水解胶原蛋白的美容效应研究进展

一、实验目的1. 掌握水解胶原蛋白的制备方法；2. 研究水解胶原蛋白的性质；3. 了解胶原蛋白在水溶液中的行为。

二、实验原理胶原蛋白是一种天然存在于动物骨骼、皮肤、筋腱等结缔组织中的蛋白质，具有优良的生物相容性、生物降解性和力学性能。

水解胶原蛋白是将胶原蛋白经过酶解处理后得到的低分子量肽，具有更好的溶解性、生物活性、易消化吸收等优点。

本实验采用酸水解法制备水解胶原蛋白，并对其性质进行研究。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：动物骨骼、食用级稀酸、酶、盐酸、氢氧化钠、蒸馏水等；2. 实验仪器：恒温振荡器、高速离心机、紫外可见分光光度计、pH计、电子天平等。

四、实验步骤1. 胶原蛋白提取：将动物骨骼用食用级稀酸洗脱，提纯得到骨胶原蛋白；2. 酶解：将骨胶原蛋白与酶按一定比例混合，在一定温度、pH条件下酶解；3. 中和：将酶解液用氢氧化钠中和至pH 7.0；4. 过滤：将中和后的酶解液过滤，去除杂质；5. 离心：将过滤后的酶解液离心，分离出水解胶原蛋白；6. 溶解：将水解胶原蛋白溶解于蒸馏水中；7. 性能研究：测定水解胶原蛋白的吸水性、溶解性、稳定性等性质。

五、实验结果与分析1. 水解胶原蛋白的制备：经过酶解、中和、过滤、离心等步骤，成功制备了水解胶原蛋白。

水解胶原蛋白为白色粉末，易溶于冷水，溶解度随温度升高而增大。

2. 水解胶原蛋白的吸水性：将一定量的水解胶原蛋白放入蒸馏水中，观察其吸水膨胀情况。

结果表明，水解胶原蛋白具有良好的吸水性，能迅速吸水膨胀。

3. 水解胶原蛋白的溶解性：将一定量的水解胶原蛋白溶解于蒸馏水中，测定其溶解度。

结果表明，水解胶原蛋白的溶解度随温度升高而增大，且溶解度较高。

4. 水解胶原蛋白的稳定性：将一定量的水解胶原蛋白溶液置于恒温恒湿箱中，观察其稳定性。

结果表明，水解胶原蛋白在室温下具有良好的稳定性，不易分解。

六、结论1. 本实验采用酸水解法成功制备了水解胶原蛋白，具有较好的溶解性、吸水性和稳定性；2. 水解胶原蛋白是一种具有广泛应用前景的生物材料，可用于化妆品、食品、医药等领域。

收稿日期:2005-05-10;修回日期:2005-08-28基金项目:陕西科技大学博士基金资助项目(04B J02)作者简介:王学川(1963-),男,博士,教授,硕士生导师,电话:(0910)3579733,E -mail :wangxc @sust 1edu 1cn 。

胶原蛋白的研究进展及其在化妆品中的应用王学川1,任龙芳1,强涛涛1,周国祥2,李富勇2(11陕西科技大学资源与环境学院,陕西　咸阳　712081;21山东淄博大桓宏荣明胶有限公司,山东　淄博　256400)摘要:概述了胶原蛋白的概况、特性、研究现状及其制备方法;阐述了胶原蛋白及其水解产物在化妆品、医药、功能保健食品、饲料、造纸和生物发酵等相关领域的应用;着重展望了胶原蛋白在化妆品中的发展前景。

关键词:化妆品;胶原蛋白;水解产物;应用中图分类号:T Q658 文献标识码:A 文章编号:1001-1803(2005)06-0388-05 胶原及其水解物与人皮肤胶原的结构相似、相容性好,存在着离子键、氢键等相互作用,由其制备的化妆品材料,可以渗透到皮肤的深层,对皮肤没有刺激作用,是一类十分有效的化妆品添加剂或原料。

据美国CTFA 化妆品原料手册录用的天然物质和《功能性化妆品原料》中的介绍,选用的天然物质中都有胶原蛋白或其水解产物(如羟脯氨酸、脯氨酸和丝氨酸等)[1]。

因此,研究探索从生皮、灰皮和革屑中提取胶原蛋白或其水解产物,并将其用于化妆品等高附加值领域是目前的一个研究热点,也符合现代社会化妆品发展的要求。

1　胶原蛋白的概况胶原蛋白是由动物的成纤细胞合成的一种生物高分子,是一种白色、不透明、无支链的纤维型蛋白质,它主要存在于动物肌腱、韧带、软骨、皮肤及其他结缔组织中,是哺乳动物体内含量最丰富、分布最广的一种蛋白质,约占哺乳动物总蛋白的1/3。

