Die Einbeziehung von Kollagen in kosmetische Pflegeprodukte weckt zunehmendes Interesse, mit dem Ziel, das verlorene Kollagen der Haut zu ersetzen. Allerdings sind nicht alle Kollagene gleich. Ihre Eigenschaften hängen von der Herkunft des Rohmaterials und den Extraktionsbedingungen ab. Aber wie wird Kollagen extrahiert?
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Wie gewinnt man Kollagen für den Einsatz in der Kosmetik?
Zusammenfassung
- Die verschiedenen Methoden zur Kollagenextraktion
- Methode Nr. 1: Gewinnung von Kollagen durch chemische Hydrolyse
- Methode Nr. 2: Gewinnung von Kollagen durch enzymatische Hydrolyse
- Methode Nr. 3: Verwendung von Ultraschall im Kollagenextraktionsprozess
- Pflanzliches Kollagen in Typology-Pflegeprodukten: Wie wird es gewonnen?
- Quellen
Veröffentlicht 16. Januar 2024,
aktualisiert am 13. Mai 2024,
von
Stéphanie, Doktorin in Lebens- und Gesundheitswissenschaften
—
9 min Lesezeit
Die verschiedenen Methoden zur Kollagenextraktion.
Bekannt für seine feuchtigkeitsspendenden Eigenschaften, ist das Kollagen in den meisten kosmetischen Produkten normalerweise aus vielen verschiedenen Tierarten extrahiert (Vögel, Rind, Schwein, Fisch, Kaninchen, Weichtiere, Fisch, etc.). Es stammt aus verschiedenen Teilen von Tieren, abgeleitet von Schlachtabfällen, wie Haut, Sehnen, Knorpel, Schuppen, innere Organe und Knochen, die die Hauptquellen darstellen.
Tierisches Kollagen stößt auf religiöse Einschränkungen und gesundheitliche Beschränkungen, insbesondere auf das Risiko der Übertragung vonboviner spongiformer Enzephalopathie, von Geflügelpest und von Maul- und Klauenseuche.
Methode Nr. 1: Gewinnung von Kollagen durch chemische Hydrolyse.
Unabhängig von der gewählten Methode wird das frische oder gefrorene Rohmaterial in Wasser (mindestens 3 Mal) gewaschen, um alle unerwünschten Verbindungen (Restblut, Fette, Fleischfetzen usw.) zu entfernen, und dann in einem kalten elektrischen Trockner getrocknet, bevor es gemahlen wird.
Die saure Extraktion von Kollagen, das am häufigsten verwendete Verfahren in der Industrie, erfordert vorbehandlungen zur Entproteinisierung und Entmineralisierung. Bei der Entproteinisierung wird das rohe Ausgangsmaterial, das zuvor gereinigt wurde, in eine basische Lösung (Natriumhydroxid, Calciumhydroxid usw.) eingetaucht, die je nach Herkunft des extrahierten Gewebes variiert, in hohen Konzentrationen bis zu 24 Stunden bei 4°C unter Rühren. Dieser Schritt ermöglicht es, nicht-kollagene Proteine zu entfernen, um zufriedenstellende Ausbeuten und ein Kollagen mit einem hohen Reinheitsgrad zu erhalten, ohne seine strukturelle Integrität zu beeinträchtigen.
Je nach verwendeter Rohstoff kann die Probe zu einer Buttersäurelösung hinzugefügt werden, um überschüssiges Fett zu entfernen.
Das alkalische Bad wird von einer Wasserwäsche gefolgt, um überschüssige basische Formel zu entfernen, und einer Filtration, um den deproteinierten Rückstand zu sammeln. Nach der Deproteinierung folgt der Schritt der Demineralisierung, um so viele Mineralien wie möglich zu entfernen. Hierfür können zwei Säuren verwendet werden: Salzsäure (HCl) und EDTA, und dieser Prozess kann bis zu 48 Stunden dauern. Die deproteinierte, demineralisierte und neutralisierte Rohstoff wird dann zu einer sauren Formel (Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure usw.) hinzugefügt und für 24 bis 72 Stunden, abhängig vom Rohstoff, unter ständigem Rühren bei 4°C gehalten, um das nicht-vernetzte Kollagen zu solubilisieren und einige Bindungen zu brechen.
Das so erhaltene Kollagenhydrolysat wird dann einer Ultrafiltration unterzogen, um ungelöste große Aggregate zu entfernen. Dies ist eine fortschrittliche Filtrationsmethode, bei der die Flüssigkeit unter hohem Druck durch eine Reihe von Membranen/Maschen mit mikroskopischen Öffnungen gepresst wird, um eine größere Reinheit und eine bessere Stabilität des Produkts zu gewährleisten und das Risiko einer Kontamination zu minimieren. Kollagenpeptide mit niedrigem Molekulargewicht passieren auf die andere Seite, während Verunreinigungen (Spuren von Schwermetallen usw.) zurückgehalten und entsorgt werden.
