Collagen là một protein có cấu trúc bậc 4 điển hình, do các đơn vị tropocollagen cấu trúc bậc 3 tổ hợp theo các hướng dọc và ngang làm collagen có nhiều mức cấu trúc. Collagen là loại protein cấu trúc chính yếu, chiếm khoảng 25% – 35% tổng lượng protein trong cơ thể ở các động vật có xương sông. Collagen được phân bô trong các bộ phận như da, cơ, gân, sụn, răng, hệ thông mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao quanh các cơ và là thành phần chính của dây chằng và gân,... Khoảng 10% protein trong cơ ở động vật có vú là collagen, các protein ngoại bào (hơn 90% trong gân, xương và khoảng 50% trong da) có chứa collagen.
GVHD: TS PHAN NGỌC HÒA CHƯƠNG 1; COLLAGEN 1.1.1 1.1 GIỚI THIỀU CHUNG VỀ COLLAGEN Khái quát Collagen[2] ❖ Collagen protein có cấu trúc bậc điển hình, đơn vị tropocollagen cấu trúc bậc tổ hợp theo hướng dọc ngang làm collagen có nhiều mức cấu trúc Collagen loại protein cấu trúc yếu, chiếm khoảng 25% - 35% tổng lượng protein thể động vật có xương sông Collagen phân bô" phận da, cơ, gân, sụn, răng, hệ thông mạch máu động vật có mặt lớp màng liên kết bao quanh thành phần dây chằng gân, Khoảng 10% protein động vật có vú collagen, protein ngoại bào (hơn 90% gân, xương khoảng 50% da) có chứa collagen ❖ Trong thành phần da, collagen chiếm khoảng 70% cấu trúc da phân bơ" chủ yếu lớp hạ bì da, tạo hệ thông nâng đỡ, hỗ trợ đặc tính học da : sức căng, độ đàn hồi, trì độ ẩm, Nó đóng vai trị kết nối tế bào, kích thích q trình trao đổi chất, tạo độ đàn hồi cho da Sự suy giảm sô" lượng chất lượng collagen dẫn đến hậu lão hóa thể mà thay đổi da, khuôn mặt dấu hiệu dễ nhận biết nhất: da bị khô, nhăn nheo đường nhăn mảnh khóe mắt, khóe miệng, lâu dần thành nếp nhăn sâu, đường nét khuôn mặt bị chùng nhão chảy xệ Tùy theo độ tuổi, điều kiện sông tác động mơi trường, da bị lão hóa tổn thương , sợi collagen dần tính đàn hồi săn cấu trúc collagen bị phá hủy Chính mà collagen đóng vai trò chất quan trọng hàng đầu ngành thẩm mỹ, đặc biệt chăm sóc da, phẫu thuật thẩm mỹ, phẫu thuật bỏng ❖ Collagen phân bô" giác mạc, tồn dạng tinh thể Trong mô cơ, collagen chiếm khoảng từ 1% đến 2% Trong thể người, collagen chiếm từ 20 - 25% protein thể ❖ Collagen thành phần mơ liên kết, có chức tạo độ vững đàn hồi Collagen có tác dụng giống chất keo liên kết tế bào lại với để hình thành mô quan tảng thể Collagen cung cấp cho mơ liên kết đặc tính trội nhờ vào diện rộng khắp xếp mang tính cấu trúc Theo quan điểm y sinh, collagen SVTH: VÕ THỊ HONG LINH Trang ĐAMH CÔNG NGHỆ THựC PHAM GVHD: TS PHAN NGỌC HỊA đóng vai trị quan trọng phát triển, hàn gắn vết thương, thành phần hoạt hoá tiểu cầu máu hình thành mạch Thêm vào phát triển sơ" bệnh di truyền xác định đột biến cấu trúc gen collagen Những rốì loạn trình tổng hợp phân giải collagen ghi lại nguyên nhân nhiều bệnh phức tạp chứng viêm khớp, xơ gan, bệnh đái đường ung thư bệnh có liên quan đến lão hố Collagen phân bơ" khắp nơi thể, từ chỗ gân nôi bắp chân với gót chân giác mạc Trong gân dây chằng, collagen có tác dụng truyền lực từ sang xương tích trữ lượng đàn hồi Chính nhờ tính chất mà thể di chuyển, vận động cách nhịp nhàng uyển chuyển Collagen cịn chất hữu có xương men giúp chúng chơng lại rạn nứt Nó thành phần da, mạch máu, Bên cạnh chức học, giác mạc, thủy tinh thể, trật tự cấu trúc sợi collagen tạo nên suốt trì thị lực ❖ Collagen xem vật liệu mang tính xây dựng Sự linh hoạt nhờ vào cấu trúc cấp bậc phức tạp, tạo nên đa dạng tính chất nhằm phục vụ chức định Xét mặt kinh tế, nguồn nguyên liệu giàu collagen dùng để sản xuất gelatine- chất có nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau: thực phẩm, y học dược phẩm, mỹ phẩm, công nghệ nhiếp ảnh, 1.1.2 Lich sử phát triển Collagen Theo tiếng Hy Lạp, collagen có nghĩa “người sản xuất keo hồ”, nói đến q trình nấu da gân ngựa loài