玻尿酸及其生物发酵技术 陶珂19301050267 技术原理 11玻尿酸及原始提取技术背景 “注射玻尿酸”是我们最常听说的美容方式,玻尿酸抗衰老的特性为人熟知。但是若没 有生物发酵技术,玻尿酸根本无法存在于我们日常使用的各类产品中。玻尿酸的生物发酵技 术,可以说是抗衰老中起到决定作用的一种技术 玻尿酸是一种线形的多糖结构,英文简称HA。它是构成人体结缔组织的主要成分,在 体內发挥保水、调节渗透压、润滑、促进细胞修复等重要生理功能。玻尿酸分子中含有大量 的羧基和羟基,使其具有强大的保水作用,可结合自身400倍以上的水;在较高浓度时,其 水溶液又具有显著的粘弹性。大分子玻尿酸对细胞移动、增殖、分化及吞噬功能有抑制作用 小分子玻尿酸则有促进作用。 由于种种优良特性,20世纪80年代开始,玻尿酸开始被应用于高端化妆品中,需求大 幅増加,最初的从动物体內提取的技术不仅成本高,而且效率低,不能满足市场需求,由此 开启了对新型技术的研究。 12生物发酵技术 20世纪80年代,日本资生堂最早开始研究工业化发酵生产玻尿酸的技术,他们借鉴前 人对某些链球菌产生玻尿酸这一重要发现,利用现代发酵技术和设备,对发酵生产玻尿酸进 行研究,80年代中期,发酵生产的产品上市,成本低、产量高、纯度高。在国内,1990年 山东省生物药物研究院进行并完成玻尿酸发酵生产研究。 发酵原理:选用合适的培养条件制成培养基,在适宜的温度、pH(见图6、图7)等条 件下培养发酵链球菌生产玻尿酸,发酵液中的玻尿酸在菌体外的溶液中游离存在,下游需分 离纯化。 ←P6·P8 3 1.5 时间ch) 时闻(h) 图6不同温度对HA发结果的影响 图7不同温度对HA发酵结果的影响 具体条件和过程:取斜面菌种,接种于装有灭菌营养液(氮源:蛋白胨、牛肉浸膏、酵 母膏,碳源:葡萄糖)的锥形瓶中,在37℃°下培养12-16小时,接种于种子罐中。37℃°下, pH6.0-85(链球菌是一种乳酸菌,产生的小分子有机酸量大,需用碱液中和,维持pH)发 酵40-46小时,直至pH不再下降即为发酵终点。进行下游分离纯化,先杀灭和除去发酵液 中的菌体,三氯乙酸调pH为40-4.5,过滤除菌体,滤液调pH至60-6.5,加三倍体积95% 乙醇,沉淀岀玻尿酸。氯化钠水溶液溶解沉淀、CPC络合沉淀,氯化钠溶液洗涤两次,过滤
玻尿酸及其生物发酵技术 陶珂 19301050267 一、 技术原理 1.1 玻尿酸及原始提取技术背景 “注射玻尿酸”是我们最常听说的美容方式，玻尿酸抗衰老的特性为人熟知。但是若没 有生物发酵技术，玻尿酸根本无法存在于我们日常使用的各类产品中。玻尿酸的生物发酵技 术，可以说是抗衰老中起到决定作用的一种技术。 玻尿酸是一种线形的多糖结构，英文简称 HA。它是构成人体结缔组织的主要成分，在 体内发挥保水、调节渗透压、润滑、促进细胞修复等重要生理功能。玻尿酸分子中含有大量 的羧基和羟基，使其具有强大的保水作用，可结合自身 400 倍以上的水；在较高浓度时，其 水溶液又具有显著的粘弹性。大分子玻尿酸对细胞移动、增殖、分化及吞噬功能有抑制作用， 小分子玻尿酸则有促进作用。 由于种种优良特性，20 世纪 80 年代开始，玻尿酸开始被应用于高端化妆品中，需求大 幅增加，最初的从动物体内提取的技术不仅成本高，而且效率低，不能满足市场需求，由此 开启了对新型技术的研究。 1.2 生物发酵技术 20 世纪 80 年代，日本资生堂最早开始研究工业化发酵生产玻尿酸的技术，他们借鉴前 人对某些链球菌产生玻尿酸这一重要发现，利用现代发酵技术和设备，对发酵生产玻尿酸进 行研究，80 年代中期，发酵生产的产品上市，成本低、产量高、纯度高。在国内，1990 年 山东省生物药物研究院进行并完成玻尿酸发酵生产研究。 发酵原理：选用合适的培养条件制成培养基，在适宜的温度、pH（见图 6、图 7）等条 件下培养发酵链球菌生产玻尿酸，发酵液中的玻尿酸在菌体外的溶液中游离存在，下游需分 离纯化。 具体条件和过程：取斜面菌种，接种于装有灭菌营养液（氮源：蛋白胨、牛肉浸膏、酵 母膏，碳源：葡萄糖）的锥形瓶中，在 37℃下培养 12-16 小时，接种于种子罐中。37℃下， pH6.0-8.5（链球菌是一种乳酸菌，产生的小分子有机酸量大，需用碱液中和，维持 pH）发 酵 40-46 小时，直至 pH 不再下降即为发酵终点。进行下游分离纯化，先杀灭和除去发酵液 中的菌体，三氯乙酸调 pH 为 4.0-4.5，过滤除菌体，滤液调 pH 至 6.0-6.5，加三倍体积 95% 乙醇，沉淀出玻尿酸。氯化钠水溶液溶解沉淀、CPC 络合沉淀，氯化钠溶液洗涤两次，过滤