它具有支撑器官和保护肌体的功能,也是组成细胞间质的最重要功能蛋白质。

随着生物化学的发展,人们对胶原蛋白的认识逐渐提高,现在已经肯定胶原蛋白和免疫球蛋白一样,富有多样性和组织分布的特异性,是与各组织、器官机能有关的功能性蛋白。

水解胶原对皮肤的作用
水解胶原蛋白对皮肤有以下几种作用:
1. 保湿补水：水解胶原蛋白具有良好的保湿性能，可以形成一层保湿膜，锁住皮肤表面的水分，减少水分蒸发，使皮肤保持湿润。

2. 抗皱紧致：水解胶原蛋白能够渗透到皮肤深层，补充皮肤所需的胶原蛋白，增加皮肤弹性，减少细纹和皱纹的产生。

同时，水解胶原蛋白还能刺激皮肤细胞的新陈代谢，促进胶原蛋白的产生，使肌肤紧致细腻。

3. 消炎抗痘：水解胶原蛋白具有一定的抗炎作用，可以舒缓肌肤敏感和发炎情况，减轻痘痘及炎症反应。

4. 修复疤痕：水解胶原蛋白可以促进皮肤组织的修复和再生，加速疤痕愈合的过程，改善疤痕的质地和颜色，使疤痕变得更加平滑和自然。

总结来说，水解胶原蛋白在皮肤护理中具有保湿补水、抗皱紧致、消炎抗痘和修复疤痕等作用，能够改善肌肤的水分含量、弹性和光滑度，使皮肤更加年轻健康。

水解胶原蛋白Peptan的营养美容新概念近年来医学美容进展迅速，特别是由内而外的营养美容理念已经为大家接受。

水解胶原蛋白Peptan率先应用这一新的营养美容理念于肌肤再生系列和肌肤保湿系列的营养美容个人护理品和化妆品，现综述如下。

1Peptan水解胶原蛋白Peptan水解胶原蛋白是含有特殊氨基酸的纯Ⅰ型胶原蛋白，具有完全独特的生物活性成分，从猪、牛、鱼的骨骼和皮肤提取，再用酶水解，没有大肠杆菌。

Peptan水解胶原蛋白耐热，不易与其他成分发生反应，其粉末可方便使用于饮料、乳制品、与粉末混合、制成胶囊或片剂。

天然的胶原蛋白分子量巨大，很难被人体消化吸收，但是水解胶原蛋白为小分子量胶原蛋白，很容易被消化吸收，有很好的生物利用度，能有效地在体内起作用。

动物试验和人体研究证明：口服水解胶原蛋白12h后，95%胶原蛋白已被吸收利用。

口服14C标记的水解胶原蛋白研究显示，口服水解胶原蛋白后12h软骨组织的放射性强度达到顶峰，与血浆相反，软骨组织的14C放射性强度在口服后96h依然比较高[1]。

脯氨酸-羟脯氨酸是人血中最不易被肽酶消化的肽之一，在人血清的体外试验中，75%的脯氨酸-羟脯氨酸在24h后依然存在。

人体经过12h禁食后血液里才会出现羟脯氨酸肽（脯氨酸-羟脯氨酸），但是摄入水解胶原蛋白2h后其水解胶原蛋白衍生物羟脯氨酸肽（脯氨酸-羟脯氨酸）就达到高峰，在摄入4h后降为一半，证实摄入水解胶原蛋白后可衍生出羟脯氨酸肽等营养素被人体利用[2]。

I型胶原蛋白被胶原蛋白酶分解后衍生的多肽是成纤维细胞的化学引诱因子。

真皮中胶原蛋白的成纤维细胞的趋化现象强度是由胶原蛋白衍生的多肽量决定。

经过体外、体内和临床试验证实,来自鱼、猪和牛的Peptan水解胶原蛋白不但有营养美容作用，而且还有益于关节、骨骼健康。

现今已广泛安全地用于各种领域（包括功能性食品、饮料和膳食补充剂等）。

2Peptan水解胶原蛋白的新技术、新工艺一般的水解胶原蛋白不含所有必需氨基酸，通常被认为生物效价比较低。

胶原蛋白的研究进展及其应用林祥明厦门大学生命科学学院，福建厦门（361005）E-mail：lxmwxr@摘要：胶原蛋白来源广泛，有许多优良性质且用途广泛。

本文概述了胶原蛋白的结构、特性、研究现状及其制备方法，阐述了胶原蛋白及其水解产物在化妆品、医药、功能保健食品等相关领域的应用。

关键词：胶原蛋白制备进展应用1. 引言胶原蛋白为人体主要的细胞外间质成分之一，是人体蛋白质的一大家族。

胶原蛋白分子的异常合成与沉积是纤维化反应的基础。

在胚胎发育、组织重建、损伤修复等过程中，生长因子及分化因子对胶原蛋白基因的表达具有重要的调控作用[1]。

近年来人们进行了这些因子等对胶原基因转动调控作用的研究，这将有助于阐明胶原蛋白基因表达的调控机制。

胶原蛋白基因的表达是其本身的顺式作用、反式作用因子以及诸多调控因子相互作用的结果[2]。

到目前为止，已报道的胶原类型大约有19种，对天然胶原的研究有助于进一步理解靶药物和胶原之间结构功能关系。

有人用人成纤维II型胶原的三维结构模型来进行合成胶原组织、胶原的结构和功能的研究，利用这一系统进一步研究侧链基团的立体化学和特定分子的相互作用，继而评价胶原相关疾病的临床治疗效应。