Der gewonnene Überstand wird dann durch Zugabe eines neutralen Salzes, vorzugsweise Natriumchlorid (NaCl), selektiv ausgefällt, für mindestens 12 Stunden bei niedriger Temperatur ohne Rühren, bevor er wieder in Essigsäure suspendiert wird. Es folgt schließlich die Entfernung des Salzes durch Dialyse mit Hilfe eines Dialysebeutels und das Trocknen der Flüssigkeit in Pulverform (Lyophilisation) durch Zerstäubung oder Sprühen.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| / | Verwendung von chemischen Lösungsmitteln |
| / | Lange Dauer von sauren und alkalischen Behandlungen |
| / | Niedrige Ausbeute |
Methode Nr. 2: Gewinnung von Kollagen durch enzymatische Hydrolyse.
Biologische Verfahren, die Enzyme verwenden, sind vielversprechender als die chemische Hydrolyse. Nach mehrmaligem Spülen mit einer NaCl-Lösung und Essigsäure zur Entfernung von nicht-kollagenen Proteinen und Fetten, wird die Biomasse in einer Essigsäurelösung gelöst, die Pepsin, Alkalase, Papain oder andere enthält (48 Stunden, 20°C, kontinuierliches Rühren), um das Kollagen zu extrahieren. Dieses Enzym wird die Proteine in kleinere Fragmente zerlegen (von 3 bis 6 KDa) durch Spaltung von bestimmten kovalenten Bindungen innerhalb und zwischen den Zellen
Nach der Ultrafiltration wird das gesammelte Protein-Substrat zur optimalen Kollagenrückgewinnung gereinigt. Dazu wird das gelöste Kollagen 12 bis 24 Stunden lang ohne Rühren mit NaCl ausgefällt. Der nach der Zentrifugation gesammelte Kollagensatz wird erneut in einer Essigsäurelösung suspendiert.
Nachdem die organische Materie gereinigt wurde, wird sie zwei Tage lang in deionisiertem Wasser bei 4°C dialysiert. Das Kollagen wurde dann durch Sprühtrocknung lyophilisiert. Das Endprodukt ist ein kollagenreiches Pulver, das bereit ist, in die kosmetischen Formeln für eine topische Anwendung eingeführt zu werden.
Die Löslichkeit und funktionale Aktivität des extrahierten Kollagens hängen vom Typ und Grad der Hydrolyse sowie von der Art des im Prozess verwendeten Enzyms ab.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Fehlen einer Vorbehandlung | Teurer |
| Verringerung der Behandlungszeit | Produktion von großen Mengen an Geweberückständen |
| Verbesserte Leistung | / |
| Intakte Dreifachhelix-Struktur von Kollagen | / |
Methode Nr. 3: Verwendung von Ultraschall im Kollagenextraktionsprozess.
Dieultraschallgestützte Extraktion ist eine mechanische Methode die die Energie von Schallwellen nutzt, die mit einer Frequenz erzeugt werden, die über der Hörfähigkeit des Menschen liegt (> 16 kHz). Die durch Ultraschall-Kavitation erzeugten Wellen zerstören die Zellstrukturen und induzieren den Transfer von Kollagen in das Medium. Allein die Ultraschallbehandlung kann die
Ultraschallwellen werden oft mit einer enzymatischen Behandlung kombiniert.
In diesem Fall wird der Rohstoff aus jeder Quelle in eine Essigsäurelösung gegeben, die Pepsin enthält, und einer sanften Ultraschallbestrahlung ausgesetzt, um das Kollagen zu isolieren. Mit der Ultraschallintensität ist dieses System dafür bekannt, die enzymatische Aktivität der Proteasen zu erhöhen, aber auch das Öffnen der Kollagenfibrillen zu verursachen und die Dispersion der großen enzymatischen Aggregate in der Lösung auf homogene Weise zu fördern, was die Diffusion der Pepsinmoleküle zur Oberfläche des Kollagensubstrats und die darauf folgende Hydrolyse der Fibrillen erleichtert.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Steigerung der Leistung | Recht kostspielige Produktion |
| Kürzere Extraktionszeit | / |
| Hochmolekulares Kollagen | / |
| Fehlen einer Vorbehandlung in saurem oder basischem Umfeld | / |
Pflanzliches Kollagen in Typology-Pflegeprodukten: Wie wird es gewonnen?
Das pflanzliche Kollagen , das in unseren Pflegeprodukten verwendet wird, entspricht Fragmenten von rekombinantem Typ-I-Kollagen, das aus transgenen Wildpflanzen stammt (pflanzliche Biotechnologie). Die Nicotiana benthamiana wird als Träger verwendet. Dazu wurde ein Fragment des menschlichen Typ-I-Kollagens, die vorherrschende Form in der Haut, geklont und in vitro transkribiert, bevor es in das Zytoplasma der Pflanzenzellen eingefügt wurde.
Quellen
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LEE N. H. & al. Effects of ultrasonic treatment on collagen extraction from skins of the sea bass Lateolabrax japonicus. Food Science and Technology (2012).
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DEMIATE I. M. & al. Collagen extraction process. International Food Research Journal (2016).
NAING M. W. & al. Production of recombinant collagen: state of the art and challenges. Engineering Biology (2017).
NOURANI M. R. & al. Extraction and characterization of collagen with cost-effective method from human placenta for biomedical applications. World Journal of Plastic Surgery (2019).
FAUZI M. B. & al. A comprehensive review on collagen type I development of biomaterials for tissue engineering: From biosynthesis to bioscaffold. Biomedicines (2022).
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