科百特全链赋能， 助力胶原蛋白工艺提效升级

注重皮肤健康的你，是否正通过敷胶原蛋白面膜、吃鸡爪猪脚、喝燕窝或胶原蛋白饮来“补胶原”？   但这些方法真的有效吗？

胶原蛋白约占人体总蛋白的25%，是含量最丰富的结构蛋白，广泛存在于皮肤、骨骼、肌腱、血管等组织中，对维持身体结构与功能至关重要。目前已发现28种类型（I–XXVIII型），其中I型和III型占比高达95%。

天然胶原蛋白由三条约1014个氨基酸组成的α链构成，形成独特的三螺旋结构，分子量约300 kDa。这一结构赋予其多重生理功能：提升皮肤弹性与保水力、促进伤口愈合、强健关节骨骼、改善发质指甲，甚至保护视力。

——但补充方式是否科学，决定了效果能否真正落地。

如上图所示，胶原蛋白类产品广义上可分为三类：胶原蛋白、明胶和胶原多肽。

天然胶原蛋白在酸/碱及热作用下部分水解生成明胶——鸡爪、猪蹄、皮冻、阿胶等所含的主要成分即为此；明胶再经酶解可进一步降解为胶原多肽，这也是多数面膜和口服液的核心成分。

全球胶原蛋白市场持续增长。据Grand View Research数据，2022年市场规模达172.58亿美元，预计2027年将增至226.22亿美元（CAGR 5.42%）。其中，医疗健康（预计2027年达111.17亿美元，占比约50%）是主要增长引擎，其次为美容护肤与食品饮料。不同应用领域对应不同的法规与质量标准，而随着技术进步，胶原蛋白的应用边界仍在不断拓展。

目前，胶原蛋白制备主要分为动物源提取和重组表达两大路径。根据国家药监局2021年《重组胶原蛋白生物材料命名指导原则》，重组胶原蛋白分为三类：

·重组人胶原蛋白（具完整三螺旋结构）

·重组人源化胶原蛋白（含部分人源序列）

·重组类胶原蛋白（同源性较低）

常用表达体系包括大肠杆菌、酵母及哺乳动物细胞（如CHO）。尽管工艺细节因来源和体系而异，但整体流程通常包括：发酵/提取 → 澄清 → 纯化（去除杂质、内毒素、病毒等）→ 换液/浓缩 → 除菌过滤等关键步骤。

澄清

在提取或发酵后的澄清阶段，以及纯化过程中沉淀或酶解后的料液，通常浊度较高，含有细胞、碎片、沉淀物等杂质，需通过澄清工艺保障后续步骤顺利进行。

鉴于操作便捷性与澄清效果，深层过滤是优先选择。针对料液的复杂性和不同工艺需求，科百特提供多种精度与特性的深层过滤方案，灵活适配各工艺环节。

以某CHO表达的胶原蛋白项目为例：

CHO细胞发酵液，经酶解+调pH，静置过夜后上清液，初始浊度>300 NTU

对于部分工艺考虑耗材重复使用和固含量过高的步骤，如酵母体系发酵后，也可以选择微滤中空纤维或膜包进行澄清，具体案例如下：

酵母发酵表达重组人源化胶原蛋白，离心后料液浊度147 NTU，选择中空HFEMIN0201030P测试，即0.2μm孔径，1mm内径的微滤中空进行测试，结果如下：

料液经约6倍浓缩，换液6倍，通量维持在较高水平~30LMH，滤后浊度3.41NTU，澄清效果良好，同时在回流端未检测到目的蛋白，证明对目的物无显著吸附或截留；

纯化

传统层析填料成本较高，且在处理高粘度物料时易缩短使用寿命；同时，其操作通常依赖大型层析系统，对设备投入、厂房空间及布局提出更高要求。

因此，行业正逐步转向膜层析技术：凭借更高载量、更快流速和更强纳污能力，膜层析可显著减少耗材用量、缩短工艺时间，并省去装柱、拆柱及保存等繁琐步骤，操作更灵活，占地更小。

