛋口在不同性質(zhì)的化妝品中要求也不同，油性化妝品中添加 的膠原多肽要求水解程度較低、分了量較大，這樣相對疏水作用較強, 具有較好的吸油性和乳化性；保濕型化妝品則需要酶解程度較高、分 了量較小的膠原多肽，因其極性基團能形成離了鍵、氫鍵等作用力, 有較好的吸水性和保水性32 o如日本jelice co. ltd公司制備的 膠原最小單元膠原三肽（colagen tripeptide,簡稱為ctp）,它的 平均分了量很小，約為280da,具有優(yōu)良的滲透性，能促進真皮層中 成纖維細胞中膠原和透明質(zhì)酸的合成，將其添加于化妝品中，會對皮 膚的濕潤性、彈性和改善皮