此外，连接分子末端非螺旋末端肽是胶原分子抗原性的主要来源，而且用胃蛋白酶除去末端肽的缺失胶原是很有应用前景的药物载体，特别是用于基因递送[3，4]。

胶原蛋白是构成动物机体的重要功能物质，它具有其他合成高分子材料无法比拟的生物相容性和生物可降解性。

胶原蛋白质结构和功能特点的多样性和复杂性，决定了其在许多领域的重要地位，以及良好的应用前景。

目前胶原已广泛地应用于食品、化妆品、营养保健品、生物肥料以及医用材料等领域。

2. 胶原蛋白的概况胶原蛋白是一种白色、不透明、无支链的纤维蛋白质，是由动物细胞合成的一种生物性高分子，广泛存在于动物的骨、腱、肌鞘、韧带、肌膜、软骨和皮肤中，是结缔组织中极其重要的一种蛋白质，占哺乳动物体内蛋白质总量的25%~30%，相当于体重的6%[5]，是人体重要的细胞外基质成份。

水解胶原蛋白的美容效应研究进展
周建烈
【期刊名称】《中国美容医学》
【年(卷),期】2010(19)11
【摘要】@@ 在美国和欧洲水解胶原蛋白一直使用于药物和食品中.美国FDA和其他监管机构认可水解胶原蛋白产品为"普遍认为安全的"(Generally Recognized as Safe,GRAS)[1].
【总页数】2页(P1730-1731)
【作者】周建烈
【作者单位】罗赛洛中国,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】R75
【相关文献】
1.水解胶原蛋白及其表征的研究进展 [J], 张慧洁;丁志文;庞晓燕;程宝箴
2.水解胶原蛋白的骨骼和关节效应研究进展 [J], 周建烈;陈悦
3.水解胶原蛋白Peptan的营养美容新概念 [J], 周建烈
4.胶原蛋白在整形美容中的研究进展 [J], 张浩玮; 胡竟一; 王岚
5.水解胶原蛋白发酵酸牛乳的研究进展 [J], 程显阳;张俊杰;许瑾
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口服胶原蛋白水解产物对皮肤的作用胶原蛋白是结缔组织主要的结构蛋白，占全身总蛋白的25%～30%。

皮肤中胶原蛋白主要分布于真皮层，含量约为70%，主要为I（85%）、III和Ⅴ型[1]。

胶原蛋白纤维的网状架构为皮肤提供了弹性，纤维间分布着大量的水分、细胞外基质和细胞，是皮肤重要的生化反应场所[2]。

随着人体衰老，皮肤中胶原蛋白纤维变细，纹路逐渐紊乱。

在40岁以上和更年期妇女腹部皮肤中，真皮中胶原蛋白含量显著下降[3]。

通常认为胶原蛋白的破坏主要是由基质金属蛋白酶（Matrix Metalloproteinase，MMP）使其降解，自由基、紫外线使之变性，糖类与胶原蛋白反应形成糖基化产物而失去正常结构和弹性。

因此，保护和补充真皮中胶原蛋白对美容护肤有重要意义。

中国有食用阿胶、猪蹄、鸡爪等食物美容的传统，这些食物主要成分是胶原蛋白。

近年来流行服用胶原蛋白水解产物（Collagen Hydrolysates，CH，主要成分是分解后的胶原蛋白肽和氨基酸）作为美容食品。

谈及CH对皮肤的作用，三个关键问题引人关注：①口服CH能否被人体吸收；②CH需要先分解成游离氨基酸（Free Amino Acid，FAA）再吸收，相比其他蛋白质来源有何优势；③消化吸收后能否富集在皮肤、促进皮肤胶原蛋白合成、并改善皮肤质量。

现就这些问题及其机理综述如下。

1 胶原蛋白水解产物的消化、吸收、分布1.1 胶原蛋白水解产物可被良好吸收：胶原蛋白及其水解产物均易于吸收。

冷向军等[4]测定了异育银鲫对胶原蛋白的消化率，高达97.3%。

胶原蛋白肽（Collagen-Derived Peptides，CP）是胶原蛋白的水解产物，吸收率可达100%，并可促进食物中其他蛋白质的吸收[5]。

Steffen Oesser等[6]证实，给小鼠喂食胶原蛋白水解产物（Collagen Hydrolysates，CH）在12h内被吸收95% 。

Mari Watanabe-Kamiya ma等利用14C标记研究了来自鸡爪的胶原蛋白水解三肽的消化和吸收，证明Wistar小鼠摄入后3h内，门静脉、腹主动脉、尾静脉血浆中胶原蛋白水解三肽浓度达到峰值，表明CH可以被快速、良好地消化和吸收[7]。