在某重组I和III型胶原蛋白纯化工艺中，阴离子纯化步骤分别对比传统填料和科百特膜层析Pultrix™ XQ的工艺表现，膜层析载量（60g/L）可以达到传统层析填料（15g/L）的4倍，HCP去除可以达到95%以上。在收率方面I型胶原蛋白的膜层析可以达到90%，而传统填料仅约60%；III型胶原蛋白收率也比传统填料提高5%，如下图所示。

基于客户工艺需求，科百特提供多种机理的膜层析产品，包括阴离子交换（AEX）、阳离子交换（CEX）和疏水相互作用（HIC）等。其中，AEX膜层析除上述纯化工艺外，也广泛用于内毒素去除等关键步骤。

浓缩/换液

常规换液与浓缩可选用超滤膜包或中空纤维。但对于动物源胶原蛋白等高粘度物料，浓缩后粘度显著升高，对除菌过滤构成严峻挑战。建议采用灭菌级中空纤维：先在低浓度下完成除菌过滤，再通过无菌连接转入无菌中空纤维系统进行浓缩至目标浓度，从而有效提升工艺效率与产品收率。

某动物来源胶原蛋白产品，分子量300kD以上，初始浓度1.0mg/mL，期望通过超滤浓缩至5-10.0mg/mL。实验测试了科百特超滤膜包UFCLA0100001P（RC材质，常规流道，100kD），工艺为先透析除杂4倍，再浓缩5倍，透析过程平均通量为137.44LMH，浓缩过程平均通量为114.26LMH。

某天然胶原蛋白产品，目标蛋白分子量300kd，希望通过切向流过滤去除小分子杂质，同步对比了100K膜包（常规流道）和中空纤维（0.5mm内径）的表现，透析换液过程中压力和流速表现如下图：

由上表可知，无论是膜包还是中空纤维均在换液除杂过程表现出较高的工艺通量，且清洗后水通量恢复95%以上，可以满足客户在较短时间内完成预定工艺，并可以重复使用，有效降低生产成本。

除病毒

除病毒滤器的载量和选型与目标蛋白分子量密切相关：

·   对于 200 kDa 以下的重组胶原蛋白，可首选 PES 材质滤器(如 ViruClear™ VF 或ViruClear™ VF Plus)

·   而 200 kDa 以上或全长序列的胶原蛋白，因分子量大、粘度高，易导致 PES 滤器堵塞、载量偏低，建议采用纤维素材质 滤器(如 ViruClear™ RCH)，其具备更高载量和更小流量衰减。

目前，已有客户在 6000 L 生产规模的除病毒工艺中成功应用 RCH。

在另一客户案例中，原工艺采用国外除病毒，收率仅为30%，通过优化滤器（预过滤和除病毒过滤），收率可以达到约90%。

除菌

某酵母发酵体系表达的人源化胶原蛋白项目中，对于除菌过滤工艺，考察不同蛋白浓度的影响，选用科百特PVDF材质滤器LHPVND0022分别过滤15g/L（左下图）和40g/L（右下图）的料液，实验结果如下：

本案例中浓缩后料液的除菌载量往往较低（约45L/m2），而未浓缩或浓度较低的料液，载量可以提升至3倍（约130L/m2）。所以，如前文所述，可以考虑在工艺设计时先进行除菌过滤，再通过无菌款中空实现浓缩至目标浓度，具体设计时可以基于成本、风险、灵活度等维度进行综合考量。其次，在设计上也可以考虑组合过滤，通过适宜的预过滤提高除菌滤器的载量。

本文旨在介绍科百特从上游到下游的胶原蛋白全链条解决方案，结合典型案例与关键难点分析，为您的工艺路线优化提供更具价值的思路，助力胶原蛋白生产工艺升级。

需特别说明的是，由于胶原蛋白来源多样、分子量差异显著，且工艺路线各不相同，实际应用中常面临不同的技术瓶颈。