陳復生　徐鳳梅　陳遠平　魏兆軍

摘要: 本文論述了全天然純絲膠的理化與生物特性、特殊功能及其在化妝品中的應用，介紹了為促進全天然功能性化妝品的發(fā)展提供功能性化妝品新原料的大量生產全天然純絲膠蛋白質的途徑、方法與研究進展,展望了其在今后國內日化市場上的發(fā)展前景。

關鍵詞: 全天然純絲膠蛋白質 特性與功能 化妝品原料

蠶是極為重要的經濟昆蟲，是一種高效、價廉的生物反應器，它從植物蛋白向生物蛋白轉化的效率高達60%到70%。蠶吐出的絲膠是一種對人體具有一系列特殊保護功能且性能優(yōu)良的天然水溶性動物蛋白質，能迅速、完全溶于水，形成黏稠、微乳溶液，絲膠蛋白質的配伍性強，相容性好，幾乎可以添加到任何含水的化妝品基質中。具獨特的皮膚保濕、營養(yǎng)、抗衰老、穩(wěn)定乳化、抗菌消炎、促進傷口愈合及藥物載體等特殊功能，改變絲膠溶液的濃度、PH值、溫度等可得到具有不同性能的絲膠，絲膠原液在自然條件下放置，還可以得到可逆性的各種絲膠凝膠，是一種在日化、醫(yī)藥、生化與保健食品等領域內用途極為廣泛、性能優(yōu)良的功能性蛋白質。

皮膚營養(yǎng)、保護功能

人的皮膚角質層中保持10%～20%的水分，才能使皮膚豐滿而富有彈性、不開裂。皮膚角質層中含有皮膚保濕起著極為重要作用的天然保濕因子以及皮膚結構的皮脂膜防止水分蒸發(fā)。

絲膠蛋白質由絲氨酸（33.43%）、天門冬氨酸（16.71%）、甘氨酸（13.49%）等18種人體必需氨基酸組成，90%以上的氨基酸能被人體吸收到人的皮膚、血清、組織細胞間液中，是人體很好的氨基酸補充途徑。絲膠含有72%以上的吸放濕性側鏈氨基酸，它與人體皮膚角質層中的天然調濕因子極為相似的主要成分，吸放濕性能優(yōu)良。絲膠自然放置可生成凝膠，水溶液能牢固地保持水分不流失。

絲膠分子構象主要為無規(guī)卷曲，絲膠分子空間結構松散、無序，絲膠蛋白鏈上有許多側鏈較長的氨基酸以及許多極性親水基團處于多膚鏈表面，這些親水性基團可使體內水分傳遞至皮膚角質層而結合，使皮膚保持一定水分，從而使皮膚柔軟而光滑。

絲膠蛋白質具有高分子質量、大分子體積和多孔性的結構特性，在改變溶液的濃度、PH值、溫度下可以水解為分子量較小的蛋白質。在水溶液中其分子高度伸展并相互纏繞連接形成連續(xù)的網狀結構，而水分子則在此網絡內通過極性鍵和氫鍵與絲膠蛋白質分子相互結合，使得絲膠蛋白質就像“分子海綿”一樣，能吸收和保持其自身質量上千倍的水分。當這種飽含水分的“分子海綿”涂布于皮膚表面后，則能形成一層水化膜，對角質層保持保濕作用，防止皮膚干燥，產生護膚作用。膠蛋白質作用于皮膚表面后，大分子絲膠蛋白質可迅速在皮膚表面形成一層透氣的水化膜，使角質層水合軟化，從而增加角質層對活性物質的吸收利用。而絲膠作用與體膚時又能夠迅速水解成小分子。低分子絲膠蛋白質則能直接滲入到真皮層，產生擴張毛細血管、增加血液微循環(huán)、改善中間代謝，對皮膚中其它活性或營養(yǎng)成分起透皮傳遞系統(tǒng)的作用。一般認為分子量較小的水溶性絲膠膚具有優(yōu)異的調濕、保濕作用，能使皮膚中水分含量保持適當，使皮膚光滑、柔軟、富有彈性，由此改善皮膚的生理條件，為真皮膠原蛋白和彈性纖維的合成提供了優(yōu)越的外部環(huán)境，加強了營養(yǎng)物質的供給，產生營養(yǎng)皮膚功能。由于皮膚的矩陣結構，使絲膠蛋白質成為化妝品中活性成分傳遞的有效介質。絲膠蛋白質既有較高的吸濕性，又有良好的保濕性。

