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摘要：透明质酸是改善干燥肌肤的最为理想的产品。现在出现很多含有透明质酸的化妆品，备受爱美人士的青睐。在查阅大量文献的基础上，对化妆品中的透明质酸的结构、理化性质、制备方法、生理功能以及应用等方面进行介绍。
关键词：透明质酸；化妆品；天然保湿因子；生理功能；保湿
文章编号：1005-6629（2012）11-0072-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
20世纪80年代以来，HA就以其优异保湿、营养皮肤等特殊性能受到了国际化妆品界的广泛关注。中国在当时也开始了HA的研制及其在医学和化妆品方面的应用研究。经过几十年的研究，人们对透明质酸的结构、理化性质和生理功能已有了明确的认识。近年来，随着科技的发展，国内一些知名化妆品公司也陆续开发出以HA为特色的化妆品系列，充分显示出HA作为一种新兴功能性化妆品原料的强劲发展势头。随着透明质酸在化妆品中的广泛应用，它引起了更多的关注。
1、透明质酸的结构
透明质酸（Haluronic acid简称HA）又名玻璃酸或玻尿酸，是一种大分子氨基葡萄多糖，主要由细胞间质合成。它主要存在于人的结缔组织、皮肤、关节液、软骨及玻璃体液等处，构成该部位的组织基质，其结构可为分三级：
1.1 一级结构（长链状结构）
透明质酸是由β-D-N-乙酰氨基葡萄糖和β-D-葡萄糖醛酸为结构连成的—种链状高分子酸性粘多糖，分子式：（C14H21NO11）n，相对分子质量（Mr）为20万至720万之间.是大分子物质.结构如图1所示：
1.2 二级结构（螺旋结构）
对透明质酸稀溶液进行的光散射研究发现透明质酸分子在水溶液中呈单螺旋状态，分子内的氢键使其形成螺旋结构。对透明质酸手性光学检查和核磁共振研究结果表明，水溶液中的透明质酸分子在很大程度上以有序状态存在。在碱性条件下，分子的柔韧性增加。在酸性条件下，除分子内氢键外，还存在分子间氢键。X-衍射显示透明质酸分子呈螺旋型丝带状，每个双糖单位含有4个氢键，同螺旋轴相平行。该构型使透明质酸分子链具有刚性，使透明质酸分子在溶液中呈松展的、高溶剂化的螺旋状。
1.3 三级结构（网状结构）
依据其在旋转阴影电子显微镜下所见，采用计算机模拟等手段，提出了HA的三级结构，即当透明质酸达到—定浓度时，透明质酸分子间具有相互作用，形成双螺旋结构，浓度更高时形成网状结构。除了分子间氢键外，可能还有其他作用力存在。
1.4 三种结构的区别
不同结构的HA，其相对分子质量、作用以及分布是不同的，具体如下：
网状结构的HA又名大分子透明质酸（相对分子质量范围1800000-2200000）可在皮肤表面形成一层透气的薄膜，使皮肤光滑湿润，并可阻隔外来细菌、灰尘、紫外线的侵入，保护皮肤免受侵害；螺旋结构的HA又名中分子透明质酸（相对分子质量范围1000000-1800000）可以紧致肌肤，长久保湿；长链状结构的HA又名小分子透明质酸（相对分子质量范围400000-1000000）能渗入真皮，具有轻微扩张毛细血管，增加血液循环、改善中间代谢、促进皮肤营养吸收作用，具有较强的消皱功能，可增加皮肤弹性，延缓皮肤衰老。
由于HA的浓度和相对分子质量有很大的差异，它们分布于不同组织，如浓度和分子量较高的HA，分布于皮肤、脐带和关节滑液，而浓度和相对分子质量较低的HA分布于血浆中。
