一、膠原蛋白行業概況

膠原（Collagen）一詞源自古希臘，大約在1865年前后首次出現，它是人體含量最為豐富的蛋白質。膠原廣泛分布于人體的多種結締組織，例如皮膚、軟骨、骨骼、肌腱、韌帶、角膜、器官被膜以及硬腦膜等。在正常人體中，約90%的膠原集中在皮膚和骨骼中。

圖 1 膠原蛋白結構示意圖

作為一種新興的生物材料，重組膠原蛋白憑借其卓越的生物相容性、較低的免疫原性以及精準可控的結構，在醫療、美容和功能性食品等多個領域展現出了巨大的應用潛力。隨著基因工程、合成生物學以及發酵技術的持續發展，重組膠原蛋白的產能和質量都得到了顯著提高，為其在多元化市場中的進一步推廣筑牢了堅實的基礎。

根據Grand View Research報告，2019年中國膠原蛋白的市場規模增長至9.83億美元，約占全球市場的6.40%；而到2027年，中國膠原蛋白的市場規模預計將達到15.76億美元，約占全球市場的6.96%，2016-2027年年平均復合增長率為6.54%，高于全球的5.42%的市場增速。

圖2 ?2016-2027年膠原在全應用領域中國市場規模情況

數據來源：Grand View Research

二、重組膠原蛋白種類

膠原蛋白依據其結構和功能可以分為多種類型，主要包括Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型及Ⅴ型膠原蛋白等。

表1 主要類型的膠原蛋白

從來源角度分類，膠原蛋白主要分為兩大類：動物源膠原蛋白和重組膠原蛋白。盡管植物來源的類似膠原蛋白物質近年來引起了關注，但嚴格意義上講，植物并不含有真正的膠原蛋白。通過現代生物技術，可以從植物中提取與膠原蛋白相似的蛋白質和多肽。

當前市場上最為常見的膠原蛋白來源于動物，包括哺乳動物（如牛、豬）和海洋生物（如魚）的皮膚、骨骼及軟骨。牛源膠原蛋白因其富含Ⅰ型膠原蛋白而被廣泛應用于皮膚護理和骨骼健康產品中。由于其結構與人類膠原蛋白高度相似且成本相對較低，豬源膠原蛋白在生物醫用材料和保養品領域應用廣泛。

另一方面，重組膠原蛋白是利用基因工程技術生產的一種新型膠原蛋白。該過程涉及將人類或其他物種的膠原蛋白基因插入微生物或動物細胞中，并通過發酵和提純步驟獲得產物。這種方法生產的膠原蛋白具有高純度、結構可控、無致敏性和病原體風險等優點。此外，由于不依賴于動物來源，重組膠原蛋白被視為更加環：涂沙中難≡。  

隨著重組膠原蛋白高純度和精確可控性的優勢逐漸顯現，重組膠原蛋白正成為未來發展的關鍵方向。根據國家重組膠原蛋白生物材料命名指導原則，這類膠原蛋白進一步細分為重組人膠原蛋白、重組人源膠原蛋白和重組類膠原蛋白。

圖3 重組膠原蛋白分類及應用

重組膠原蛋白在生物活性、生物相容性、低免疫原性、減少病原體漏檢風險、水溶性以及無細胞毒性等方面，相較于傳統動物來源的膠原蛋白展現出了顯著的優勢。

從安全性的角度來看，傳統動物源膠原蛋白由于其蛋白質結構與人體存在差異，可能會引發免疫反應，從而帶來一定的過敏風險。與此相反，重組膠原蛋白通過基因工程技術從細胞培養中提。淌艿窖細窨刂疲芄揮行П苊獠≡邐廴鏡姆縵。此外，傳統動物提取方法受限于原料質量和提取工藝，難以確保純度和質量的一致性。而重組膠原蛋白則可以通過精確控制氨基酸序列和三維結構，并利用發酵和純化工藝實現大規模工業化生產，同時還能進一步加工和優化以滿足不同需求。

值得注意的是，重組膠原蛋白的變性溫度高達72℃，遠高于動物源膠原蛋白的40℃，這使得它在運輸和儲存方面具有更大的優勢。因此，無論是從安全性還是從實用性的角度考慮，重組膠原蛋白都展示了其超越傳統動物來源膠原蛋白的卓越性能。這種新型膠原蛋白不僅提高了產品的穩定性和可靠性，同時也為用戶提供了更安全的選擇。

表2 動物源膠原蛋白與重組膠原蛋白多維度對比

隨著膠原蛋白來源和生產技術的不斷進步，重組膠原蛋白憑借其獨特的優勢，正逐漸成為醫療、美容等高要求領域的首選材料。未來，隨著規?；a的實現，重組膠原蛋白有望在更多領域中發揮重要作用，推動整個膠原蛋白產業朝著更安全、更高效、更可持續的方向發展。

三、重組膠原蛋白的生產

3.1 重組膠原蛋白產品的生產工藝流程

3.1.1重組膠原蛋白主要產品的通用生產工藝流程：

膠原蛋白依據其結構和功能可以分為多種類型，主要包括Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型及Ⅴ型膠原蛋白等。

