胶原基材料在化妆品中的应用

　　摘要

随之社会不断地进步，年轻人为了保持精致面容，化妆品成为了当今人们必不可少的物品。各种各样的化妆品也逐渐被我们熟知，我们接触到的化妆品大致可以分为两类：第一类是起到保湿护肤作用的化妆品，这类化妆品可以锁住皮肤的水分，有滋润并且保持皮肤活力的作用；第二类是有特定功效的化妆品，比如：脱毛剂，防晒霜等。说到这么多化妆品，我们可能都用到过，但是关于各种化妆品中的成分大家了解的少之又少。化妆品中会含有多种成分，常见的成分是甘油，因为甘油不仅价格低廉并且它有很好的保湿效果，化妆品中加入甘油能保持皮肤的水润，还有胶质类的化学物质在化妆品中也比较常见，他们可以制成各种护肤的凝露。本文综述了胶原蛋白在化妆品中的应用，并对胶原蛋白的性质及应用进展作了综述。胶原蛋白是一种在动物体内发现的结构蛋白，它提供了基本的结构支持。最常见的是从哺乳动物和鱼皮中提取。胶原蛋白因其有趣的特性，包括天然保湿剂和保湿剂，引起了学术界的广泛关注，也引起了化妆品行业的关注。本文综述了胶原蛋白的生物合成、化妆品中胶原蛋白的来源以及胶原蛋白在化妆品中的作用。并对胶原蛋白基材料在化妆品中的应用前景进行了展望。

　　关键词：胶原蛋白化妆品皮肤肽

　　引言

胶原蛋白作为一种结构蛋白，构成了结缔组织的很大一部分，特别是在骨骼、肌腱、关节和皮肤中。胶原蛋白的一级结构由氨基酸组成，主要由甘氨酸（33%）、脯氨酸和羟脯氨酸（22%）组成。二级结构是由氨基酸α链捆绑成螺旋，每圈有三个氨基酸，相互缠绕，形成紧密的三级结构。基本胶原蛋白结构-四级结构属于超螺旋。迄今已发现29种胶原蛋白。。胶原性质的分化首先取决于各种α链的存在、颗粒的异构体以及每种胶原类型的超分子结构。胶原蛋白种类的多样性也是由蛋白质生物合成相关基因表达的差异造成的。此外，胶原的翻译后修饰对胶原多样性也有显著影响。在表征胶原时，我们主要根据其复杂性和结构多样性、非螺旋片段的存在、功能和组装超分子结构的能力来确定其与特定组的隶属关系。

　　1.胶原蛋白的主要类型

胶原蛋白包括：I型胶原蛋白（存在于皮肤、肌腱和骨组织中）、II型胶原蛋白（存在于软骨中）和III型胶原蛋白（存在于皮肤和血管系统中）。胶原蛋白有着广泛的应用。由于其高生物相容性、无毒性和可生物降解性，被广泛应用于化妆品、制药、医疗和食品工业。

