摘要：胶原蛋白作为一种重要的生物高分子，构成了动物细胞外基质中最为丰富的蛋白质，因其卓越的生物学特性，正被广泛应用于生物材料、保健食品、化妆品和医药工业等多个领域。近年来，中国胶原蛋白市场快速发展，竞争愈发激烈，胶原蛋白产品的生产工艺也逐渐成为行业关注的焦点。

转自：东富龙

引言

胶原蛋白作为一种重要的生物高分子，构成了动物细胞外基质中最为丰富的蛋白质，因其卓越的生物学特性，正被广泛应用于生物材料、保健食品、化妆品和医药工业等多个领域。近年来，中国胶原蛋白市场快速发展，竞争愈发激烈，胶原蛋白产品的生产工艺也逐渐成为行业关注的焦点。

在接下来的内容中，东东将分上下两篇，与您探讨胶原蛋白纯化工艺的精髓及其应用案例，让我们一同揭开这一领域的神秘面纱！

胶原蛋白及其市场规模

胶原蛋白是哺乳动物体内最丰富的蛋白质，广泛存在于皮肤、软骨和肌腱等组织中，构成了体内所有蛋白质的约30%[1–4]。它独特的三维螺旋结构不仅为人体提供了强有力的结构支持，还能有效调节局部的生物响应，在组织和器官的形成过程中发挥着至关重要的作用。胶原蛋白通常呈现为白色、透明的粉末，分子形态细长如棒，分子量范围从约2kD到300kD不等。这一神奇的生物材料，正是我们身体健康和美丽的重要基石。

胶原蛋白在医美领域的应用日益广泛，展现出良好的市场前景。部分非植入式或风险较低的胶原蛋白产品可被归类为二类医疗器械，而那些用于填充和塑形等需植入体内的产品则通常被划分为三类医疗器械。作为三类医疗器械入市的胶原蛋白产品面临更为严格的监管，需要经过详尽的临床试验和审批流程，以确保其安全性和有效性。

表1. 胶原蛋白妆械分类

随着“颜值经济”的蓬勃发展，我国胶原蛋白市场规模持续扩大。根据市场调查数据显示，2023年我国胶原蛋白产品市场已达537亿元，预计到2024年将增长至719亿元。这一迅速增长吸引了越来越多的厂家开始涉足胶原蛋白的生产，进一步推动了行业的发展。

*数据来源：中商产业研究院整理

胶原蛋白生产工艺

胶原蛋白的生产方法主要包括传统提取法、化学合成法和基因工程法[5]。传统提取法成本低、操作简便，但纯度低且存在安全风险。化学合成法能够精确控制胶原蛋白的结构和性质，但成本较高，适合需要高度纯化的应用。基因工程法通过提取人类基因序列并在适当宿主细胞中表达，能生产高纯度和生物活性的胶原蛋白，结构和功能更接近天然胶原蛋白，同时避免病毒和免疫排斥问题。这种方法有望实现低成本的大规模生产，指引胶原蛋白产业化的未来发展方向。