此外，絲膠蛋白質水化膜還有透氣和非封閉特性，結果產生一般封閉式潤膚劑或調理劑所不能比擬的潤膚功能。絲膠蛋白質還可通過形成粘彈液并填充于皮下骨膠纖維中起作用，有助于防止骨膠原由溶解狀態(tài)轉化為不溶解狀態(tài)，并與蛋白質復合物對皮膚的保濕產生協(xié)同作用。而富含絲膠蛋白質的ECM可以從真皮層中吸取大量水分，同時又因表皮脂質的屏障作用可防止水分的蒸發(fā)和損失，達到維持皮膚水環(huán)境的恒定狀態(tài)，而產生護膚潤膚作用。絲膠蛋白質具有皮膚保濕和營養(yǎng)雙重作用。利用絲膠蛋白質的獨特功能，可以制成適合不同膚質、各種氣候環(huán)境下使用的護膚化妝品。

抗氧化、抗衰老功能

人體皮膚變黑就是因為黑色素細胞中的酪氨酸酶將角朊組分中的酪氨酸氧化，發(fā)生一系列反應，最后聚合成黑色素。紫外線加速這一氧化反應，人的皮膚常暴露于日光中就容易變黑。絲膠的多羧基、羥基、氨基等功能基團還具有抗氧化功能，能抵御日光、微波、化學物質、大氣污染物對肌膚的侵蝕，能很好地抑制活性氧的發(fā)生，防止皮膚起皺老化。

絲膠中酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等能有效吸收紫外線。絲膠中高比例的羥基氨基酸與微量元素如銅、鐵的螯合，影響酪氨酸酶活性的正常發(fā)揮，絲膠具有酪氨酸酶活性抑制的特性。

食物發(fā)生褐變反應，是由于食物中的脂質在多酚氧化酶的作用下發(fā)生了過氧化反應。共軛雙烯含量越大，過氧化反應越強。含有絲膠的樣品共軛雙烯的含量隨著時間的延長增長緩慢，從而能顯著抑制多酚氧化酶活性而抗氧化，可以作為抗氧化劑在食品中加以利用。

人體機體內絲膠蛋白質的生物合成部位主要是在成纖維細胞或其它細胞的胞漿膜及表皮角朊細胞等。體內絲膠蛋白質的合成速度很快，并迅速排出胞外或被降解。其合成受體內激素、年齡和環(huán)境等因素影響。絲膠蛋白質作為人體皮膚、組織細胞等固有必需的生物活性物質，對人皮膚無刺激性，對眼睛無任何刺激性和光毒性反應。給動物注射適量絲膠蛋白質，絲膠蛋白質本身并不是抗原體，所以在體內一般不會產生過敏反應及其它毒副作用，使用安全。絲膠蛋白質與機體細胞表面結合后，可阻擋細胞中某些酶釋放到細胞外，減少自由基的形式。絲膠蛋白質主要能限制幾種產生自由基和脂質過氧化的類靠近細胞膜，減少了細胞膜表面羥基自由基的流入，防止了細胞結構的破壞，從而產生防止皮膚皺紋形成和抗皮膚衰老功能。