động vật khác để thu hồ Keo dán collagen người Ai Cập sử dụng cách 4000 năm người Mỹ sử dụng cách khoảng 1500 năm Từ 2000 năm trước, người biết sử dụng mô liên kết sản phẩm chế biến thực phẩm để tạo sản phảm dạng gel, chất dính Người Ai Cập cổ đại sản xuất collagen nghiên cứu cho thấy kỉ thật xuất collagen bữa tiệc, ví dụ cá hồi hay bánh hoa quả, Năm 1682, người Pháp tên Papin công bô" kết thu hỗn hợp giông jelly từ xương Từ năm 1700, thuật ngữ collagen trở nên thông dụng SVTH: VÕ THỊ HONG LINH Trang GVHD: TS PHAN NGỌC HÒA Năm 1754, báo lĩnh vực chất dính cơng nhận Anh việc sản xuất chất dán người thợ làm đồ gỗ Các chất hồ dán tự nhiên sản xuất thành phần collagen vài chất khác Năm 1850, công nghiệp sản xuất collagen xuất Mỹ, nguồn nguyên liệu lúc xương Năm 1871, phát quan trọng bác sĩ người Anh Richard Leach Maddox ứng dụng collagen đưa đến bước đột phá ngành cơng nghiệp hình ảnh, vị bác sĩ cải tiến “dry plate” với lớp gelatin - bạc bromua nhạy so với “wet plate” Sau nghiên cứu Charles Benn tiếp tục hồn thiện phương pháp dùng “dry plate” Ưu điểm lớn phương pháp giảm nhiều thời gian công nghiệp nhiếp ảnh Cuối kỉ 19, ngành công nghiệp sản xuất collagen xuất làm tăng thêm ứng dụng collagen ngành cơng nghiệp khác ổn định tính chất sản phẩm Năm 1930, ngành sản xuất collagen phát triển mạnh mẽ da heo xem nguồn nguyên liệu thu nhận collagen Ngành công nghiệp sản xuất collagen Châu Âu bắt đầu khoảng năm 1930 Châu Âu lại trở thành khu vực sản xuất collagen quan trọng giới Năm 1950, cơng nghiệp sản xuất collagen có bước phát triển đáng kể kĩ thuật, từ tảng cho tiêu chuẩn sản xuất chất lượng sản phẩm ngày Ngày nay, hiểu biết acid amin protein nói chung, collagen gelatin nói riêng ngày nhiều Thêm vào tiến kĩ thuật giúp sản phẩm collagen đạt an toàn vệ sinh, chất lượng theo tiêu chuẩn quốc tế yêu cầu nghiêm ngặt yếu tô" kĩ thuật 1.1.3 Nguồn gổc thu nhân Collagen ❖ Trong năm trước đây, để đáp ứng nhu cầu cơng nghiệp, collagen trích ly chủ yếu từ da, xương loài gia súc lợn Khoảng thời gian gần đây, bùng phát loại bệnh truyền nhiễm bệnh bò điên (Bovine Spongiform Encephalopathy - BSE, Tranmissible Spongiform Encephalopathy - TSE) bệnh lở mồm long móng (Food and Mouth SVTH: VÕ THỊ HONG LINH Trang ĐAMH CÔNG NGHỆ THựC PHAM GVHD: TS PHAN NGỌC HÒA Disease - FMD) lợn gia súc hạn chế phạm vi sử dụng collagen có nguồn gốc từ lồi động vật bệnh truyền nhiễm có khả lây truyền sang người thông qua mô động vật Bên cạnh đó, sơ" quốc gia, collagen trích ly từ lợn khơng sử dụng rào cản tôn giáo Với nguyên nhân trên, nhà khoa học tập trung vào nghiên cứu họ để tìm nguồn collagen thay Da, xương, vây, vảy loài cá nước ngọt, đặc biệt cá da trơn: cá tra, cá ba sa, cá biển, da gà, da ếch, da mực, sử dụng nguồn thay ♦♦♦ Trong sô" nguồn thay thế, cá cung cấp nguồn ngun liệu thơ tốt vì: - Dễ tìm, sẩn có để sử dụng - Khơng có lây truyền bệnh - Không gặp phải trở ngại mặt tôn giáo Có khả thu collagen với hiệu suất cao Khoảng 70% tổng trọng lượng thể cá bị bỏ dạng phế phẩm da, xương, vây, đầu, vảy, ruột, suốt trình chế biến Việc tận dụng chất thải nâng giá trị kinh tế loài cá lên ❖ Dựa vào thành phần % tổng lượng collagen tính tổng lượng protein, lồi cá chia thành nhóm: - Nhóm có hàm lượng collagen thấp: tổng lượng collagen chiếm đến % so với tổng lượng protein - Nhóm có hàm lượng collagen trung bình : tổng lượng collagen chiếm từ -ỉ- 10 % tổng lượng protein - Nhóm có hàm lượng collagen cao: tổnglượng collagen 10 % tổng lượng protein Thịt loài cá khác chứa hàm lượng khác collagen hòa tan acid (acid soluble collagen) collagen khơng hịa tan (insoluble SVTH: VÕ THỊ HONG LINH Trang GVHD: TS PHAN NGỌC HÒA collagen) Hàm lượng collagen tổng cộng dao động từ 0,3 -r 2,99 % so với trọng lượng tươi mô, tương ứng với phạm vi từ 1,58 4- 13,39 % so với tổng lượng protein