1.5 三种结构的联系
根据HA不同结构的特性，大分子保湿好，小分子吸收好，因此它们在化妆品中的应用是互补的。衡量一个好的护肤品是以含有三种不同相对分子质量的透明质酸成分为衡量标准的。只含有单一相对分子质量透明质酸成分的护肤品作用有限，而含有这三种结构的透明质酸才能发挥其最佳护肤功效。
2、透明质酸的理化性质
透明质酸是一种无定形物质，无臭无味，具有强烈的吸湿性，溶于水、不溶于有机溶剂，具有高相对分子质量和大分子体积的特性。其水溶液带负电，水溶液的比旋度为70°～80°，在氯化钠溶液中由于葡萄糖醛酸的一COOH基团解离，产生H 使得透明质酸呈现为酸性多聚阴离子状态，赋予了它酸性粘多糖的性质。
透明质酸具有亲水和憎水特性，由于分子在空间上呈刚性的螺旋柱型，使柱的内侧存在大量的羟基而产生强烈的亲水性；同时羟基的连续定向排列，又在分子链上形成高度的憎水区。其水溶液有较好的粘弹性和渗透压，即水分子在透明质酸分子网络内通过极性键和氢键与HA分子相结合，使得这些水在柱内固定不动，不易流失。HA亲和吸附的水分约为其本身重量的1000倍，这是其他粘多糖所无法比拟的。
3、透明质酸的主要生理功能
透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。尤为重要的是，透明质酸具有特殊的保水作用，2%的纯透明质酸水溶液能牢固地保持98%水分，是目前发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子（Natural moisturizing factor，NMF）。
3.1 保水功能
皮肤HA存在于细胞间的胞外基质中，是细胞间的填充物。真皮和表皮中均含有HA，真皮层较厚，细胞间的胞外空间大、基质多，含HA的量较多。但HA在细胞外基质中的相对含量或浓度并不低，约为2.5mg/mL。透明质酸在皮肤中的保水作用是其最重要的生理功能之一，其理论保水值高达500 mL，g以上，在结缔组织中的实际保水值约为80 mL/g。HA在较高浓度时，其长的分子链相互交织成网状，加之与水的氢键结合，从而起到很强的保水作用。其保水性能与其浓度和相对分子质量呈正相关，而对水的通透性则与其浓度和相对分子质量呈负相关。具体各结构成分对皮肤的作用见表1。 3.2 阴离子功能
HA分子链上每一个双糖单位带有一个负电荷，使它具有类似离子交换剂的作用，可调节细胞周围阳离子的流动和浓度，改变物质在皮肤中的扩散速率，参与水和电解质的输送。它能维护动脉壁的正常通透性，降解后能使动脉壁的通透性明显增加，提高毛细血管血液循环，使皮肤保持健康、红润，提高皮肤对外界环境变化的适应性。
3.3 消除自由基功能
HA在表皮中可清除阳光中的紫外线照射所产生的活性氧自由基，保护皮肤免受其害，被称为高效的自由基“清道夫”。氧自由基可导致脂质过氧化，破坏细胞膜，杀伤细胞，并与皮肤的色素沉着有关。HA与氧自由基发生反应，自由基被清除，HA被降解。因此HA还具有防晒作用。
4、透明质酸的几种制备方法
透明质酸生产质量决定了化妆品质量优劣，所以一定要使用生产来源质量好的产品才能有护肤功效。一般而言，目前透明质酸的制造工艺主要有以下三种：
4.1 提取分离法
提取分离法的原料来源主要是公鸡冠、人脐带、动物眼球。用丙酮或乙醇将原料脱脂、脱水，用蒸馏水浸泡、过滤，然后以氯化钠水溶液和氯仿溶液处理加入胰蛋白酶保温后得到混合液，最后用离子交换剂进行处理、纯化得到精制的透明质酸。
