胶原蛋白的研究进展及其在化妆品中的应用

第３５卷第６期　２００５年１２月　

日用化学工业　

Ｃｈｉｎａ　Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ　Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ＆Ｃｏｓｍｅｔｉｃｓ　Ｖ０１．３５　Ｎｏ．６　

Ｄｅｅ．２００５　

胶原蛋白的研究进展及其在化妆品中的应用　王学川　，任龙芳　，强涛涛　，周国祥　，李富勇　（１．陕西科技大学资源与环境学院，陕西威阳７１２０８１；２．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：ＴＱ６５８　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　Ｊ。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。根据它们在　体内的分布和功能特点，可将胶原分成间质胶原、基　膜胶原和细胞外周胶原。　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。例如：胶原以其天然的低毒性、低抗原性、低免　疫性、能抑制上皮组织细胞的迁移、能引导细胞再生　和与人体相容性好等优点，而广泛应用于生物医学材　料和临床医疗ｌ２，３　Ｊ，如陈国梁、贺翠莲＿４］报道了胶原　蛋白在烧伤、创伤、美容、矫形和创面止血等方面的　临床应用及与其相关性疾病的研究进展。有望将胶原　制成更接近于“自然皮肤”、有生理特性的“人工皮”　而应用于外科手术。　

２胶原蛋白的特性　胶原蛋白独特的纤维状结构及其良好的生物相容　性和低抗原性使其成为高档化妆品、功能性保健品和　生物医学材料领域的热门研究课题。胶原蛋白能有效　地改善皮肤表皮和真皮结构，促进皮肤内胶原的合　成。胶原蛋白应用于化妆品中的功效总结起来有如下　几点［５］：　（１）营养性。可以补充皮肤层所需的养分，补充　１７种对人体有益的氨基酸，使皮肤中的胶原蛋白活　性增加，保持角质层水分以及纤维结构的完整性，改　善皮肤细胞生存环境和促进皮肤组织的新陈代谢，增　强循环，达到滋润皮肤、延缓衰老、美容、消皱、养　发的目的。　（２）修复性。胶原蛋白具有独特的修复功能，胶　原蛋白和周围组织的亲和性好，从而具有修复组织的　功能。　（３）保湿性。天然保湿因子是保持皮肤水分的重　要物质，其主要成分是甘氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、　天门冬氨酸和丝氨酸等游离的氨基酸。在水解胶原蛋　白产品中，甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和丝氨酸的　含量都比较丰富，其质量分数分别达到２０％　２３％、　１０％一１２％、４％和３％左右。另外，胶原分子外　

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（０４ＢＪ０２）　作者简介：Ｚ＇￣ＪｌＩ（１９６３一），男，博士，教授，硕士生导师，电话：（ｏ９１ｏ）３５７９７３３，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｃ＠ｓｕｓｔ．ｅｄｕ．ＣＩＩ。　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 箜鱼塑　堂Ｊｌｌ等：胶原蛋白的研究进展及其在化妆品中的应用　侧亲水基团羧基和羟基等的大量存在，使胶原分子极　易与水形成氢键，所以胶原蛋白及多肽具有良好的保　水、保湿性能。在相对湿度７０％时，胶原及其水解　产物仍可保持其自身质量４５％的水分，化妆品中添　加的胶原蛋白达到０．０ｌ％时，即能供给皮肤所需的　全面水分［６ｌ。　（４）配伍性。胶原蛋白可以起到调节并稳定ｐＨ、　稳定泡沫、乳化胶体的作用，同时，作为一种功能性　成分在化妆品中可以减轻各种表面活性剂、酸、碱等　刺激性物质对毛发、皮肤的损害。　（５）亲和性。胶原蛋白对皮肤和头发表面的蛋白　质分子有较大的亲和力，胶原蛋白主要通过物理吸附　与皮肤和头发结合，耐漂洗处理。亲和作用大小随相　对分子质量增大而增强，相对分子质量较大的分子，　结合位置较多，结合力增强，亲和力增大。这些分子　可以渗入皮肤表皮和头发，甚至皮质层，达到营养皮　肤的作用。　此外，胶原蛋白还具有可生物降解性。胶原或其　前体由细胞合成释放到细胞外，在胶原分子螺旋部分　的特定部位裂解出３个酶链形成凝胶多肽。多肽在细　胞外间隙中或被中性蛋白酶水解，或被白细胞或巨噬　细胞吞噬，而在细胞内被溶酶体酶降解＿７　Ｊ。　３．２碱法　与　碱处理法操作简便，但是如果想得到相对分子质　量较小的胶原产物，就要加强水解，如提高温度、增　加碱用量或延长水解时间。这些措施在提高提胶率的　同时，也会使已经溶出的胶原肽链断裂，水解成为小　分子。王坤余等人＿１０＿提出采用分段提取胶原蛋白的　方法：即先在较弱的提胶条件下处理，提取较易溶出　的胶原产物，然后逐渐加强提胶条件，提取较不易溶　出的胶原产物，处理２次～４次后即可完成。用此法　提取的胶原蛋白的各项指标，达到了食用明胶的要　求，有些性能还优于食用明胶。　