Bảng 1.1 Thành phần collagen thịt cá Loại cá Collagen hịa tan acid Collagen khơng hòatan (so với trọng lượngtươi) (so với trọng lượng tươi) Collagen tổng (so với trọng lượngtươi) Collagen tổng (so với protein tổng) 0,19 0,11 0,3 1,58 Sardine 0,36 0,09 0,45 2,42 Cá thu 0,38 0,09 0,47 2,41 Cá bơn 0,4 0,18 0,58 2,98 Cá chép 0,49 0,21 0,7 3,25 Cá đối 0,94 0,25 1,19 5,89 Cá ngừ 1,06 0,39 1,45 7,35 Cá mập 2,13 0,86 2,99 13,11 Cá đuôi 2,3 0,5 2,8 13,39 Cá chim trắng ❖ Tổng lượng collagen thể thay đổi từ 3,26 % (ở cá thu) 6,97% (ở cá chình Nhật Bản) Lượng collagen hịa tan acid (acid soluble collagen) SVTH: VÕ THỊ HONG LINH Trang ĐAMH CÔNG NGHỆ THựC PHAM GVHD: TS PHAN NGỌC HÒA nằm khoảng từ 13,1 % (cá chình) đến 56,6 % (cá bơn) Hàm lượng collagen thu thay đổi tùy theo lồi loại mơ sử dụng q trình trích ly Trong tất lồi, khả hịa tan collagen thịt tương đôi cao thấp đôi với loại collagen nội tạng Collagen da, vảy, xương vây chiếm phần lớn tổng lượng Collagen Cho đến nay, hầu hết loại mỹ phẩm collagen có chứa protein chiết xuất từ gia súc Bởi bộc phát bệnh bò điên BSE (Bovine Spongiform Encephalopathy - mad cow disease), collagen từ gia súc dần rút khỏi phạm vi sử dụng, thay vào nguồn collagen trích từ cá, đặc biệt cá da trơn: cá tra, cá ba sa Nguồn collagen chiết tách từ nguồn nguyên liệu có nhiều đặc điểm tốt cho việc ứng dụng thực phẩm, y học mỹ phẩm Trong công nghệ sản xuất mỹ phẩm, mỹ phẩm collagen từ gia súc có tốc độ hấp thụ chậm da người Đôi mặt với vấn đề này, liệu pháp tiêm collagen vào da giới thiệu Tuy nhiên, bất lợi cách thức đắt tiền, đau đớn kèm với rủi ro nguy hiểm cho người Hiện nay, SVTH: VÕ THỊ HONG LINH Trang GVHD: TS PHAN NGỌC HÒA nhà khoa học Phần Lan phát triển tiến trình trích ly collagen từ cá Khơng giống với loại collagen thu từ phương pháp trước đây, collagen từ cá hấp thụ hoàn tồn da người Vì cá sơng phạm vi rộng lớn với điều kiện nhiệt độ, độ sâu áp suất khác Điều có nghĩa collagen trích từ da cá có sức chơng chịu đặc biệt với phá hủy lý hóa học Đơi với thuốc hay thức uống có chứa collagen, collagen từ cá chứng minh có tốc độ hấp thụ vào máu nhanh gấp 1,5 lần so với collagen từ lợn So sánh khả hấp thụ vào máu collagen từ cá collagen t ln Hwoenvỗa 14 o 'S3 > 3- 5 S -C 12 100 80 a\ /\\ f \\ ỉ—\\ 60 40 20 10 15 20 Thời gian sau sử dụng Hình ỉ Đồ thị so sánh khả hấp thụ vào máu collagen trích ly từ cá từ lợn ♦♦♦ Việt Nam nước phát triển, có nơng nghiệp với sản phẩm phong phú Trong đó, sản phẩm từ cá chiếm phần lớn kim ngạch xuất Những năm gần đây, việc nuôi cá da trơn : cá tra, cá ba sa phát triển, đặc biệt Đồng sơng Cửu Long Trong q trình chế biến cá, song song với phẩm dùng cho SVTH: VÕ THỊ HONG LINH Trang việc xuất (chủ yếu fillet) khôi lượng lớn phụ phẩm da, xương, vây, Đây nguồn giàu collagen, sử dụng thay cho nguồn cung cấp Collagen cổ điển da, xương từ lợn, bò Việc tận dụng nguồn góp phần làm tăng giá trị kinh tế loài cá da trơn nước ta 1.2 CẤU TAO COLLAGEN 1.2.1 1.2.1 Thành phần hóa hoc Collagen[1] ❖ Thành phần protein collagen có gần đầy đủ loại acid amin, bao gồm tất 20 loại acid amin ( Schrieber Gareis,2007) Thành phần acid amin thay đổi tùy theo nguồn gốc collagen, tồn vài tính chất chung cho tất collagen Trong thành phần collagen không chứa cystein trytophan, chứa lượng lớn glycine (Gly), chiếm khoảng 33% proline (Pro), chiếm tỉ lệ 12% hydroxyproline (Hyp), chiếm tỉ lệ 22% (Theo Balian Bowes 1977) Collagen sơ" protein có chứa hydroxylysine (Hyl), ngồi thành phần Collagen cịn chứa khoáng, chiếm tỉ lệ 1% Bảng 1.2 So sánh thành phần acid amin collagen loại protein khác (sô" gốc/1000 gốc) Collagen Casein Albumin Glycine 363 30 19 Alanin Valine Leucine Isoleucine Serin Threonine Cystein Methionine Aspatic acid Glutamic acid Lycine 107 29 28 15 32 19 43 54 60 49 60 41 17 63 153 61 35 28 32 25 36 16 16 