3.1.2 重組Ⅲ型人源化膠原蛋白凍干纖維的生產工藝流程：

注：以上工藝僅供參考，具體生產以實際工藝為準

重組膠原蛋白產品的生產工藝流程是將基因工程技術與生物化學工藝相結合，以生產出高質量的膠原蛋白產品。整個過程始于選擇合適的表達系統，常用的宿主細胞包括大腸桿菌、酵母菌等。首先，通過基因工程手段，將編碼目標膠原蛋白的基因片段插入到載體中，并將其導入選定的宿主細胞內。隨后，在優化后的發酵條件下培養這些轉化細胞，使其大量表達目標蛋白質。

在成功完成發酵步驟后，需要進行細胞破碎和初步純化，目的是釋放并分離出所表達的膠原蛋白。這通常涉及到離心、過濾等方法以及親和層析等手段來去除雜質，提純目標產物。接下來的重要步驟是復性處理，旨在恢復膠原蛋白的天然三維結構，這對于保持其生物活性至關重要。

緊隨發酵過程后的純化步驟通常會產生多種雜質，包括宿主蛋白、核酸和內毒素等。在蛋白質經過蛋白酶酶解后，不僅會降解成多肽，還會生成多種氨基酸和小分子蛋白，形成復雜的混合物。這些雜質不僅會影響產品的純度，還可能對最終產品的安全性和功能產生負面影響。

因此，優化純化過程至關重要，不僅要有效去除雜質如宿主蛋白、核酸和內毒素，還要盡量保留目標蛋白質的完整性和活性。通過精細調整各純化步驟，可以實現更高的純度和回收率，確保最終產品的安全性和功能性符合高標準行業的要求。這種方法不僅能提升產品質量，還能增強生產效率，為廣泛應用提供可靠保障。

為了獲得高純度、高活性和高產量的重組膠原蛋白樣品，必須在深入了解其結構和性質的基礎上，綜合運用多種分離和純化方法。一般步驟包括：首先使用鹽析、等電點沉淀及超濾等技術去除大分子雜質，隨后通過離子交換層析、凝膠過濾和高效液相色譜（HPLC）等技術進行逐級純化，從而獲得成分單一且活性較高的產品。

最終，經過嚴格的質檢程序，包括純度檢測、功能性測試等，確保產品質量符合標準。值得注意的是，本文涉及的流程只是提供了一個基本框架，具體操作條件如發酵參數、純化策略等應根據實際需求和產品應用領域進行適當調整。這種靈活性使得重組膠原蛋白能夠在多種應用場景中發揮重要作用，例如醫療、化妝品等領域。通過不斷優化生產工藝，可以進一步提高產品的產量和質量，滿足市場需求。

四、銀河集團科技分離純化解決方案

重組膠原蛋白的純化是生物制造鏈條中決定產品效能與臨床應用價值的關鍵環節，其核心目標在于通過精密分離技術獲取高純度、高活性的功能性膠原蛋白。重組表達體系中宿主殘留蛋白、核酸、內毒素等雜質的去除，可顯著降低免疫原性風險，確保生物安全性符合醫療器械及藥品監管標準。更重要的是，純化工藝需精準保留膠原蛋白特有的三螺旋結構，該結構是支撐細胞黏附、促創面修復及誘導組織再生等生物功能的物質基礎。

在醫用領域，純度不足可能導致材料力學性能下降或引發炎癥反應，而過度純化則易破壞天然構象，因此需通過多模態層析技術實現雜質靶向清除與活性結構協同保護。隨著再生醫學需求增長，高效純化工藝的突破不僅能提升重組膠原蛋白的產業化轉化效率，更能推動其在組織工程支架、藥物緩釋載體等高端領域的應用拓展，為生物材料創新提供關鍵技術支持。

下面以常規重組膠原蛋白的生產工藝流程為例，分享銀河集團科技在重組膠原蛋白產品領域整體分離純化解決方案。

分離純化環節：

Bio-Lab?實驗室層析系統

Bio-Pro層析系統&層析柱

離子交換層析：選擇性去除宿主細胞殘留蛋白（HCP）、核酸等雜質，利用目標蛋白與雜質的電荷差異實現初步純化。

分子篩層析：按分子量分級分離，精準截留具有生物活性的三聚體膠原結構，剔除未正確折疊的單體或聚合體。

親和層析：針對重組蛋白的特異性標簽（如His標簽），通過配體-受體結合機制實現高選擇性富集，顯著提升產物純度。

除菌過濾：

實驗室級自動切向流過濾系統

Bio-TFF 自動切向流過濾系統

深度雜質清除：采用納米級過濾膜截留潛在病毒顆粒，結合特異性吸附樹脂降低內毒素水平，確保生物安全性。

小結

重組膠原蛋白的研究始于對其分子結構的深入解析，經過幾十年的發展，科學家們成功克隆了膠原蛋白基因，并在不同表達系統中進行了表達嘗試。從早期的微生物系統到后來的哺乳動物和植物細胞系統，再到純化工藝的顯著提升，這些技術進展為重組膠原蛋白的產業化應用奠定了堅實基礎。近年來，合成生物學的引入更是為重組膠原蛋白技術帶來了革命性突破，提高了生產效率和純度，拓寬了其應用領域。

在重組膠原蛋白的制備過程中，目的基因設計、表達體系構建、發酵以及純化等環節均面臨技術挑戰。通過優化目的基因設計，科學家們成功提高了重組膠原蛋白的機械強度和穩定性，同時增強了其生物活性。在表達體系構建和發酵純化環節，技術的不斷迭代創新使得生產效率和產能得到了顯著提升，成本也有望進一步降低。這些技術突破不僅解決了當前生產中的難題，還為未來更大規模的應用提供了可能。