此外，隨著人的年齡增長，或皮膚受到強烈刺激后，其中的絲膠蛋白質酶就會被活化，過度降解和破壞了黏結皮膚組織成分絲膠蛋白質，使刺激加重并導致皮膚組織脫水，結果引起皮膚粗糙、皸裂、形成皺紋和老化。適當給皮膚補充一定量的絲膠蛋白質后，絲膠蛋白質能迅速與細胞表面結合，及時將外界生長信號傳遞到細胞內，直接促進組織的增殖、重建與修復，并能通過絲膠蛋白質抗自由基的產生、抑制動物細胞的病理吞噬及保護皮膚等協(xié)同作用，使皮膚彈性與飽滿度得到一定恢復，產生消除皮膚皺紋、增加彈性、防止皸裂和抗皮膚衰老等作用。在絲膠蛋白質高分子聚合結構中存在許多羧基陰離子，故可以產生某些大離子功能。絲膠蛋白質可以改變帶正電荷物質在皮膚組織中的擴散及其分配速率，并能及時調節(jié)細胞表面以及細胞周圍陽離子的流動和濃度變化，并能直接參與體液中水和電解質的代謝調控。當絲膠蛋白質降解后能明顯維護動脈壁的正常通透性，增加了毛細血管的血液循環(huán)，提高了皮膚對外界環(huán)境改變的應激能力和適應性，促進了皮膚健康。如果經常在皮膚上涂擦含絲膠的化妝品，能有效抑制皮膚中黑色素生成，保持皮膚白嫩。它用于化妝品，可起到保濕護膚、抗衰老、營養(yǎng)皮膚、促進傷口愈合、抗菌消炎及穩(wěn)定乳化等功能。

抗菌消炎功能

低分子質量絲膠具有抑制病菌生長、抑制病理反應的功能，產生抗菌消炎作用。由于大分子質量絲膠蛋白質所特有的吸水保濕功能，其水溶液涂于皮膚表面時，易形成一層水化膜，此膜如同一道天然屏障，能有效將皮膚與細菌隔離開來，阻止了細菌侵入皮膚，間接產生抗菌消炎作用。此外，在皮膚基質中，絲膠蛋白質與蛋白質結合，并以蛋白質復合物形式存在于細胞間隙，形成凝膠，將細胞粘合在一起，發(fā)揮正常細胞代謝及組織持水的作用，從而產生保護細胞免受病原菌的侵害，防治感染等作用，對皮膚起到了一定保護功能。

絲膠蛋白質促進傷口愈合功能

在機體受傷后，絲膠蛋白質是首先到達傷口處的主要物質之一。在絲膠蛋白質酶作用下，絲膠蛋白質產生降解，并激發(fā)隨后的傷口逐漸進行修復。在傷口部位，絲膠蛋白質還能增強凝血酶的活性，加速纖維凝血塊的形成，并能促進單核細胞的病理吞噬作用和表皮細胞的進入與粘附及成纖細胞的增殖和游走，防止炎癥滲出，直接促進細胞的生長、分化、重建與結構修復。同時，由于絲膠蛋白質的高保濕和水化性能，可通過擴大胞間空隙，促進細胞移動，由此營造一個特別適合炎性細胞進入和維持活性的良好環(huán)境，促進和維持傷口周圍皮膚水環(huán)境的恒定，從而加速傷口的愈合及減少傷疤。

穩(wěn)定乳化功能

絲膠蛋白質是具直鏈結構的高分子生物制品，持水性很強，在水中易形成致密的水溶性聚合網狀結構，使其水溶液能保持較高的黏性和彈性，具有一定的增稠作用。絲膠蛋白質與乳化劑、表面活性劑等復配性能較好，當其水溶液與化妝品油相混勻乳化后，能使膏、霜、乳等基質細膩均勻，長期存放不分層、不滲水，劑型穩(wěn)定，表明絲膠蛋白質具有較強的促進和穩(wěn)定乳化功能。

藥物載體功能

絲膠蛋白質作為藥物載體，具有緩釋藥物作用和促進藥物透皮吸收的功能。由于絲膠蛋白質分子質量很大，在溶液中其分子間相互作用交聯(lián)成網，此種網絡對藥物分子起到粘附作用，使藥物緩慢從絲膠蛋白質網絡載體中釋出，體內擴散速度大大減慢，產生長效、延效作用。另外，絲膠蛋白質具有較強的保濕性能，在皮膚表面形成的水化膜能使角質層水合軟化，改變了角質層的水合結構，在護膚的同時，也增加了藥物分子透皮吸收的能力，提高了藥效。在一些防治皮膚創(chuàng)傷、燒傷、干皮癥、搔癢癥、祛色斑及美白皮膚的軟膏、霜和液體等化妝品或藥物制劑中加入適量絲膠蛋白質。