32 52 20 Hydroxylycine - - Arginine Histidine Phennylalanine 49 15 25 19 28 15 21 - 47 77 31 Tyrosine Trytophan Proline Hydroxyproline - 131 107 45 65 14 - - Proline Hydroxyproline liên quan tới cấu trúc bậc collagen Những amino acid giúp giới hạn quay khung polypeptide, góp phần tạo nên bền vững cho cấu trúc xoắn ốc bậc Nhóm hydroxyl hydroxylproline đóng vai trị quan trọng bền vững cấu trúc xoắn ốc bậc collagen Polypeptide collagen mà thiếu hydroxylproline tạo nên cấu trúc gấp khúc nhiệt độ thấp không bền vững nhiệt độ thân nhiệt ❖ Hydroxyproline acid amin đặc trưng collagen mà loại protein khác khơng có Hydroxyproline hình thành sau trình điều chỉnh proline kết hợp vào vị trí Y chuỗi Gly-X-Y Hydroxyproline có cơng thức phân tử C5H9NO3, khác với proline, công thức cấu tạo Hyp có gắn nhóm OH nằm vị trí cacbon gamma, acid amin có vai trị quan trọng ổn định cấu trúc collagen, dẫn xuất proline trình hình thành chuỗi collagen có xúc tác enzyme hydroxylase proline có mặt Vitamin để giúp bổ sung thêm Oxy, thiếu vitamin c c làm chậm trình tổng hợp hydroxyproline, ảnh hưởng đến trình xây dựng cấu trúc protein gây rối loạn thể H O o HO Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo hydroxyproline ❖ Phân tử collagen bao gồm chuỗi xoắn lại với tạo thành collagen triple- helix tạo thành cấu trúc 3D- mơ hình lý tưởng cho liên kết hydro chuỗi ( Te Nijenhuis, 1997) Mỗi chuỗi triple- helix quay theo chiều kim đồng hồ Triple-helix dài xấp xỉ 300nm chuỗi có khơi lượng phân tử khoảng 105 kDa (Papon, Leblon Meijer, 2007) Triple-helix ổn định liên kết hydro nội chuỗi Trong cấu trúc phân tử collagen, tương tác mạch polypeptide làm cho phân tử có vùng kỵ nước vùng phân cực mang điện tích tạo nên khả háo nước làm trương nở collagen Sự biến tính collagen làm cho cầu nối bị tách phần hoàn toàn gây nên tách rời chuỗi phá hủy liên kết hydro, điều làm cấu trúc triple-helix Mơ hình “ triple-helice” collagen dựa nghiên cứu tượng nhiễu xạ sợi Chuỗi nhiễu xạ sợi thể mức trung bình tồn phân tử collagen , mơ hình đặc trưng thể xếp lặp lặp lại chuỗi polypeptid, thông thường Gly-Pro- Hyp ❖ Một đặc điểm đặc trưng collagen xếp đặn amino acid mắt xích chuỗi xoắn ốc collagen Mỗi sợi collagen cấu tạo từ ba chuỗi polypeptid nôi với giông sợi dây thừng Câu trúc collagen tương tự hình xoắn Ốc, chuỗi polypeptid collagen cấu tạo từ acid amin theo trật tự, thông thường Gly - Pro - Y, Gly - X - Hyp Collagen dạng sợi dùng việc làm lành vết thương, vết rạch phẫu thuật Sợi collagen xử lý để tạo cấu trúc sợi thẳng, dài dùng làm sản phẩm y học cho gân dây chằng Những ống collagen (collagen tube) sử dụng thay cho cấu trúc thực quản, dây thần kinh ngoại biên, niệu quản Nó sử dụng việc nuôi cấy tế bào Vết bỏng mới, trước sử ngày sau sử dụng dunư collữữen 10 ngày sau khỉ sử dụng collagen Hình 3.8 Collagen áp dụng việc điều trị vết bỏng 3.2.3 Tác nhân thay máu Trong trường hợp máu nghiêm trọng, thể nói chung não nói riêng diễn tình trạng thiếu oxy Nếu khơng có sẩn máu để truyền vào, “plasma expander” sử dụng giải pháp tình “Plasma expander” giúp thay lượng máu mất, phục hồi lại thể tích máu trì mức áp suất thích hợp Tuy nhiên dung dịch đẳng trương chứa ion muôi vơ có khuynh hướng ngồi mơ nhanh “Plasma expander” bao gồm “pyrogene free water”, collagen, mi collagen chiếm khoảng 3,5 -T 5,5% Loại collagen sử dụng trường hợp yêu cầu độ tinh khiết cao, đơi chúng cịn hiệu chỉnh phương pháp hóa học để đạt thuộc tính phải trải qua q trình kiểm duyệt khắt khe để đảm bảo không gây dị ứng cho thể Hình 3.9 Plasma thay Collagen dạng màng lớp mỏng sử dụng để giữ cố định vật chất sinh học chẳng hạn nhân tố XT 11 máu, dùng tái tạo mô, nôi kết lại võng mạc, làm màng thẩm tích máu, làm vật thay lớp màng cứng não Nó cịn dùng cho việc tái tạo dây thần kinh, khôi phục màng nhĩ, sụn xương, kiểm