Wie gewinnt man Kollagen für den Einsatz in der Kosmetik?

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.

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.

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.

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.

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.

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