4.2 微生物发酵法
微生物发酵法以葡萄糖作为发酵液，在培养基中发酵48小时后，过滤除去菌丝体和杂质，然后用醇沉淀法等简单操作即得到高纯度的产物。发酵法的关键在于菌种的选择，目前多选用链球菌、乳酸球菌类等。
4.3 化学合成法
采用天然酶聚合反应，首先使用多糖类聚合物合成“透明质氧氮杂环戊烯衍生物”，然后添加水分解酶，制造出衍生物和酶的复合体，最后在90℃反应液中清除其中的酶，就合成了透明质酸。化学合成法的工艺流程如图2：
三种方法通过精制后得到HA并无太大区别，化学结构是完全一致的，无种属差异性，只是相对分子质量有差异。微生物发酵法与其他两种制取方法相比，它是HA生产的发展方向。因为发酵法生产的HA，产量不受动物原料的限制，成本较低，易于大规模工业化生产，产品纯度高，可形成规模化工业生产，无动物来源的致病病毒污染等优点。三种制取方法对比分析如表2：
5、透明质酸在化妆品领域的应用
由于HA具有良好的保湿作用，又是皮肤和其他组织中广泛存在的天然生物分子，使用含有其成分的化妆品无副作用，安全性高。因此，使用透明质酸原液或含其成分的护肤品，逐渐成为爱美人士必备的美容法宝。作为一种功能性化妆原料，最初的HA从护肤膏霜、乳液、化妆水、精华素胶囊、膜贴扩展到浴液、粉饼、口红、洗发护发剂、摩丝等化妆品中应用日趋广泛。
5.1 护肤化妆品一一保湿作用
据分析，皮肤的透明质酸从25岁以后就开始流失，30岁时只剩下幼年期65%，60岁以上只剩下25%，皮肤的水分也会跟着HA而散失，失去弹性与光泽，长久下来便出现皮肤干燥和皱纹老化的现象。保湿效果好的护肤化妆品是爱美人士用于皮肤补水的首要选择。保湿是HA在化妆品中最重要的作用，有关实验表明，与甘油、山梨醇、吡咯烷酮羧酸钠、丙二醇等保湿剂相比，HA在低相对湿度（33%）下的吸湿量最高，而在高相对湿度（75%）下的吸湿量最。其保湿性对比图，如图3所示。这种独特的性质，正适应皮肤在不同的季节、不同环境湿度下，如干燥的冬季和潮湿的夏季对化妆品保湿作用的要求。
5.2 美容化妆品——营养作用
HA属于高分子聚合物，具有很强的润滑感和成膜性，是皮肤固有的生物物质。外源性HA是对皮肤内源性HA的补充。相对分子质量较小的HA可渗入皮肤表皮层，促进皮肤营养的供给和废物的排泄，从而防止皮肤老化，起到美容和养颜的作用。因而，含HA的护肤品涂抹时润滑感明显，手感良好。涂于皮肤后，可在皮肤表面形成一层薄膜，使皮肤产生良好的光滑和湿润感，对皮肤起到保护作用。含HA的护发品，可在头发表面形成一层薄膜，起到保湿、润滑、护发、消除静电等作用，使头发易于梳理，飘逸自然。
5.3 防晒化妆品一一皮肤修复和预防作用
皮肤受到阳光暴晒所引起的光灼伤或日炙，如皮肤变红、变黑、脱皮等，主要是阳光中的紫外线的作用。HA通过促进表皮细胞的增殖和分化以及清除氧自由基的作用，可促进受伤部位皮肤的再生。其作用机制与防晒霜中常用的紫外线吸收剂不同，因而，在防晒护肤品中HA与紫外线吸收剂可以混合使用，二者可以协同作用，可同时减少紫外线对皮肤所造成的损伤并对皮肤进行修复，起到双重保护作用。当皮肤遭受轻度的烧烫伤，也可以在表面涂抹含HA的水剂化妆品以减轻疼痛，加速受伤部位皮肤的愈合。
6、展望