soát chảy máu cục bộ, khôi phục tổn thương gan, lớp màng chắn bảo vệ não, có tác dụng phục hồi vết thương 3.2.4 Nuôi câV mô tế bào Sự phát triển tế bào với hỗ trợ collagen nuôi cấy tế bào vừa xem xét gần Việc sử dụng chất collagen cho phát triển tế bào da công bô" cách rộng rãi Những tế bào nuôi cấy collagen kích thích, làm vết thương mau lành Những nghiên cứu rộng rãi phát triển tế bào da tự sinh khác loại collagen chứng minh tính khả thi để tạo nhiều chủng loại mơ quan q trình nuôi cấy sử dụng nguồn nguyên liệu tế bào nuôi cấy thuộc nhiều chủng loại khác có tác động to lớn đến việc điều trị cho bệnh nhân có tổn thương mơ quan Nhóm nhà nghiên cứu trường Đại học Wisconsin-Madison tạo dạng collagen bền khoa học biết đến Đây giải pháp thay ổn định collagen người ngày dùng để điều trị chứng viêm khớp tình trạng thiếu collagen Collagen dạng protein có nhiều thể người, tạo khôi bó dây chắn, có tác dụng hỗ trợ cấu trúc da, quan, sụn xương, đồng thời tế bào liên kết phận Nhiều thập kỷ qua, bác sĩ sử dụng collagen từ bò để điều trị vết bỏng nghiêm trọng vết thương khác Collagen nhân tạo liệu pháp chữa trị nhiều bệnh viêm khớp thối hóa collagen tự nhiên thể Để tạo loại collagen này, nhà khoa học thay 2/3 lượng acid amin thông thường protein dạng dẻo, giúp cấu trúc chung protein cứng trì hình dạng chúng Tính đột phá cách tiếp cận sử dụng vật liệu cứng có hình dạng tương tự với hình dạng protein chức sau gấp nếp Dạng collagen gắn kết với nhiệt độ cao nhiệt độ collagen tự nhiên phân rã Mặc dù tạo thành chủ yếu từ acid amin khơng có tự nhiên, hình ảnh chụp tia X tinh thể cấu trúc chiều collagen tạo phịng thí nghiệm cho thấy, khơng có khác biệt với collagen tự nhiên Sản phẩm collagen bền vững thực chứng khả hóa học protein đại 3.2.5 ứng dung collagen kỹ thuât nôi soi phẫu thuât thẩm mỹ Trong phẩu thuật nội soi, collagen hydrolysate ứng dụng để bôi vào ông nội soi, có tác dụng bơi trơn, bác sĩ dễ dàng đưa ông vào thể bệnh nhân mà không gây đau Sau thời gian từ 40 - 60 phút, collagen tan hủy thể bệnh nhân mà khơng gây hại Hình 3.10 ứng dụng cơllagen hydrolysate kỹ thuật nội soi Collagen sử dụng rộng rãi phẫu thuật thẩm mỹ, collagen polymer tự nhiên, dùng phẫu thuật tạo bơm mơi, căng da mặt Hình 3.11 Collagen dùng phẫu thuật thẩm mỹ Ngồi ra, collagen bán thị trường chất bổ sung, cải thiện tính linh hoạt khớp Ngồi ra, collagen cịn phần giúp tích tụ calcium xương Nếu hàm lượng collagen giảm đáng kể, calcium khơng thể tích tụ làm cho xương giịn dễ gãy, sụn dễ bị hao mòn tạo nên đau khớp gối hông Như vậy, để xương cứng cáp hơn, calcium cần bổ sung lượng lớn collagen 3.3 ỨNG DUNG COLLAGEN TRONG CỐNG NGHÊ MỸ PHAM 3.3.1 Tác dung collagen công nghê mỹ phẩm ❖ Collagen có tác dụng chơng lão hóa, ngăn ngừa cải thiện nếp nhăn Khoảng 70% cấu trúc da collagen, phân bô" chủ yếu lớp hạ bì da Collagen tạo hệ thơng nâng đỡ, hỗ trợ đặc tính học da sức căng, độ đàn hồi, trì độ ẩm, làm cho da mịn màng, tươi tắn trẻ trung Collagen giúp trì độ ẩm tơi ưu cho tế bào Ngồi ra, collagen cịn đảm bảo sắc tô" da, làm sáng màu da Sự suy giảm chất lượng, số lượng collagen dẫn đến da trở nên khô, độ căng, đàn hồi thúc đẩy q trình lão hóa thể Chính mà collagen đóng vai trị quan trọng giúp cải thiện cấu trúc da, kích thích q trình tái tạo da, phục hồi tế bào da bị tổn thương UA uko HỎA « HƯ TỐN T/ló kim dán hAt, khổ 'u lịng, krm dikn hói Ư®^ Độ ẩm Chít kích ưng IM KHỎK MẠNH Mỉm, teng, cứng mịn Khoe mạnh, «lun hổi Mrtanocyt« Hình 3.12 Vai trị collagen da Khi thể lão hóa, protein tế bào kết dính với thay đổi hình dáng làm cho chúng khơng cịn đảm nhận chức bình thường Collagen bị mỏng tính đàn hồi giảm rõ rệt Hậu nếp nhăn da xuất Để hạn chế hình thành nếp nhăn da, phương pháp chơng lão hóa bảo vệ collagen tăng cường tổng hợp collagen xem hữu hiệu Khi thể bước qua tuổi 