絲膠蛋白保健紡織物后整理材料

合成纖維系疏水性纖維,吸放濕性能較差,因此用合成纖維制作的服裝,穿著舒適度差。絲膠含有大量具有親水性側鏈的氨基酸,吸放濕性能較好。在絲膠溶液中加入一定量的戊二醛、樹脂等交聯(lián)劑進行改性,降低絲膠的溶解性,并使其成為網狀結構，將合成纖維浸漬在改性后的絲膠溶液中將絲膠溶液直接涂刷在織物上,可得到舒適性好的改性纖維或改性織物。其機理是絲膠分子的引入,降低了纖維的表面電位,增加了纖維表面活性吸附活化中心,并降低了纖維結晶度,提高了比內表面積,因此有利于水分子的吸附和擴散,使改性纖維或織物的吸放濕性能提高。此外,還具有顯著的抗菌效果。日本利用這種涂層技術,已成功開發(fā)內衣、汗衫、尿布、床上用品等產品，隨著人們保健衛(wèi)生意識的不斷增強,這類新產品的銷量正在逐漸增長。

其他功能

絲膠蛋白質還具有防治眼睛疲勞、干眼病、防止隱形眼鏡對眼球的摩擦損傷和潤滑眼球，婦科及外科手術防粘連、誘導靶向技術治療癌癥、促進潰瘍面的康復、減輕滑膜炎癥、緩解關節(jié)炎疼痛、輔助診斷肝硬變和惡性腫瘤等疾病、減少妊娠紋的出現及促進產后妊娠紋的恢復等一系列特殊功能。

全天然純大量生產絲膠蛋白質的方法

國內外都十分重視昆蟲資源的開發(fā)利用。日本農林水產省自2002年以來，著力推進以家蠶為主體的“昆蟲產業(yè)”，將昆蟲稱為“21世紀最大的未利用資源”，提出“以獨創(chuàng)的昆蟲制品挑戰(zhàn)世界”的口號。而我國蠶業(yè)歷史悠久，家蠶品種資源豐富，飼育技術成熟，成本低廉，科研力量雄厚，隨著“清潔生產”、“人與自然和諧發(fā)展”等新觀念漸漸深入人心，新的蠶絲蛋白加工及綜合利用極為重要，可為化工、醫(yī)藥、紡織、食品、化妝品工業(yè)提供更多的產品和原料，特別為保護環(huán)境，提高經濟效益提供非常有效的途徑。

日本絲膠蛋白的研究起步較早，以開發(fā)蠶絲特殊機能和利用為目標，首先從不同角度分析絲膠蛋白質的結構、功能、分離方法以及利用方向、途徑等，得出大量的有意義的研究結果，發(fā)表了大量有價值的研究論文，諸多蠶絲、化妝品大型企業(yè)加入絲膠蛋白質的研究與開發(fā)，形成了產學研一體化系統(tǒng)，從保存的歷史未開發(fā)品種資源中篩選率先出純度高、絲量多的全絲膠基礎品種“絲膠星”，是世界蠶絲生產國中最早公布育成純度高、絲量多的全絲膠蠶品種，利用此絲膠品種生產的全天然純絲膠蛋白質創(chuàng)新素材，研發(fā)了品種多樣的醫(yī)藥、保健、化妝用品，投入市場，效益可觀，引起業(yè)界的廣泛重視。但日本蠶業(yè)生產幾乎全部衰亡，絲膠品種沒有得到大面積生產和推廣。20世紀80年代，絲膠蛋白質就以其優(yōu)異保濕、營養(yǎng)皮膚等特殊性能受到了國際化妝品界的廣泛關注。此后，以絲膠蛋白質為特殊功能原料的系列化妝品相繼問世。近年來，國內一些知名化妝品公司也陸續(xù)開發(fā)出以絲膠蛋白質為特色的化妝品系列，如江蘇蘇豪國際集團新上市的“采尚”牌絲膠蛋白質護膚養(yǎng)顏化妝品系列，充分顯示出絲膠蛋白質作為一種新興功能性化妝品原料的強勁發(fā)展勢頭。