水产品胶原蛋白的研究进展1.提取和纯化方法的改进：水产品胶原蛋白的提取和纯化过程一直是研究的难点。

研究人员通过改进传统的提取方法，如酸提取和酶解提取，采用超声波辅助、微波辅助等新技术，提高提取效率和纯度。

此外，也推出了一些新的提取方法，如离子交换、凝胶渗透等，可以更有效地提取胶原蛋白。

2.结构和功能的研究：水产品胶原蛋白的结构和功能研究对于其应用具有重要意义。

通过利用动态光散射、核磁共振等技术，研究人员已经揭示了其分子结构和构象特征。

同时，研究者们也发现了其多种生物活性，如抗氧化、抗菌、免疫调节等功能。

3.应用领域的拓展：水产品胶原蛋白的应用领域不断扩大。

以食品工业为例，它可以作为功能性食品添加剂，提高产品的营养价值和口感。

在医药工业中，水产品胶原蛋白可以制备生物医用材料，如人工关节、伤口敷料等。

同时，水产品胶原蛋白还可以用于化妆品行业，具有保湿、抗皱、美白等功效。

4.改性和功能增强：为了进一步提高水产品胶原蛋白的性能，研究人员进行了改性和功能增强的研究。

如通过羟基化、交联等改性手段，提高胶原的稳定性和凝胶特性。

同时，将胶原与其他生物活性物质如多肽、抗氧化物等结合，可以赋予其更多的功能。

5.应用于再生医学：水产品胶原蛋白在再生医学领域的应用也备受关注。

胶原蛋白与细胞有良好的相容性，可以作为支架材料用于组织工程和再生医学。

研究人员已经成功应用胶原蛋白支架材料进行心脏、骨骼、软组织等的修复和再生。

综上所述，水产品胶原蛋白的研究在提取和纯化方法、结构和功能、应用领域拓展、改性和功能增强以及再生医学等方面取得了很大进展。

未来的研究将进一步加深对其独特性质和应用潜力的认识，并推动其在生物医学、食品工业、化妆品等多个领域的应用。

胶原蛋白的概念胶原蛋白是一种生物性高分子物质，占人体全身总蛋白质的25%～30%，广泛地存在于人体的皮肤、骨骼、肌肉、软骨、关节、头发组织中，起着支撑、修复、保护三重抗衰老作用。

胶原蛋白的特性决定了其在化妆品上的优良功效，具有良好的应用前景。

1. 胶原蛋白的来源一般来说，胶原蛋白的主要来源是陆生动物，如猪、牛、羊等，主要分布于生皮中，其次是骨头和肌肉中。

脊椎动物体内的胶原蛋白量是结构蛋白的主要成分，是结缔组织和支持组织的主要组成部分。

近年随着疯牛病、口蹄疫等疾病的肆虐和一些宗教信仰等原因，使得人们对于牲畜胶原制品的安全性产生质疑，所以作为牲畜替代原料的水产动物—鱼类引起了人们的广泛关注。

对于鱼类中胶原蛋白的提取，其实主要可利用鱼的下脚料，它有三大优势：第一，鱼胶原的可溶性比陆生动物高，更有利于组织吸收[1]，且其抗原性和过敏性较低，分子结构较脆弱方便酶解[2]，故从鱼中提取胶原蛋白较从其他动物中提取工艺更简单，节约成本；第二，研究表明，由鱼下脚料中提取的胶原蛋白所制得的多肽分子量大部分都在1000D以下，对皮肤的渗透性好，下脚料中鱼皮的胶原蛋白含量最高可达80%以上，较鱼体其他部位高许多[3]，因此从得率考虑，从鱼皮中提取胶原蛋白具有重要的经济意义；第三，充分利用鱼类加工的副产品，这是一种新型胶原资源的开发，不仅节约资源而且增加其附加值，胶原蛋白的回收率更是高达90%以上。

刘克海、秦玉清[4]等研究表明，从鱿鱼皮中提取的胶原蛋白保湿率明显高于丙二醇和甘油。

2. 胶原蛋白的基本结构胶原蛋白在体内以胶原原纤维的形式存在，其基本组成单位是原胶原分子，微观结构如图1所示。

胶原蛋白的分子量为300KD，它是由3条左手螺旋的a肽链组成，这3条链相互缠绕形成右手螺旋结构。

另外，肽链间的范德华力、氢键和共价交联键是维持胶原三股螺旋结构稳定的主要作用力[5]。

图1 胶原纤维的结构[6]胶原蛋白在化妆品中的应用研究新进展 文／钱 洁 王巧娥 程宝箴 简单介绍了胶原蛋白的结构、来源和其在化妆品中的功效，重点阐述了胶原蛋白的酶解和分子量检测方法，对未来胶原蛋白在化妆品中的研究方向做出了展望。