３．３氧化法　用Ｈ２ｏ２等氧化剂对铬革屑进行处理，将革屑中　的ｃ　氧化成ｃｒ６　，使铬革屑脱鞣，再经过漂洗、　过滤，将胶原和铬分离。Ｊａｉｍｅ　Ｃｏｔ等人【１１］对用不同　的过氧化物处理铬革屑进行过系统的研究。氧化法脱　铬速度快、效果好，对胶原的结构破坏程度小，获得　的胶原产物相对分子质量较大。但由于其获得的胶原　产物相对分子质量较大，难被皮肤吸收，所以不能用　于化妆品中。　

３水解胶原蛋白的制备方法　３·４酶法　

胶原蛋白的相对分子质量为３０万道尔顿（Ｄ），　它是由３条肽链结合而成并互相盘绕的三螺旋结构，　很难被皮肤直接吸收。不同的用途，对胶原蛋白的相　对分子质量有不同的要求。在化妆品中单纯用作营养　性护肤类原料通常要求相对分子质量在２　０００　Ｄ以下，　以让水解胶原能渗透人皮肤内，而护发类化妆品除要　求水解胶原具有保湿性外，通常还应具有一定的成膜　性，所以水解胶原的相对分子质量一般要求更高　８。　探讨胶原蛋白水解方法是拓宽其在化妆品中应用的一　个主要渠道，目前，水解胶原蛋白的方法主要有如下　几种。　

酶处理法是研究较早的一种方法。蛋白酶水解胶　原作用条件温和，可以大大减少环境污染。选择适当　的单一酶、复合酶及工艺条件，理论上可以得到所期　望相对分子质量的水解胶原。为提高胶原蛋白在高附　加值领域的应用，采用此法对胶原蛋白进行水解是近　几年研究的热点。Ｌａｎｇｍａｉｅｒ等人＿１　Ｊ用Ｍｇ０预处理革　屑，然后用碱性蛋白酶提取胶原的水解产物。叶易春　等人＿ｌ３＿１３报道了以牛肌腱为原料，通过酶法来提取Ｉ　型胶原，并对所提取的胶原进行了性能表征。酶处理　法具有速度快、条件温和、对蛋白质的成分破坏小等　优点，而且水解所得到的胶原相对分子质量较小，有　利于皮肤的吸收，有望在化妆品中得到广泛的应用。　

３．１酸法　３．５混合法　酸法对胶原的损伤严重，难以获得较高质量的产　品。使用盐酸等强酸作用皮块，根据酸浓度、水解温　度、水解时间等条件的不同，可以得到平均相对分子　质量不等的胶原水解物。郑巧东等人＿９．９报道了以禽类　皮肤组织为原料，经过酸液预处理，热水抽提法提取　胶原蛋白，并通过酸法水解、有机溶剂沉淀分离、　干燥等工艺过程，制备胶原水解多肽。　（１）酸一碱交替处理法：先用酸进行处理，然后　在此基础上再用碱作进一步的改进。这种方法提取得　到的胶原产物的稳定性和质量都要比碱处理法高。邵　泽恩等［１４］采用这种方法（石灰乳浸渍一稀硫酸浸渍一　氢氧化钠浸渍一双氧水氧化）来提取胶原蛋白制作宠　物饲料。　（２）碱一酶处理法：它是在碱处理法的基础上经　３８９·　