30, tốc độ tổng hợp collagen bị chậm lại, tốc độ phân hủy gia tăng Trung bình năm, cấu trúc collagen bị khoảng 1,5% khôi lượng; lớn tuổi, da bị lão hóa nhanh Trước độ tuổi 45, 1/3 sơ" tổng lượng collagen thể bị Các nếp nhăn, nếp gấp xuất ngày nhiều trán, quanh miệng khóe mắt Collagen ảnh hưởng đáng kể đến định hình đường nét khuôn mặt, da bị chùng nhão, bị chảy, điều đặc biệt thấy rõ phụ nữ bước qua tuổi 40 Ngồi ra, có nhiều nhân tơ" góp phần vào suy giảm collagen Các chất nhiễm có chứa độc tố toxin kích thích q trình oxy hóa, tạo gốc tự Các gốc tự phá hủy tế bào cách lấy electron tế bào Chúng nguyên nhân gây bệnh nghiêm trọng ung thư Hút thuốc, chế độ dinh dưỡng không cân bằng, thiếu nguyên tố vi lượng, loại thực phẩm đóng gói chứa nhiều chất hóa học có hại khơng tập thể dục thường xuyên sô' nguyên nhân đẩy mạnh mát collagen Hình 3.13 Sự lão hóa da Sự lão hóa tế bào trì đầy nếp Age 50+ Age hoãn nhờ collagen hyaluronic acid Các chất làm phẳng lắp nhăn biểu bì, xúc tiến trình tái tạo tế bào da Những nếp nhăn cổ quanh vùng mắt giảm xuống nhờ vào cải thiện biểu bì Phần lớn sản phẩm collagen nguyên chất chiết xuất trực tiếp từ da động vật lợn, bò, cừu cá da trơn; đặc biệt hơn, có số loại collagen chiết xuất trực tiếp từ thể người, chúng hồn tồn khơng có chất hóa học hay độc tơ", khả tương thích với thể người lên tới 100% mà khơng có phản ứng đào thải hay loại bỏ Tất người lứa tuổi sử dụng lành tính chúng Ngồi ra, collagen đưa vào da ba phương pháp chính: • Thoa lên da nhờ tác động công nghệ xung điện hay ánh sáng để dẫn chúng vào sâu tới vùng da cần điều trị • Tiêm trực tiếp vào da • Ăn uống Ba phương pháp biện pháp an tồn khơng ảnh hưởng tới da thể (a) Trước điều trị (b) Sau điều trị Hình 3.14 Tác dụng chống lão hóa collagen ❖ Collagen có tác dụng cao q trình phục hồi tái tạo da Điều trị collagen phục hồi: thường sử dụng trường hợp da bị tổn thương hay giai đoạn tái tạo sau điều trị nám, mụn trứng cá, sẹo, rạn da tiêu da thừa sau giảm béo Các sản phẩm với thành phần collagen, elastin, collagen chiết xuất từ da heo giúp kích thích tế bào sửa chữa khiếm khuyết mơ nhờ phục hồi khả đàn hồi da Ngoài ra, sản phẩm cịn điều trị vết rạn tăng cân hay mang thai Điều trị trẻ hóa collagen 25% sử dụng cho phụ nữ từ 35 tuổi bắt đầu có lão hóa với việc xuất nếp nhăn, da bị nước, chùng nhão, chảy xệ, khơng cịn căng mịn trước, màu sắc da trở nên sạm lại Collagen thúc đẩy q trình tái tạo mơ vùng da bị sẹo mụn Một chức collagen tạo mạng lưới giữ cho tế bào da nguyên vẹn giúp chúng di chuyển bề mặt da Khi tế bào di chuyển bên ngoài, chúng điền đầy lỗ sâu mô da, làm giảm xuất sẹo Collagen có tác dụng củng cố tính nguyên vẹn tế bào da cách kết hợp với mô liên kết da để cải thiện cấu trúc tính đàn hồi Acne Care (4 week program) (a) Trước điều trị (b) Sau điều trị Atmt ntTAr rmarmrtnr Hình 3.15 Tác dụng trị sẹo mụn collagen Collagen thúc đẩy trình tái tạo mô vùng da bị sẹo mụn Một chức collagen tạo mạng lưới giữ cho tế bào da nguyên vẹn giúp chúng di chuyển bề mặt da Khi tế bào di chuyển bên ngoài, chúng điền đầy lỗ sâu mô da, làm giảm xuất sẹo Collagen giúp củng cố tính nguyên vẹn tế bào da cách kết hợp với mô liên kết da để cải thiện cấu trúc tính đàn hồi 3.3.2 Các ứng dung collagen công nghê mỹ phẩm Collagen chứa tác nhân làm ẩm tự nhiên đơi với thể, có vai trị chống nhăn, giữ cho da mềm sáng; colagen dùng làm nguyên liệu để sản xuất sản phẩm như: mặt nạ, kem dưỡng da cao cấp, dầu gội, sản phẩm dưỡng tóc loại sữa tắm Collagen hydrolysate thành phần sản phẩm mặt nạ dưỡng da, chúng kết hợp với tinh chất mật ong, dầu oliu, tinh dầu hoa hồng có tác dụng dưỡng ẩm cho da, tái tạo da mệt mỏi, bảo vệ da khỏi tác nhân tia tử ngoại, khói bụi, hóa chất Vì da trẻ hóa, tươi tắn Hình 3.16 Mặt nụ dưỡng da collagen hydrolysate Trong thành phần mặt nạ dưỡng