滤液加乙醇沉淀,乙醇脱水,真空或冷冻干燥得玻尿酸(图15)。 技术应用 微生物发酵法获得的玻尿酸被广泛运用于各类制品中,为护肤化妆、美容保健、医疗医 图15拍摄子干燥后的成品 药中的大量使用提供源泉 1.化妆品:玻尿酸是国际公认的理想的天然保湿因子,它良好的相容性使其几乎可以添加 到任何类型的化妆品中,广泛用于膏霜、精华素、摩丝等,具有补水保湿和润滑作用, 是目前高档护肤品、发用制品用量最大的品种。 2.美容:玻尿酸能使皮肤保水量增加,光滑细腻富有弹性,被广泛使用于美容保健食品、 涂抹产品、美容针剂中。 3.医疗∶玻尿酸具有显著的粘弹性、生物相容性,可制成滴眼药、玻璃体替代品,作为眼 科用粘弹物质,还能作为保湿剂、增加药效时间等;外科方面,外科手术后玻尿酸能起 到术后防组织粘连的作用;骨科中的关节腔注射液也有玻尿酸的参与;与化疗药物结合 后,玻尿酸还具有靶向引导作用 技术优缺点 31优点 微生物发酵法可以根据产品的功能设定分子的大小,既保持了玻尿酸分子结构的精纯, 又没有动物组织提取法的致病风险,杜绝了重金属及过敏的危害,降低了使用风险,且具有 高度的肌肤相容性,能较完全地被皮肤吸收。生产出的大、中、小三种分子形态也为 塑形等不同要求提供原料。 32缺点 使用玻尿酸本身具有一定危害。外用的玻尿酸难以突破真皮组织的防御,被皮肤直接吸 收,因此越来越多的人选择注射玻尿酸,然而玻尿酸不会被皮肤完全吸收,使用过多的玻尿 酸会造成面部表情僵硬、组织坏死等危害,长期使用玻尿酸填充皮肤也可能造成皮肤松弛 就微生物发酵技术而言,由于人工合成技术尚不成熟,微生物发酵法仍是运用最广泛的 技术,但是微生物发酵需要一些严格的条件,目前的发酵发生产玻尿酸集中于分批发酵,而 分批发酵有底物抑制、葡萄糖效应、代谢阻碍等问题,降低了发酵产率,目前国内的发酵产 率为4-6gL,国际先进的发酵产率为6-7g/L,仍需从提高产率、提高产品分子量和分离纯 化技术方面进一步优化改进、深入研究。 参考文献 刘金龙透明质酸的微生物发酵及下游提取工艺的研究河北农业大学20070609
滤液加乙醇沉淀，乙醇脱水，真空或冷冻干燥得玻尿酸（图 15）。 二、 技术应用 微生物发酵法获得的玻尿酸被广泛运用于各类制品中，为护肤化妆、美容保健、医疗医 药中的大量使用提供源泉。 1. 化妆品：玻尿酸是国际公认的理想的天然保湿因子，它良好的相容性使其几乎可以添加 到任何类型的化妆品中，广泛用于膏霜、精华素、摩丝等，具有补水保湿和润滑作用， 是目前高档护肤品、发用制品用量最大的品种。 2. 美容：玻尿酸能使皮肤保水量增加，光滑细腻富有弹性，被广泛使用于美容保健食品、 涂抹产品、美容针剂中。 3. 医疗：玻尿酸具有显著的粘弹性、生物相容性，可制成滴眼药、玻璃体替代品，作为眼 科用粘弹物质，还能作为保湿剂、增加药效时间等；外科方面，外科手术后玻尿酸能起 到术后防组织粘连的作用；骨科中的关节腔注射液也有玻尿酸的参与；与化疗药物结合 后，玻尿酸还具有靶向引导作用。 三、 技术优缺点 3.1 优点 微生物发酵法可以根据产品的功能设定分子的大小，既保持了玻尿酸分子结构的精纯， 又没有动物组织提取法的致病风险，杜绝了重金属及过敏的危害，降低了使用风险，且具有 高度的肌肤相容性，能较完全地被皮肤吸收。生产出的大、中、小三种分子形态也为美肤、 塑形等不同要求提供原料。 3.2 缺点 使用玻尿酸本身具有一定危害。外用的玻尿酸难以突破真皮组织的防御，被皮肤直接吸 收，因此越来越多的人选择注射玻尿酸，然而玻尿酸不会被皮肤完全吸收，使用过多的玻尿 酸会造成面部表情僵硬、组织坏死等危害，长期使用玻尿酸填充皮肤也可能造成皮肤松弛。 就微生物发酵技术而言，由于人工合成技术尚不成熟，微生物发酵法仍是运用最广泛的 技术，但是微生物发酵需要一些严格的条件，目前的发酵发生产玻尿酸集中于分批发酵，而 分批发酵有底物抑制、葡萄糖效应、代谢阻碍等问题，降低了发酵产率，目前国内的发酵产 率为 4-6g/L，国际先进的发酵产率为 6-7g/L，仍需从提高产率、提高产品分子量和分离纯 化技术方面进一步优化改进、深入研究。 参考文献 刘金龙.透明质酸的微生物发酵及下游提取工艺的研究.河北农业大学.20070609