化妆品用胶原蛋白的来源胶原蛋白是许多化妆品配方的主要成分，因为它是一种天然保湿剂和保湿剂。化妆品行业不断寻求创新和有效的产品，使胶原蛋白来源成为一个重要的问题或研究。胶原蛋白的来源可能不同，从牛和猪的副产品到海洋来源。牛和猪胶原蛋白与人畜共患病的风险有关，如TSE（传染性海绵状脑病）、BSE（牛海绵状脑病）和FMD（口蹄疫）。相反，海洋胶原蛋白构成了这种蛋白质的其他动物来源的一个关键分离点。大约70年前，在海绵的案例研究中发现了海洋胶原蛋白的潜力。这项研究有助于了解海洋胶原蛋白的结构和理化特性。尽管如此，对胶原结构的首次广泛研究是在肾形软骨和肾形软骨的物种上进行的，并且只集中在一种形式的胶原上：细胞内型。以下研究旨在确定不同胶原类型的形态学描述：ICC、InSc和SIC。已经检查过的胶原蛋白的形式来源于大麻和肉黄色葡萄球菌。来源于水母的胶原蛋白，特别是脉冲水母，具有与类人哺乳动物I型胶原蛋白相似的生物活性。研究表明，一些人类受体能够识别来自水母的胶原蛋白。这表明在细胞粘附、增殖和迁移等方面也有类似的反应在水母胶原蛋白中。水母中的胶原蛋白含量约占60%。一些研究表明，胶原蛋白回收指数最高的物种有：Rhopilema asamushi、Stomolophus meleagris、Catostylus tagi和Rhizostoma pulmo。根据测试结果，氨基酸含量与脊椎动物胶原蛋白相当，但羟脯氨酸含量明显较低。这表明变性温度相对较低，在26℃和29。9℃的范围内。其他种类的水母含有类似于脊椎动物的IV和V型胶原蛋白。蜜蜂种代表与脊椎动物II型胶原蛋白相似的胶原蛋白。乌贼的另一层皮肤为化妆品提供了另一种胶原蛋白来源。乌贼种类含有2%至35%的冻干胶原蛋白，而章鱼Call is to ctopus arakawai含有10.4%和62.9%的冻干胶原蛋白。阿根廷Illex的皮肤含有大约35。6%的胶原蛋白。从海洋来源的胶原蛋白，鱼属于最有价值的胶原蛋白来源。主要原因是75%的鱼体重构成了胶原蛋白含量。选择鱼皮主要是为了获得I型胶原蛋白。鱼类胶原蛋白的主要来源是皮肤、骨骼、头部、鳞片、鳍和内脏。II型胶原蛋白也存在于鱼软骨中。研究表明，与营养良好的鱼相比，限制性饮食的鱼会产生更多的胶原蛋白。胶原蛋白的性质取决于机体的年龄。随着时间的推移，溶解度有下降的趋势，因为老年动物体内交联剂的数量较多。根据研究，胶原蛋白含量最高的是鲢鱼、褐背蟾蜍鱼、鳕鱼和罗非鱼。基于海洋来源胶原蛋白的化妆品配方，其性质和成分可能因物种和生物体年龄而异。确定特定胶原蛋白来源的特性对于选择合适的配方非常重要。

　　2.化妆品用胶原蛋白的提取方法

根据胶原蛋白的来源，人们提出了各种提取胶原蛋白大分子的方法。然而，有可能通过三个关键步骤：制备、提取和回收来确定从鱼副产品中分离胶原蛋白的综合方法。胶原蛋白提取过程需要使用三种主要方法中的一种，这三种方法的特点是生产酸溶性胶原蛋白，中性盐溶性胶原蛋白，胃蛋白酶溶解的胶原蛋白。适当制备的来自幼年动物的胶原蛋白材料可以通过中性盐溶液提取，因为交联键的数量较少。然后通过透析、沉淀和离心等过程对材料进行纯化。然而，当涉及到来自较老生物体的材料时，其中含有较多的交联键，使得胶原材料不易溶于水，则应进行酸性提取。这种提取方法更有效。可在该方法中使用的示例性溶剂为乙酸、盐酸和乳酸。事实上，胶原蛋白的三重螺旋是抗蛋白酶，如胃蛋白酶和糜蛋白酶也应考虑在内。在鱼类加工过程中，大约50–70%的使用材料会产生废物，如皮肤、骨骼和鳞片。上述材料含有丰富的胶原蛋白，作为胶原蛋白的来源受到了广泛的关注。化妆品中最具潜力的似乎是从鱼皮中提取的胶原蛋白。这种胶原蛋白的提取有几个步骤：首先将皮肤切碎，与碱性溶液混合，然后搅拌24小时，目的是去除非胶原蛋白。下一步是通过粗筛子过滤掉机械杂质，过滤次数按要求。交替步骤是用适当的酸性溶液均质，然后再搅拌24小时。接下来是离心过程并收集上清液。残渣必须用适当的酸性溶液再次萃取。聚集的上清液构成酸溶性胶原。用这种方法制备的材料有两种方法。

首先是反复均质，搅拌24小时并应用胃蛋白酶，然后搅拌24小时，离心，并收集上清液。然后必须使用碱性溶液并再次进行搅拌过程。下一步是将沉淀物悬浮在右侧缓冲液以达到适当的pH值，其应等于7.4。制备的样品必须用相同的缓冲液透析并离心。如果纯胶原蛋白粉末是最终产品，样品必须经过干燥过程，例如冻干。制备胶原蛋白的第二种方法是从最初收集的上清液直接过渡到添加碱性溶液的步骤。这种方法需要较少的时间，但酶法被认为更有效。获取胶原材料的方法应根据其来源和目的地进行定制。