目前，含有HA这种成分的化妆品被公认为“仿生化妆品”，备受推崇，添加HA的化妆品已成为国际化的主流产品。随着科学技术的进步，其研究方兴未艾，新的用途不断被开发，该产品将成为未来国内外极具发展潜力的精细化学品，也必定会给人类延缓皮肤衰老带来福音。
关键词：透明质酸；化妆品；天然保湿因子；生理功能；保湿
文章编号：1005-6629（2012）11-0072-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
20世纪80年代以来，HA就以其优异保湿、营养皮肤等特殊性能受到了国际化妆品界的广泛关注。中国在当时也开始了HA的研制及其在医学和化妆品方面的应用研究。经过几十年的研究，人们对透明质酸的结构、理化性质和生理功能已有了明确的认识。近年来，随着科技的发展，国内一些知名化妆品公司也陆续开发出以HA为特色的化妆品系列，充分显示出HA作为一种新兴功能性化妆品原料的强劲发展势头。随着透明质酸在化妆品中的广泛应用，它引起了更多的关注。
1、透明质酸的结构
透明质酸（Haluronic acid简称HA）又名玻璃酸或玻尿酸，是一种大分子氨基葡萄多糖，主要由细胞间质合成。它主要存在于人的结缔组织、皮肤、关节液、软骨及玻璃体液等处，构成该部位的组织基质，其结构可为分三级：
1.1 一级结构（长链状结构）
透明质酸是由β-D-N-乙酰氨基葡萄糖和β-D-葡萄糖醛酸为结构连成的—种链状高分子酸性粘多糖，分子式：（C14H21NO11）n，相对分子质量（Mr）为20万至720万之间.是大分子物质.结构如图1所示：
1.2 二级结构（螺旋结构）
对透明质酸稀溶液进行的光散射研究发现透明质酸分子在水溶液中呈单螺旋状态，分子内的氢键使其形成螺旋结构。对透明质酸手性光学检查和核磁共振研究结果表明，水溶液中的透明质酸分子在很大程度上以有序状态存在。在碱性条件下，分子的柔韧性增加。在酸性条件下，除分子内氢键外，还存在分子间氢键。X-衍射显示透明质酸分子呈螺旋型丝带状，每个双糖单位含有4个氢键，同螺旋轴相平行。该构型使透明质酸分子链具有刚性，使透明质酸分子在溶液中呈松展的、高溶剂化的螺旋状。
1.3 三级结构（网状结构）
依据其在旋转阴影电子显微镜下所见，采用计算机模拟等手段，提出了HA的三级结构，即当透明质酸达到—定浓度时，透明质酸分子间具有相互作用，形成双螺旋结构，浓度更高时形成网状结构。除了分子间氢键外，可能还有其他作用力存在。
1.4 三种结构的区别
不同结构的HA，其相对分子质量、作用以及分布是不同的，具体如下：
网状结构的HA又名大分子透明质酸（相对分子质量范围1800000-2200000）可在皮肤表面形成一层透气的薄膜，使皮肤光滑湿润，并可阻隔外来细菌、灰尘、紫外线的侵入，保护皮肤免受侵害；螺旋结构的HA又名中分子透明质酸（相对分子质量范围1000000-1800000）可以紧致肌肤，长久保湿；长链状结构的HA又名小分子透明质酸（相对分子质量范围400000-1000000）能渗入真皮，具有轻微扩张毛细血管，增加血液循环、改善中间代谢、促进皮肤营养吸收作用，具有较强的消皱功能，可增加皮肤弹性，延缓皮肤衰老。
由于HA的浓度和相对分子质量有很大的差异，它们分布于不同组织，如浓度和分子量较高的HA，分布于皮肤、脐带和关节滑液，而浓度和相对分子质量较低的HA分布于血浆中。
1.5 三种结构的联系