Science &Technology Vision科技视界0前言胶原蛋白是人体及动物分布最广泛的蛋白质之一,其含量约占体内总蛋白含量的25%~30%。

胶原蛋白是细胞外基质(ECM )中的一种生物大分子,其基本结构由三条多胜肽炼互相缠绕成超螺旋结构[1]。

胶原蛋白是组织的填充物和支持物,维持着细胞结构完整性和其他生物功能的行使,限定组织的形状和形式,使骨骼、肌腱、软骨和皮肤具有一定的机械强度。

胶原蛋白具有很高的生物活性和生物功能性,能参与诸多种类细胞的迁移、增殖和分化,行使其特殊的生物功能[2]。

在过去的几十年中,胶原蛋白其生物相容性良好和抗原性低,以各种形式被作为一种安全的生物医用材料广泛应用在烧伤、眼科、创伤、美容整形、硬组织修复等临床领域,并且得到患者和临床医生的普遍认可[3]。

人体皮肤组织富含50%以上的胶原蛋白,以胶原纤维和弹力纤维的形式维持着皮肤的基本结构,对皮肤的水润、弹性和质地起着非常重要作用。

但随着年龄增长,人体内胶原蛋白会逐渐大量流失,是导致皮肤衰老最主要的原因。

皮肤衰老会导致一系列负面反应如肌肤暗沉、干涸等,从而需要不断补充胶原蛋白才可以保持皮肤年轻[4]。

研究表明,口服胶原蛋白对改善皮肤几乎不会产生作用,只有将其注射到真皮深层,才能起到美容整形的作用。

医用美容整形胶原一般为高度纯化的人或动物胶原蛋白,具有很好的组织相容性,可以很自然地被皮肤吸收或降解;同时其在美容创面修复可以起到止血作用,缩短炎症反应周期;另外,胶原蛋白可以刺激真皮成纤维细胞新产生胶原蛋白,进而再生修复细胞和皮肤组织[5]。

目前,胶原蛋白是在整形美容中应用最广泛的生物医用材料,已有诸多产品问世,并取得了较满意的临床应用效果,另外,也有一些新型胶原蛋白类整形美容产品正在研制开发,预期具有广阔的临床应用前景。