　　3.胶原基材料在化妆品中的应用

皮肤主要由I型、III型和V型胶原构成。皮肤中胶原蛋白的主要类型是I型。研究表明，这种胶原蛋白中含有丰富的海洋胶原蛋白。因此，海洋胶原蛋白是化妆品领域最理想的胶原蛋白来源。对罗非鱼皮胶原蛋白的检测表明，罗非鱼皮中的酸溶性胶原蛋白（ASC）和胃蛋白酶溶性胶原蛋白（PSC）具有典型的Ⅰ型胶原特征。天然非变性胶原蛋白在化妆品和生物医学应用中非常理想。然而，鱼胶原在水和油加热阶段制备的乳液中应用时有其局限性，因为变性温度较低。在几种化妆品配方中水解，使用胶原蛋白，因为它仍然表现出胶原蛋白的保湿性能，但同时可以应用于乳化温度较高的乳液中。

胶原蛋白是化妆品配方的主要成分之一，因为它具有保湿、再生和成膜的特性。良好的结合水能力有助于保持皮肤中的适当水分含量在白天。皮肤是滋润和软化的。除了天然保湿剂，胶原蛋白’s成膜性能降低了横断层水分损失（TEWL）。肽阻断可防止机械损伤引起的皮肤和头发损伤。此外，遮挡会使皮肤更加明亮、明亮和光滑。研究表明胶原蛋白能加速伤口愈合，帮助组织再生。因此，胶原蛋白在化妆品领域有着广泛的应用。它可以用于皮肤和头发护理。胶原蛋白的美容潜力。

胶原蛋白填充物也用于美容医学。皮下注射可溶性胶原蛋白可改善皮肤质量和密度，修复皮肤病缺陷。胶原蛋白填充物用于去除老化迹象。延长剂应具有生物相容性、不过敏、易去除、可及时生物降解等特点。在手术前，必须进行过敏试验。胶原蛋白填料由于无毒、天然、可生物降解等原因而得到广泛应用，其效果可重复性。胶原蛋白是几种水凝胶的主要成分，可作为所谓的水凝胶使用“美容面膜”。这种化妆品应能恢复皮肤弹性，提高抗衰老性能。许多天然聚合物也可以在化妆品配方中发挥重要作用，起到增稠剂的作用。尽管胶原蛋白本身也可以用作增稠剂，但天然胶原蛋白的高价阻止了这种选择。相反，它是明胶—一种更便宜的变性胶原蛋白—通常被选作增稠剂。

如上所述，当胶原蛋白正在经历成熟时，由于成熟交联的数量增加，它在水和酸性pH中变得不易溶解。因此，在一些化妆品配方中，主要使用水解胶原蛋白。从胶原蛋白中提取的短多肽和小肽易溶于水，很容易将这些亲水性分子加入化妆品配方中。此外，短肽和小肽可以渗透到更深层次的皮肤，使之有可能再生皮肤属性。为了制备胶原蛋白水解物，研究了以鱼废料为原料的方法。选择酶水解法回收这些高附加值的副产物。皮肤深层水解胶原蛋白的保湿性能非常高，可能会对皮肤的外观产生非常好的影响。在其水解形式中，胶原蛋白是一种广为人知的具有抗氧化性能的化妆品成分。这些蛋白质有着巨大的应用范围，因为它对人体细胞具有良好的相容性和简单的生物降解性。水解胶原蛋白作为一种天然保湿剂，具有成为一种无害、有用的生物材料的巨大潜力。研究表明，补充和局部应用水解蛋白是可行的，在改善一般皮肤状况方面被认为是互补的，大量表明，从胶原蛋白水解物中摄取并在血液中检测到的肽对皮肤成纤维细胞具有趋化作用，有助于皮肤修复过程。水解稳定性差。化妆品用胶原蛋白可通过适当选择的交联工艺进行改性。