根据HA不同结构的特性，大分子保湿好，小分子吸收好，因此它们在化妆品中的应用是互补的。衡量一个好的护肤品是以含有三种不同相对分子质量的透明质酸成分为衡量标准的。只含有单一相对分子质量透明质酸成分的护肤品作用有限，而含有这三种结构的透明质酸才能发挥其最佳护肤功效。
2、透明质酸的理化性质
透明质酸是一种无定形物质，无臭无味，具有强烈的吸湿性，溶于水、不溶于有机溶剂，具有高相对分子质量和大分子体积的特性。其水溶液带负电，水溶液的比旋度为70°～80°，在氯化钠溶液中由于葡萄糖醛酸的一COOH基团解离，产生H 使得透明质酸呈现为酸性多聚阴离子状态，赋予了它酸性粘多糖的性质。
透明质酸具有亲水和憎水特性，由于分子在空间上呈刚性的螺旋柱型，使柱的内侧存在大量的羟基而产生强烈的亲水性；同时羟基的连续定向排列，又在分子链上形成高度的憎水区。其水溶液有较好的粘弹性和渗透压，即水分子在透明质酸分子网络内通过极性键和氢键与HA分子相结合，使得这些水在柱内固定不动，不易流失。HA亲和吸附的水分约为其本身重量的1000倍，这是其他粘多糖所无法比拟的。
3、透明质酸的主要生理功能
透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。尤为重要的是，透明质酸具有特殊的保水作用，2%的纯透明质酸水溶液能牢固地保持98%水分，是目前发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子（Natural moisturizing factor，NMF）。
3.1 保水功能
皮肤HA存在于细胞间的胞外基质中，是细胞间的填充物。真皮和表皮中均含有HA，真皮层较厚，细胞间的胞外空间大、基质多，含HA的量较多。但HA在细胞外基质中的相对含量或浓度并不低，约为2.5mg/mL。透明质酸在皮肤中的保水作用是其最重要的生理功能之一，其理论保水值高达500 mL，g以上，在结缔组织中的实际保水值约为80 mL/g。HA在较高浓度时，其长的分子链相互交织成网状，加之与水的氢键结合，从而起到很强的保水作用。其保水性能与其浓度和相对分子质量呈正相关，而对水的通透性则与其浓度和相对分子质量呈负相关。具体各结构成分对皮肤的作用见表1。 3.2 阴离子功能
HA分子链上每一个双糖单位带有一个负电荷，使它具有类似离子交换剂的作用，可调节细胞周围阳离子的流动和浓度，改变物质在皮肤中的扩散速率，参与水和电解质的输送。它能维护动脉壁的正常通透性，降解后能使动脉壁的通透性明显增加，提高毛细血管血液循环，使皮肤保持健康、红润，提高皮肤对外界环境变化的适应性。
3.3 消除自由基功能
HA在表皮中可清除阳光中的紫外线照射所产生的活性氧自由基，保护皮肤免受其害，被称为高效的自由基“清道夫”。氧自由基可导致脂质过氧化，破坏细胞膜，杀伤细胞，并与皮肤的色素沉着有关。HA与氧自由基发生反应，自由基被清除，HA被降解。因此HA还具有防晒作用。
4、透明质酸的几种制备方法
透明质酸生产质量决定了化妆品质量优劣，所以一定要使用生产来源质量好的产品才能有护肤功效。一般而言，目前透明质酸的制造工艺主要有以下三种：
4.1 提取分离法
提取分离法的原料来源主要是公鸡冠、人脐带、动物眼球。用丙酮或乙醇将原料脱脂、脱水，用蒸馏水浸泡、过滤，然后以氯化钠水溶液和氯仿溶液处理加入胰蛋白酶保温后得到混合液，最后用离子交换剂进行处理、纯化得到精制的透明质酸。
4.2 微生物发酵法