1胶原蛋白的三螺旋结构胶原蛋白的基本结构由三条独立的聚脯氨酸链,*通迅作者:王岚(1972—),女,汉族,吉林省公主岭市人。

第23卷第5期2009年9月长沙大学学报JOUR NAL O F CHANGS HA UN I VERS I TYVo.l23No.5S e p.2009胶原蛋白的研究进展*廖艳阳(湖南农业大学东方科技学院,湖南长沙410128)摘要:胶原蛋白是细胞外基质(EC M)的主要成分,对维持皮肤、血管壁弹性,保持毛发、指甲柔软亮泽,提高软骨的润滑性等都有重要作用.胶原蛋白因具有良好的物理性能和生物学特性在许多领域有着广泛的应用.关键词:胶原蛋白;应用;研究中图分类号:Q512.6;Q493.99文献标识码:A文章编号:1008-4681(2009)05-0036-03胶原蛋白(也称胶原)是细胞外基质(EC M)的主要成分,约占胶原纤维固体物85%,占体内蛋白质总量的25%~30%.胶原中含有大量的甘氨酸,约占总氨基酸的27%,其一级结构均为/G ly-X-Y0重复序列,其中脯氨酸和羟脯氨酸的含量特高,占胶原氨基酸的14%,这两种氨基酸是胶原特有,而色氨酸、酪氨酸以及蛋氨酸等必需氨基酸含量低,因此,胶原属不完全蛋白质.胶原呈乳白色的一种多糖蛋白,具有很强的延伸力,不溶于水,在酸中可溶解[1].到目前为止,人们发现19种不同类型的胶原蛋白,其中容易分离且产量较高的只有5种:从动物的皮肤或跟腱中提取出的Ñ型胶原蛋白的价格人们才可以接受;其它类型的胶原如Ó、Ô、Õ仅在研究中制备,由于价格昂贵都不宜大量生产[1,2].不同的物种和不同部位来源的组织,胶原蛋白的含量显著不同;在不同的生长时期,胶原蛋白的含量也不同,从婴儿到成年,胶原蛋白的总量大约要增加2倍,20岁以后不再增加,50岁以后逐渐减少;甚至是同一物种在不同的生活条件下,其体内胶原蛋白的含量和质量都不相同,如野生的和养殖的同一品种的黑鲈(D icentrarchus labrax L.),其皮肤里的胶原蛋白的含量就不相同[3,4].1胶原蛋白的特性胶原蛋白用于医药学方面有许多优点,如高亲水性、无毒、体内生物相容性、降解性好.这些优点使得胶原在生物医学方面有多种多样的应用形式,且它在体内相对稳定,作为一种蛋白质,对酶降解亦很敏感.有关胶原蛋白副作用的报道仅限于作为外科整形进行胶原移植时引发的局部红肿,临床反应比较少见.单个的Ñ型胶原分子量约285kD,宽14A,长约3000A,由三条多肽链组成.X型胶原是近年来发现的一种新型胶原,它与一般的胶原纤维不同,不以纤维的形式存在,而是以液态均相的形式分布于细胞外基质内,是细胞外基质的重要组成成分.而且,它只在特定的时期、特定的部位存在,由特定的细胞合成分泌,具有特异性合成、局限性分布、一过性存在的特征,且它通常只存在于生长发育期的软骨内,由肥大软骨细胞合成,然后分泌到细胞外基质,分布在即将骨化的软骨内,并启动软骨骨化.近年的研究发现,尽管它存在期短,分布局限,但在骨筋的生长发育过程中起着不可替代的作用.2胶原蛋白的生物合成胶原生物合成的方式与其他分泌蛋白质相似,但胶原具有其特有的反应过程.胶原的生物合成大致分为3步[5].第1步:胶原的各个肽链所对应的遗传基因信息,由信使RN A(mRNA)识将编码蛋白所需的信息转录到核糖体,在核糖体上合成多肽链的过程.第2步:合成形成的多肽链侧链的羟基化(羟脯氨酸生成)和糖基化作用后,生成条多肽链的过程.第3步:分泌到细胞外的前胶原分子,被切断形成通常的胶原分子,形成纤维,并在纤维分子内引入交联键的过程.3胶原蛋白的制备段明瑞等[6]将人体已知序列胶原蛋白的一段基因进行特定重组并修饰后转化到大肠杆菌内,并经过对其水溶性、免疫排异性、稳定性、成胶性、吸收性等特性的改进,使其基因表达产物的结构和性能优于天然胶原蛋白.范代娣等[7,8]研究结合以E.coli BL21菌株的特点,采用高密度发酵技术,利用近似指数流加补料的方法对重组人源型胶原蛋白基因工程菌进行高密度培养,建立起补料分批发酵过程动力学模型,为进一步发现最适条件、优化和控制反应器奠定了基础.动物体胶原蛋白在性能和来源方*收稿日期:2009-07-04;修回日期:2009-10-10作者简介:廖艳阳(1974-),女,湖南湘乡人,湖南农业大学东方科技学院讲师,硕士.研究方向:生物化学与分子生物学.总第91期廖艳阳:胶原蛋白的研究进展面的固有缺陷,直接限制了其用途的开发,而重组类人胶原蛋白具有材料性能好和成本低廉等方面的优势,因此该研究具有一定的意义.王晓军等建立了重组类人胶原蛋白分离及纯化工艺.将工程菌株E.coliBL213.1在L15329型12.8L自控发酵罐中培养14h,发酵菌体经超声破碎、硫酸铵沉淀后,依次经DEAE-52和Sephadex C-100柱层析分离纯化.发酵菌体干重达到71g/L,表达量为菌体蛋白量的29.4﹪,最终产物纯度达98﹪,回收率为80.5﹪,纯化倍数为3.4.纯化的类人胶原蛋白达电泳纯,相对分子质量为90000.4胶原蛋白的最新应用胶原蛋白作为天然的生物资源,具有合成高分子材料无法比拟的生物相容性和生物可降解性,可广泛应用在医药、食品、化妆品等工业中.4.1食品方面的应用胶原蛋白在食品中的应用比较早,如早期的向肉制品中加入猪皮用作肉制品的品质改良剂,可使产品嫩度增加、弹性改善等.