对高温和酶的低抗性决定了结构稳定的必要性。有可能区分用于改善胶原结构的物理、化学和生物方法。通常用于胶原交联的化学试剂与胶原的氨基和羧基相互作用，形成交联。然而，其中一些具有毒性。广泛应用的化学交联剂包括戊二醛（GA）、京尼平、1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、壳聚糖、双醛淀粉。与戊二醛交联是非常有效的，它首先导致席夫碱的形成，然后经过许多后续反应，得到许多不同的产品。研究表明，GA交联的胶原蛋白在组织工程中已足够。不同的研究小组测试了京尼平作为胶原结构稳定剂和组织类似物。京尼平和京尼平支架增强细胞增殖和分化。研究表明，它在内镜治疗选定溃疡的潜力。胶原凝胶改善了其在溃疡上的沉积，使胶原渗透到粘膜下层。EDC-NHS增强胶原蛋白对酶（例如胶原酶）的稳定性。此外，由EDC-NHS以适当形式稳定的胶原蛋白被用作提供足够成分的特定系统。使用EDC-NHS交联的胶原蛋白显示出更好的机械性能和良好的生物相容性。以淀粉和高碘酸为原料制备的双醛淀粉（DAS）是下一代交联剂胶原蛋白制剂。DAS本身具有低毒性、生物降解性和抗病毒特性。研究人员用丝素、胶原蛋白和壳聚糖等材料设计了这种支架。通过DAS的交联作用，该材料的结构得到了稳定。研究表明，由于3D材料的结构中存在大量孔隙，因此3D材料具有非凡的保水能力。由于该材料是为骨组织工程设计的，因此与细胞的相容性得到了证实。DAS还用于胶原/透明质酸/壳聚糖材料的交联。它没有任何毒性，可以作为一种生物材料应用于医药和化妆品。壳聚糖包含一种线性多糖，该多糖是通过使用几丁质和碱性试剂生成的。壳聚糖是一种弱溶于水的分子。酸性介质提高了它的溶解度。壳聚糖交联的胶原蛋白作为支架在支持软骨细胞方面有着广泛的应用。此外，由EDC-NHS和2-吗啉乙烷磺酸（MES）交联的胶原/壳聚糖基质可用作人工肝基质。相反，加热、干燥和辐照构成了物理过程。

胶原交联的方法，在材料植入后不会对患者组织造成任何潜在伤害。胶原蛋白的结构也可以通过酶来稳定，例如赖氨酰氧化酶（LOX）。目前，酶交联过程是由微生物进行的谷氨酰胺转胺酶（MTG）。MTG用于改善蛋白质基材料的物理性能。明胶基水凝胶通过MTG交联过程稳定化。研究结果表明，MTG交联工艺提高了材料的稳定性和成纤维细胞的生存能力。使用MTG不会对胶原结构造成任何干扰，酶促诱导胶原交联过程不仅改善了材料的力学性能，而且显示了成纤维细胞的细胞相容性，这对于组织工程来说是一个有趣的问题。胶原生物材料的应用仍在从实验室扩展到应用医学，促进了再生医学和组织工程的巨大发展。虽然交联胶原蛋白很少用于化妆品，但仍然可以考虑用于制备美容面膜和伤口敷料。

分别对海洋进行了研究。可以预期，将来会有许多其他来源的胶原蛋白被提出。虽然鱼类胶原蛋白和哺乳动物胶原蛋白的氨基酸组成不同，但这两种胶原蛋白都可以用于化妆品应用。鱼类胶原蛋白的热稳定性通常低于哺乳动物胶原蛋白，因为其含有少量的羟脯氨酸和大量的丝氨酸、苏氨酸和蛋氨酸。然而，鱼胶原的丰富性及其应用的安全性决定了鱼胶原的普遍应用。还应提及的是，非动物胶原蛋白作为化妆品应用的新选择，已被提议作为动物胶原蛋白的替代品，用于化妆品配方中。

　　结论

胶原蛋白广泛应用于化妆品制剂中。胶原蛋白的作用是增加皮肤水分，防止皮肤老化。胶原材料的成膜性能可以通过胶原交联和/或胶原与其他蛋白质和多糖共混来改变。提高从鱼类中提取的几种胶原蛋白的变性温度是今后胶原蛋白在化妆品中应用的研究方向。这种变性温度的提高不仅可以扩大胶原蛋白在化妆品领域的应用。胶原蛋白将毫无疑问地用于对老龄人口进行有效的年轻化治疗，因为皮肤的老化是一个对日常生活以及心理和社会福祉有着非常直接影响的过程，人们要保持更精致的面容，就需要含有胶原蛋白类的化妆品。

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