微生物发酵法以葡萄糖作为发酵液，在培养基中发酵48小时后，过滤除去菌丝体和杂质，然后用醇沉淀法等简单操作即得到高纯度的产物。发酵法的关键在于菌种的选择，目前多选用链球菌、乳酸球菌类等。
4.3 化学合成法
采用天然酶聚合反应，首先使用多糖类聚合物合成“透明质氧氮杂环戊烯衍生物”，然后添加水分解酶，制造出衍生物和酶的复合体，最后在90℃反应液中清除其中的酶，就合成了透明质酸。化学合成法的工艺流程如图2：
三种方法通过精制后得到HA并无太大区别，化学结构是完全一致的，无种属差异性，只是相对分子质量有差异。微生物发酵法与其他两种制取方法相比，它是HA生产的发展方向。因为发酵法生产的HA，产量不受动物原料的限制，成本较低，易于大规模工业化生产，产品纯度高，可形成规模化工业生产，无动物来源的致病病毒污染等优点。三种制取方法对比分析如表2：
5、透明质酸在化妆品领域的应用
由于HA具有良好的保湿作用，又是皮肤和其他组织中广泛存在的天然生物分子，使用含有其成分的化妆品无副作用，安全性高。因此，使用透明质酸原液或含其成分的护肤品，逐渐成为爱美人士必备的美容法宝。作为一种功能性化妆原料，最初的HA从护肤膏霜、乳液、化妆水、精华素胶囊、膜贴扩展到浴液、粉饼、口红、洗发护发剂、摩丝等化妆品中应用日趋广泛。
5.1 护肤化妆品一一保湿作用
据分析，皮肤的透明质酸从25岁以后就开始流失，30岁时只剩下幼年期65%，60岁以上只剩下25%，皮肤的水分也会跟着HA而散失，失去弹性与光泽，长久下来便出现皮肤干燥和皱纹老化的现象。保湿效果好的护肤化妆品是爱美人士用于皮肤补水的首要选择。保湿是HA在化妆品中最重要的作用，有关实验表明，与甘油、山梨醇、吡咯烷酮羧酸钠、丙二醇等保湿剂相比，HA在低相对湿度（33%）下的吸湿量最高，而在高相对湿度（75%）下的吸湿量最。其保湿性对比图，如图3所示。这种独特的性质，正适应皮肤在不同的季节、不同环境湿度下，如干燥的冬季和潮湿的夏季对化妆品保湿作用的要求。
5.2 美容化妆品——营养作用
HA属于高分子聚合物，具有很强的润滑感和成膜性，是皮肤固有的生物物质。外源性HA是对皮肤内源性HA的补充。相对分子质量较小的HA可渗入皮肤表皮层，促进皮肤营养的供给和废物的排泄，从而防止皮肤老化，起到美容和养颜的作用。因而，含HA的护肤品涂抹时润滑感明显，手感良好。涂于皮肤后，可在皮肤表面形成一层薄膜，使皮肤产生良好的光滑和湿润感，对皮肤起到保护作用。含HA的护发品，可在头发表面形成一层薄膜，起到保湿、润滑、护发、消除静电等作用，使头发易于梳理，飘逸自然。
5.3 防晒化妆品一一皮肤修复和预防作用
皮肤受到阳光暴晒所引起的光灼伤或日炙，如皮肤变红、变黑、脱皮等，主要是阳光中的紫外线的作用。HA通过促进表皮细胞的增殖和分化以及清除氧自由基的作用，可促进受伤部位皮肤的再生。其作用机制与防晒霜中常用的紫外线吸收剂不同，因而，在防晒护肤品中HA与紫外线吸收剂可以混合使用，二者可以协同作用，可同时减少紫外线对皮肤所造成的损伤并对皮肤进行修复，起到双重保护作用。当皮肤遭受轻度的烧烫伤，也可以在表面涂抹含HA的水剂化妆品以减轻疼痛，加速受伤部位皮肤的愈合。
6、展望
目前，含有HA这种成分的化妆品被公认为“仿生化妆品”，备受推崇，添加HA的化妆品已成为国际化的主流产品。随着科学技术的进步，其研究方兴未艾，新的用途不断被开发，该产品将成为未来国内外极具发展潜力的精细化学品，也必定会给人类延缓皮肤衰老带来福音。