da, collagen bổ sung dựa chất Đó hợp chất carbomer, acrylate polymer Chất pha tiến hành chỉnh pH lên giá trị khoảng pH = giá trị cho ta dung dịch chất đặc Collagen trước cho vào dung dịch chất phải pha vào nước cho trương nở, sau trộn chung vào với dung dịch chất có sấn, tỉ lệ collagen cho vào chiếm tỉ lệ 0,3 -T 0,6% Trong công nghệ sản xuất mỹ phẩm, mỹ phẩm collagen từ gia súc có tốc độ hấp thụ chậm da người Đôi mặt với vấn đề này, liệu pháp tiêm collagen vào da giới thiệu Tuy nhiên, bất lợi cách thức đắt tiền, đau đớn kèm với rủi ro nguy hiểm cho người Hiện nay, nhà khoa học Phần Lan phát triển tiến trình trích ly collagen từ cá Không giông với loại collagen thu từ phương pháp trước đây, collagen từ cá hấp thụ hoàn toàn da người Vì cá sơng phạm vi rộng lớn với điều kiện nhiệt độ, độ sâu áp suất khác Điều có nghĩa collagen trích từ da cá có sức chơng chịu đặc biệt với phá hủy lý hóa học Dưới tác dụng tác nhân tia tử ngoại, thuốc nhuộm tóc, thc duỗi tóc tóc dễ bị tổn thương, chẻ ngọn, vẻ bóng mượt Trong sản phẩm chăm sóc tóc thường có bổ sung lượng collagen hydrolysate có tác dụng bảo vệ cho tóc, phục hồi hư Hình 3.17 Tóc bị hư tổn phục hồi sau sử dụng sản phẩm chăm sóc tóc có chứa collagen hydrolysate 3.4 ứng dung collagen công nghê nhiếp ánh Các đặc tính giúp cho collagen ứng dụng lĩnh vực là: Là thành phần thiết yếu cho q trình đơng tụ phát triển dịch nhũ tương ảnh : bạc halogen Là chất ổn định thành phần gắn kết hệ nhũ tương thuốc nhuộm Là tác nhân gắn kết trình sản xuất giấy in phun Khả trương nở tốt Có tính bền vững cao CHƯƠNG 4: NHỮNG VÂN ĐỀ TồN TẠI VÀ HƯỚNG TẬP TRUNG NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT Trong số lĩnh vực ứng dụng Collagen ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm mỹ phẩm, đòi hỏi chất lượng Collagen cao, không chứa tạp chất, không chứa tro, không chứa thành phần chất béo, độ nhớt đạt yêu cầu, có trọng lượng phân tử định Chính phải có giải pháp kỹ thuật để xử lý vấn đề ♦♦♦ Đê’ loại tạp chất khỏi dung dịch Collagen, ta sử dụng phương pháp hóa học hay khử ion màng cellophan ❖ Để tinh chế Collagen có trọng lượng phân tử định ta dùng phương pháp lọc gel hay tiến hành tách phân đoạn để thu Collagen Hiện vấn đề quan tâm qui trình thu nhận Collagen vấn đề loại hồn toàn chất béo khỏi dung dịch chứa Collagen Hiện nhà khoa học nghiên cứu thành công qui trình sử dụng CO2 siêu tới hạn trình tinh Collagen Một chất lỏng siêu tới hạn ( Super Critical Fluid - SCF ) hợp chất có giá trị nhiệt độ áp suất điểm tới hạn giản đồ pha Trên giá trị nhiệt độ tới hạn phần tử khí khơng thể hóa lỏng áp suất Áp suất tới hạn áp suất khí nhiệt độ tới hạn Trong mơi trường siêu tới hạn, tồn pha gọi fluid Pha fluid khơng phải pha khí khơng phải pha lỏng Nó dạng trung gian hai pha Pha fluid có khả hịa tan tương tự chất lỏng đồng thời có khả khuếch tán tốt chất khí Điểm tới hạn điểm kết thúc đường cong cân pha hai trạng thái khí lỏng Vùng siêu tới hạn cho biết cách sử dụng kết hợp đẳng áp thay đổi nhiệt độ, đẳng nhiệt thay đổi áp suất, hoàn toàn có khả chuyển đổi thành phần tinh khiết từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí vùng ngược lại mà khơng có chuyển pha Chất lỏng siêu tới hạn có khả hịa tan chất lỏng có khả vân chuyển chất khí điều kiện mơi trường ( 25°c, áp suất lbar), độ hòa tan chất pha khí có mơi quan hệ trực tiếp với áp suất nhìn chung môi quan hệ ày không đáng kể Mặt khác, dung mơi siêu tới hạn, độ hịa tan chất tăng gấp 10 lần Sự hòa tan chất pha lỏng siêu tới hạn kết hợp áp suất ảnh hưởng tương tác chất tan dung mơi Hay nói cách khác hịa tan khơng đơn phụ thuộc vào áp suất Trong trình tinh chất béo khỏi dung dịch collagen cách dùng CO2 siêu tới hạn lúc này, CO2 lỏng bình chứa dẫn qua thiết bị bơm cao áp để nâng áp suất lên áp suất tới hạn Chất trợ dung môi dẫn qua thiết