雖然我國絲膠蛋白質的多領域研究和開發(fā)成為熱點，但絲膠蛋白質的獲得，主要來自于繅絲精煉液的回收。但含絲膠廢水中有大量的鹽類和表面活性物質，提取有一定的難度，即使用生物學方法處理，回收的絲膠蛋白質不僅純度低、容易變性，污染嚴重，而且工程繁雜，效率低，成本高，與廣泛的多領域應用也有較遠的距離。

選育全天然純絲膠蠶新品種，大量生產全天然純絲膠蛋白質素材的捷徑，可以省略回收程序，節(jié)約成本、回避污染、保證綠色環(huán)保，直接投入多領域的利用，發(fā)揮其巨大的社會、經濟和生態(tài)效益。蠶絲膠蛋白質及鮮活蠶蛹的綜合利用是非絹絲產業(yè)產品創(chuàng)新的基礎。

全天然絲膠品種選育，在我國蠶育種受傳統(tǒng)利用目標的定格，目標一直界定在衣類素材的利用上，對特殊機能蠶品種育成的認識不足，研究和開發(fā)尚處于初級階段。雖然我國也有了天然絲膠品種選育的信息，但由于品種承認機制和選育方法等原因，既沒有全天然絲膠品種選育公布，更沒有全天然絲膠及其副產物鮮活蠶蛹的非絹絲產業(yè)創(chuàng)新產品報道。

近年來，安徽省農業(yè)科學院蠶桑研究所利用日本引進的絲膠品種資源和自主創(chuàng)新品種資源、采用遠緣雜交、基因重組、標記性狀輔助系統(tǒng)選育方法，育成全天然純絲膠蠶品種，蠶農在無需新的技術、設備投入，出售特殊素材的蠶繭可大幅度提高收益，栽桑養(yǎng)蠶的積極性回歸，生產步入良性發(fā)展軌道，從而進一步推動蠶業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展；原料加工企業(yè)無須經過繅絲即可大量獲得全天然不變性彩色絲膠新素材和鮮活蠶蛹，可以規(guī)避繅絲工業(yè)造成的污染，生態(tài)環(huán)境起到積極促進作用，是利國利民的綠色工程，將受到政府的倡導和支持。制造企業(yè)無須大的投資就可以研發(fā)科技含量高的創(chuàng)新產品，不僅可以有效拉動內需，還可以大量出口。非產業(yè)創(chuàng)新產品相關的各環(huán)節(jié)的經濟、社會、生態(tài)效益顯著，市場潛力巨大，產業(yè)化前景廣闊。低成本、安全快捷、大量生產全天然純絲膠蛋白質素材及其副產品無污染鮮活蠶蛹，在保健食品、化妝品、醫(yī)藥等非絹絲產業(yè)領域創(chuàng)新產品開發(fā)，正在聯(lián)合江蘇省絲綢集團有限公司和合肥工業(yè)大學生物與食品工程學院聯(lián)合開展“全天然純絲膠蠶創(chuàng)新品種選育與非絹絲產品開發(fā)”科技攻關,從特用蠶品種選育、示范推廣、素材加工到創(chuàng)新產品研發(fā)和產業(yè)化，實現無公害的綠色環(huán)保，有效保證和提高人民生活健康。

展望

絲膠蛋白質作為一種功能獨特、應用廣泛的化妝品原料，已引起國內外化妝品界的普遍關注，以絲膠蛋白質為功能性成分的新型特殊用途化妝品已成為目前國際日化界的主流產品，其應用發(fā)展前景非常廣闊。國內新型化妝品的研究開發(fā)也是日新月異，市場競爭非常激烈，天然環(huán)保型化妝品添加劑已成為當今主要研究方向。因此，隨著科學技術的飛速發(fā)展，在人們崇尚天然的潮流中，充分利用國內絲膠蛋白質資源，研究開發(fā)新型、高檔次絲膠蛋白質系列功能性化妝品，滿足廣大消費者日益增長的需求，提高國民的健康水平，是大有必要的，其潛在的經濟效益和社會效益也是顯而易見的。

編輯/田杰星