胶原蛋白含量的多少对产品的品质有很大的影响,产品应力与胶原蛋白含量的多少成正比,而应变则成反比.近年来胶原蛋白在食品中的应用出现了新的发展方向.4.1.1作为功能食品和保健食品近年来胶原蛋白及其降解产物被普遍地用在功能食品和蛋白饮料中,特别是其降解物几乎没有过敏蛋白质,机体能完全吸收.日本厚生省将其作为/健康食品0推向市场;胶原蛋白还可以作为一种补钙的保健食品,因为血浆中来自胶原蛋白的羟脯氨酸是将血浆中的钙运输到骨细胞的运载工具,因此摄入足够的胶原蛋白,就能在一定程度上保证正常的钙质需要量,香港大学预防疾病研究所王凯教授指出,如果缺少胶原蛋白,用补钙来防治骨质疏松,再多的钙也无法改善[9,10].4.1.2生产可食性包装材料由于/白色污染0已成社会重疾,对可降解、可食性食品包装材料的研究热潮应运而生.胶原蛋白因其具有紧密的螺旋结构,从而显示出很强的韧性和强度;氨基酸组成又使其具有优良的成膜能力,这些有利条件都促使了其在可食性食品包装材料中的应用.用胶原蛋白制成的香肠肠衣、肉类、鱼类的包装纸、涂抹层及可食包装膜,具有良好的抗拉强度、热封性、较高的阻气、阻油、阻湿性能,可防止食品吸潮及干缩变形,还可携带抗氧化剂和除菌剂,保证食品的新鲜度和天然风味.同时,胶原蛋白还具有良好的染色性,可用天然食用色素染成近似肌肉的颜色,增加了产品的可接受性[11].4.1.3在调味品中的应用有报道说日本以动物胶原蛋白为原料经胶原蛋白水解酶水解、调制开发出新型调味品,这种调味品因其含有丰富的呈味氨基酸,具有很好的呈味性能,同时还能补充部分氨基酸.4.2医疗方面的应用胶原蛋白能保持血管壁弹性、防止栓塞、提高软骨以及韧带的润滑、减轻关节僵硬等,其在治疗真皮损伤或缺陷、美容整形、改善睡眠、增强机体免疫力等方面中的作用已获得共识,近年来科学技术的发展,加速并扩展了胶原蛋白在医学上新的应用.4.2.1在烧伤中的应用自体皮肤移植一直是治疗二度和三度烧伤的全球标准方法,然而对于严重烧伤的病人,缺少合适的可移植的皮肤成了最严峻的问题,因而方便的生物工程皮肤就显得十分必要.Judth H ohlf eld等(2005)利用生物工程技术通过婴儿皮肤细胞培育出婴儿皮肤组织,这种胶原蛋白组织在没有自体移植的情况下,在3周到18个月不等的时间里可治愈不同程度的烧伤,而且新长出的皮肤也很少表现出肥大增生和抗性,因而在治愈烧伤和其它一些长期的伤口具有不可低估的潜力[12].为了增加胶原蛋白在医药行业的应用,传统的工艺是用高温、化学反应等,但这些技术通常会破坏蛋白质,也会增加其在人体中应用的不安全性.现在John H opkins大学的科学家在研究将胶原蛋白和称为胶原蛋白模仿多肽的小分子物质通过物理混合的方式混在一起来改变胶原蛋白的各种性质,从而带来在医疗领域新的应用领域.如:传统的胶原蛋白可吸引细胞靠近受伤组织形成伤疤,而经过这种物理改性的胶原蛋白可排斥细胞靠近,从而阻止形成淤血凝块和疤痕;生长因子与这种胶原蛋白结合还可加速其繁殖;抗原连接在这种胶原蛋白上,可使其具有更长时间的抗感染性等. Chen Guop i n g等[13](2005)用人工合成的聚-DL-乳酸-羟基乙酸(PL GA)和天然胶原蛋白来培育三维的人皮肤纤维原细胞.实验表明:细胞在合成网状物上生长更快,而且内外几乎同步生长,增殖细胞和分泌的胞外基质更均一,把这种纤维植入无皮的大鼠背部,2周后就长出了真皮组织,4周后就长出了上皮组织.由此可见,PLG A-胶原蛋白网状物在治疗烧伤中将有重要的作用.4.2.2在治疗骨折中的应用将胶原蛋白和聚乙烯吡咯烷酮溶在柠檬酸缓冲液里制得胶原蛋白-P VP聚合物(C-P VP),用于受伤骨骼的加固不仅效果好,安全性也高,即使长达400周的连续用药,不管是实验还是临床试验都不表现出淋巴肿大、DN A损伤,不会引起肝和肾的代谢紊乱,也不诱发人体产生抗C-PVP的抗体,近年来又有用于治疗尿不尽等方面的报道[14].4.2.3在减肥中的应用目前睡前服用水解胶原蛋白,已成为国际减肥方法的新宠.这是因为水解胶原蛋白能增加和延长燃烧脂肪的过程,燃烧更多的脂肪从而达到减肥的37长沙大学学报2009年9月目的;而且胶原蛋白能使减肥后的皮肤仍然保持很好的弹性和光泽,防止因体重迅速减轻而出现的皮肤松弛等常见的减肥并发现象.并且在睡眠状态下,胶原蛋白能对细胞进行修补,这种机能可消耗大量的热能,因此服用水解胶原蛋白,睡觉就能减肥的梦想变成了现实.有研究表明:在熟睡状态下生长激素分泌最多,有利于肌肉的成长.胶原蛋白可加深睡眠的程度,从而有利于塑造健美的肌肉.还有研究表明XV III型胶原蛋白能抑制癌症的继续,是一种抗癌新药,胶原蛋白抑制癌细胞是通过增强机体免疫力和防止癌细胞转移来实现的,同时胶原蛋白与巨噬细胞结合可使其吞噬能力提高100倍以上,从而吞噬更多的癌细胞.4.3化妆品中的应用由于胶原及其水解物与人皮肤胶原的结构相似,相容性好,可以扩散到皮肤的深层,对人的皮肤有很好的营养作用,且胶原蛋白分子外侧存在大量的羧基和羟基,同时存在大量的甘氨酸等天然保湿因子,能提高组织细胞的贮水能力,使皮肤保湿;胶原蛋白溶液还有很强的抗辐射作用,因而广泛应用于化妆品行业,现如今市场中销售的面膜、眼霜、护肤霜等化妆品中很多都含有胶原蛋白.Zheng wei M ao等[15]研究表明戊二醛用于胶原蛋白的交联中,可大大提高胶原蛋白面膜的生物稳定性,从而扩大了胶原蛋白在化妆品中的应用.