胶原蛋白纯化面临多项挑战

▶ 杂质去除：在提取过程中，胶原蛋白通常会伴随其他蛋白质、脂类和核酸等杂质，如何有效去除这些杂质以提高纯度是关键。

▶ 保持生物活性：在纯化过程中，胶原蛋白的结构和功能可能受到影响，确保在去除杂质的同时保持其生物活性是一大挑战。

▶ 提纯效率：提高纯化效率以减少生产成本，同时保证产品的一致性和质量，需要优化纯化流程和技术。

▶ 规模化生产：从实验室规模到工业化生产，纯化工艺的可扩展性是一个重要问题，确保大规模生产仍能达到高纯度标准。

▶ 时间和成本：胶原蛋白的纯化过程可能耗时且成本较高，寻找更高效、经济的纯化方法是行业发展的重要方向。

▶ 法规合规：随着市场对高质量胶原蛋白的需求增加，遵循相关法规和标准，确保产品的安全性和有效性也是一个重要挑战。

这些挑战要求研究者和生产商在技术创新和流程优化上不断探索，以推动胶原蛋白纯化工艺的发展。

东富龙胶原蛋白纯化解决方案

针对以上一系列挑战，东富龙生物工艺耗材团队为您提供一站式高效的解决方案。拥有澄清过滤器、层析填料、超滤膜包及除菌过滤器等先进的分离纯化耗材的同时，配备专业的工艺开发团队，为客户量身定制胶原蛋白纯化工艺。帮助提高纯化效率的同时，确保终产品的高纯度和生物活性。

发酵液澄清

胶原蛋白菌体破碎离心液通常含有较多的细胞碎片、大分子色素等杂质，可通过离心、微滤或超滤去除大部分杂质，为后续纯化步骤降低难度。

上图为某III型重组胶原蛋白离心液澄清案例。经东富龙TanFlux®II PES 500kD膜包澄清后，料液浊度由108NTU降为1.56NTU，显著降低大颗粒含量，澄清前后料液颜色由墨绿色变为淡黄色。通过电泳测试可以看出，绝大部分目标产物透过了微滤膜。

层析工艺

在胶原蛋白的纯化工艺中，层析工艺常常用来提升目标蛋白的纯度，以达到最终的产品要求。

上图为某III型重组胶原蛋白浓缩液，使用东富龙填料提纯案例。经东富龙Phenyl Purose 6FF疏水层析工艺后，纯度可提升到96.6％（图7），收率为80％，仅一步疏水层析就达到了目标蛋白纯度，工艺简洁，易于商业化放大，生产成本比较低。

从层析试验过程曲线（图8）上看，形态清晰的信号峰表明疏水性差异杂蛋白与目标蛋白得以很好的区分。其次，层析步骤得以在接近生理环境的pH下操作，可避免蛋白失活或变性。

浓缩透析

在层析纯化后，通常需要使用超滤膜包对料液进行浓缩换液，以提高产品浓度，便于后续工艺的进行。

图10. 样品电泳检测图谱

上图为某III型重组胶原蛋白层析液，使用东富龙超滤膜包进行浓缩的案例。经东富龙TanFlux®II PES 10kD膜包浓缩8倍后，浓度从1.8mg/mL提升至14.4mg/mL，再经过9倍透析，可将透过液电导降至100μS/cm以下，蛋白无漏过，收率可达98.90%。

总结

胶原蛋白的下游纯化工艺中，TFF完成澄清、浓缩、换液的任务，各种类型的层析在目标物捕获和精细纯化中发挥重要作用，与整个工艺中的其他方法相互配合，共同完成最后的纯化目标。

本期，东东与您深入探讨了胶原蛋白纯化工艺的挑战及东富龙胶原蛋白纯化解决方案，下期我将继续与您分享不同表达体系下，胶原蛋白纯化的案例，进一步深入探讨胶原蛋白纯化工艺。关注“东富龙生命科学”，精研工艺，赋能未来制药！

参考文献：

[1] Liu X , Zheng C , Luo X ,et al.Recent advances of collagen-based biomaterials: Multi-hierarchical structure, modification and biomedical applications.[J].Materials science & engineering. C, Materials for biological applications, 2019, 99:1509-1522.DOI:10.1016/j.msec.2019.02.070.

[2] Hariri N S .Characterization of dexamethasone loaded collagen-chitosan sponge and in vitro release study[J].Journal of drug delivery science and technology, 2020, 55.

[3] Miranda-Nieves D , Chaikof E L .Collagen and Elastin Biomaterials for the Fabrication of Engineered Living Tissues[J].ACS Biomaterials Science and Engineering, 2016, 3(5).DOI:10.1021/acsbiomaterials.6b00250.

[4]李阳,朱晨辉,范代娣.重组胶原蛋白的绿色生物制造及其应用[J].化工进展, 2021.DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2109.

来源：新浪财经