维普资讯 http://www.cqvip.com 日　用　化　学　工　业　第３５卷　过改进而得到的方法。在提取胶原时，先用碱进行轻　度处理，然后再用酶进行第二次处理，这样可增加胶　原的提取率，得到两种性质不同的胶原蛋白。目前关　于这种方法的研究工作也较多。Ｔａｙｌｏｒ　Ｍ　Ｍ等ｌ１　Ｊ曾用　碱和碱性蛋白酶联合处理铬鞣牛革屑，取得较好效　果。　（３）酶一酶处理法：通过酶解作用把蛋白质大分　子切割成寡肽可促进人体对蛋白质的吸收。因人体对　１０个氨基酸以内的寡肽可不经过消化而直接吸收，　所以通过酶解途径有可能将猪皮加工成富含生理活性　寡肽的水解物，从而开辟了胶原蛋白在营养食品、保　健食品及化妆品行业中的应用。Ｃａｂｅｚａ　Ｌ　Ｆ等人ｌ１　６ｌ用　两步酶法（先用胃蛋白酶提取，再用碱性蛋白酶提取）　提取两种不同的胶原水解产物。李岩等ｌ１　Ｊ研究了在　ＤＨ渐变条件下双酶协同水解猪皮的方法。　由于单独采用一种方法存在各种弊端，所以目前　在研究或生产中都是将这几种方法结合起来使用，提　高水解质量以得到我们所需要相对分子质量的胶原蛋　白以及多肽。如果是从不含铬的边角料或者其他的生　皮中提取胶原蛋白，只需减少一道脱铬工序。综上所　述，这些水解方法的处理过程可以用下面的过程图表　示［１８］：　水，　表面活　加热，６　ｈ　明胶　铬泥　胶原水解物　４胶原蛋白的应用　胶原蛋白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。　４．１胶原蛋白在化妆品中的应用　完整皮肤的表皮是一层非常致密的组织结构，只　能让水、电解质及少数结构简单的小分子物质通过。　胶原蛋白的相对分子质量非常大，分子结构非常复　杂，即使磨损皮肤也无法吸收。因此在化妆品中直接　加入胶原抗衰老或使用胶原面膜增加皮肤弹性的方　法，是没有科学依据的。鲜胶原蛋白是纯天然生物提　取活性蛋白，是天然化妆品中的高科技产品，鲜胶原　３９０·　蛋白代表了生物化妆品发展的方向。因此，探讨胶原　蛋白的提取和水解方法以得到相对分子质量小、分子　结构简单的生物活性肽是将其用于化妆品中的一个重　要前提。目前所利用的这些胶原蛋白制品大都是从　猪、牛等的皮中提取的，而目前由于疯牛病的危害性　被广泛认识，陆生动物胶原蛋白的来源受到限制，所　以傅燕凤等人ｌ１　９ｌ报道了鱼皮胶原蛋白的利用。在化　妆品方面，可利用鱼皮胶原的高度可溶性、亲水性、　乳化性等性质，用于生产美容护肤品，如保湿乳液、　保湿霜、洗面奶等。文献［２０］报道了以鸡、鹅等家禽　皮、骨等组织为原料，在水介质中进行热处理来直接　提取胶原蛋白。　４．１．１在护肤品中　生物活性多肽在人体内含量极少，但生物活性极　高，具有多种重要的生物学效应和生理功能，被称为　“皮肤软黄金”，可见其在化妆品中所起到的重要作　用。多种生物活性多肽与皮肤细胞的生长、分裂、分　化、增殖和迁移有关，它们能够提供皮肤养分，延缓　皮肤衰老，促进皮肤创面修复。实验研究和临床应用　均表明，将生物活性多肽添加到美容化妆品中，可以　有效地与皮肤细胞发生作用，发挥其突出的美容护肤　功效，对于护肤品功能的提高具有重要意义。目前已　经有很多公司生产出了胶原蛋白类化妆品：四川大学　生物研究所、四川铭让生物科技有限公司、法国ＢＩＭ　ＳＩＦＲＡＭ集团公司、成都宏泰化妆品有限公司为使胶　原蛋白在化妆品中更有效地应用，联合开发了新一代　生物美容材料１９ＡＣ生物酶解胶原肽。１９ＡＣ系以天然　胶原蛋白作为初始原料，采用国际尖端生物工程技术　生物酶定向剪切专利技术，使不易被皮肤吸收的　高分子胶原蛋白（相对分子质量约３０万）转化为低分　子胶原多肽１９ＡＣ（相对分子质量约２　０００），再经科学　纯化精制而得。“欧尼菲”系列护肤用品是以１９ＡＣ　生物酶解胶原肽为主要活性原料，同时添加其他与人　体皮肤亲和力强的透明质酸等天然保湿因子、多种维　生素、天然植物油脂、超临界二氧化碳提取的植物精　华等，运用最先进的法国化妆品配方技术和生产工艺　（如高活性物的微胶囊包裹技术等）生产出的高科技护　肤用品，产品在使用效果上除具有保湿、营养、抗衰　除皱、美白、修复和抗刺激等特点外，更有其他产品　所不具备的独到之处，如仿真皮膜和温和的收敛性　等。　４．１．２在润发剂中　头发的健康关键在于头发的基础头皮皮下组织的　营养，位于真皮层的胶原蛋白是表皮层及表皮附属物　的营养供应站。缺乏胶原蛋白，头发干燥分叉。头发