但需要注意的是,随着交联度的增加,吸水能力和膨胀度却会降低.5胶原蛋白发展前景随着我国科学技术的进步、经济的发展和生活质量的普遍提高,人们崇尚绿色、回归自然的意识的加强,以胶原蛋白为原料和添加剂的化妆品以及生物医用材料将会受到人们的欢迎,这是因为胶原蛋白具有特殊的化学组成及结构,天然蛋白具有合成高分子材料不可比拟的生物相容性和生物降解性.随着对胶原的进一步研究,人们的生活中将会越来越多地接触到含有胶原蛋白的产品,胶原蛋白产品将会越来越广泛地被应用于医药、工业、生物材料等方面.胶原虽以其优良的性质得到重视,但不可避免的弱点也限制了它的应用.例如经过制备后的胶原蛋白产品,拉伸强度较弱;纯胶原蛋白在体内降解较快,以及存在潜在的抗原性等.此外,由于胶原蛋白粉的来源、加工工艺和原料配比的差异,产品的营养成分及饲用价值也不相同,且皮料在加工过程中不仅要接触许多化学物质,且易受到细菌的感染.因此,大家都在探索解决这些问题的方案.我们认为可从以下2个方面考虑:其一,用化学或物理的方法对胶原蛋白进行交联或修饰,不仅能增强纯化后天然胶原的性能,并且能提高和改善其它性能.其二,将胶原蛋白与其它生物材料复合,如其它蛋白质、多糖类以及无机盐或有机高分子生物材料等,不仅能改善胶原蛋白的各项性能,而且能拓宽胶原蛋白基生物材料的临床应用.制备胶原高分子复合材料,使其同时具有两种材料的共同优点,取长补短,从而向实现发展/理想0的生物材料的目标迈进了一步,并将为医用生物材料的变革性发展提供广阔的前景.参考文献:[1]刘成海.肝脏胶原蛋白检测进展与评析[J].世界华人杂志,2003,(6):679-692.[2]徐新宇.胶原的提取、改性、交联及其应用[J].透析与人工器官,2004,(3):68-70.[3]M J P eriago,e t a.l Muscle ce llularity and flesh qua lity ofwil d and far m ed sea bass,Dicentra rchus labrax L[J].Aq2 uaculture(A m sterda m),2005,249(1):173-175.[4]李小勇,等.胶原蛋白的最新研究及应用进展[J].食品科技,2006,(7):12-15.[5]李国英,等.胶原的生物合成过程[J].中国皮革,2004,33(5):14-15.[6]段明瑞,等.重组人源型胶原蛋白基因工程菌补料分批发醉过程动力学研究[J].化学反应工租与工艺,2003,18(3):238-243.[7]范代娣,等.重组E.coli工程菌高密度培养生产人源型胶原蛋白[J].化工学报,2002,53(7):752-754.[8]肖玉良,等.胶原蛋白研究进展[J].泰山医学院学报,2005,26(5):493-496.[9]陈秀金,等.胶原蛋白和明胶在食品上的应用[J].郑州工程学院学报,2002,(3):66-70.[10]K erry H ughes.F uncti onal prote i ns and hydrolysates[J].P repared F oods,2005,(4):123-129.[11]M e iji i n troduces e li x i r of yo u t h[J].Da iry i ndustries i nter2na tio na,l2005,(3):11-13.[12]J udith H ohlfe l d,e t a.l T i ssue engi neered feta l ski n co n2structs for paediatric burns[J].The Lancet,2005,366(9):840-842.[13]Chen Guo p i ng,e t a.l Culturing of sk i n fi bro b lasts i n a th i nPL GA-coll agen hybri d m esh[J].B io m ater i a ls2005,26(15):2559-2567.[14]Jane tte F uruzawa-C arball eda,e t a.l Ce ll u lar and hu2m ora l respo nses to collagen-polyvi nylpyrroli done ad m i n2i stered dur i ng short and lo ng pe ri ods i n hu m ans[J].Cana2dian Jo urna l of Physi olo gy and Phar m acolog,2003,81(11):1029-1036.[15]Zheng we iM ao,e t a.l Co ntrolli ng B i ostab ility of Coll agenF il m s for F i broblast Cytoco mpati b ility[J].Journa l of B i o2acti ve&Co mpati b l e Pol y m ers,2004,19(5):353-365.(作者本人校对)38。