bị bơm dung mơi Dịng CO dịng dung mơi trộn lẫn vào trước qua thiết bị gia nhiệt Tại đây, CO đạt trạng thái siêu tới hạn, dòng hỗn hợp CO2 siêu tới hạn chất trợ dung môi tiếp tục vào cột chiết Sau chiết, dòng chất lỏng siêu tới hạn mang theo chất béo khỏi cột tới van xả áp suất Khi áp suất giảm lúc chất béo tách khỏi dòng siêu tới hạn dòng CO tự theo đường ơng ngồi Cột chiết lúc cịn lại sản phẩm collagen loại béo TÀI LIỆU THAM KHẢO Fratzl, P., Collagen Structure and Mechanics 2008 Matthew D, Ronald T Raines, 2009.Collagen structure and Stability Annual Review of Biochemistry, 78, 929-958 Frederic M.Richards, D.S.E., John Kuriyan, Advances in Protein Chemistry 2005 Fibrous Proteins Coiled-Coils, Collagen and Elastomers, Volume 70 K Gelse , E.Po schl, T Aigner, 2003 Collagen - structure, function and biosynthesis Advanced Drug Delivery Reviews 55 1531- 1546 L.s Senaratne, Pyo-Jam Park, Se-Kwon Kim, Korea, Isolation and characterisation of collagen from brown backed toadfish (Lagocephalus gloveri) skin, 2006 Shuai Zhao, M.Z., Guoying Li, Preparation of collagen from the pigskin shavings by alkali extraction Rume Sakai, S.T., Toshizo Tsemura, Soluble collagen of chicken leg tendon; Its dénaturation temperature and Hydrodynamic properties 1967 Nagai, T., Collagen from diamondback squid 2003 Maria Sadowska, I.K.O., Celina Niecikowska, Isolation of collagen from the skins of Baltic cod (Gadus morhua) 2002 10.L.s Senaratne, P.-J.P., Se-Kwon Kim, Isolation and characterization of collagen from brown backed toadfish (Lagocephalus gloveri) skin 2005 11 Food and Agricultural Organisation - Food and Nutrition Paper 14/7/1986 12.N.Yu Ignat'eva, N.A.D., Determination of Hydroxyproline in Tissues and the Evaluation of the Collagen Content of the Tissues 2005 13.Elzbieta Skierka, M.S., The influence of different acids and pepsin on the extractability of collagen from the skin of Baltic cod 2006 14.Nagai, T., & Suzuki, N 2000 Isolation of collagen from fish waste material-skin, bone and fins Food Chemistry, 68, 277-281 15 Phanat Kittiphattanabawon, Soottawat Benjakul, Wonnop Visessanguan, Takashi Nagai, Munehiko Tanaka, Thailand, Characterisation of acid - soluble collagen from skin and bone of bigeye snapper (Priacanthus tayenus), 2005 15 Phanat Kittiphattanabawon, S.B., Wonnop Visessanguan, Takashi Nagai, Munehiko Tanaka, Characterisation of acid-soluble collagen from skin and bone of bigeye snapper (Priacanthus tayenus) 2004 16 Le Thi Hong Nhan, Bui Thi Anh, University of Technology - Vietnam National University Hochiminh city and Cantho University, Isolation of Collagen from the skin of Basa fish (Pangasius Bocourti) 17 Jin-Wook Woo, S.-J.Y., Seung-Mock Cho, Yang-Bong Lee, Seon-Bong Kim, Extraction optimization and properties of collagen from yellow fin tuna (Thunnus albacares) dorsal skin 2007 18 V Vijayasundaram, V.R and P.R Palaniappan, The study of the changes in the thermal properties ofLabeo rohitabones due to arsenic exposure 2009 19 HaiYing Liu, D.L., ShiDong Guo, Studies on collagen from the skin of channel catfish (Ictalurus punctaus) 2006 20 http://www.rousselot.com/ 21 http://www.tessenderlo.com/ 22 http://www.sciencedirect.com ... so với tổng lượng protein - Nhóm có hàm lượng collagen trung bình : tổng lượng collagen chiếm từ -ỉ- 10 % tổng lượng protein - Nhóm có hàm lượng collagen cao: tổnglượng collagen 10 % tổng lượng... tận dụng chất thải nâng giá trị kinh tế loài cá lên ❖ Dựa vào thành phần % tổng lượng collagen tính tổng lượng protein, loài cá chia thành nhóm: - Nhóm có hàm lượng collagen thấp: tổng lượng collagen. .. thành nên sợi collagen Các sợicollagen dàivà mảnh, chúng xếp tạo thành mạng collagen -collagen Procollagen jpc * Procollagen peptidase N-terminus end cleaved C-terminus end cleaved Tropocollagen 3000À