生物技术及其制剂在化妆品中的应用

第28卷第6期DETERGENT &COSMETICS

日用化学品科学

Vol. 28No. 6June 2005

生物技术及其制剂在化妆品中的应用

吕

洛, 魏少敏

(上海家化联合股份有限公司技术中心, 上海200082)

摘要:介绍了生物技术在化妆品行业的应用情况。生物技术和生物制剂加工生产技术不断完善和成熟, 在化妆品工业中得到了广泛的应用, 不仅使化妆品品种明显增多, 还使化妆品的安全性、功效等产品的内在品质显著提高。介绍了化妆品用生物制剂的分类情况。论述了生物制剂在化妆品中的应用现状及前景。关键词:生物技术; 生物制剂; 化妆品; 应用中图分类号:TQ658

文献标识码:A

文章编号:1006-7264(2005) 06-0027-04

生物技术或称生物工程(Biotechnolo gy ) 兴起于20世纪70年代, 经过几十年的技术积累, 已逐步发展成为现代科技中的一门新兴学科。生物技术已经广泛渗透于医学、农业和环境等相关学科领域中, 并带动和促进了相关学科的发展。近年来, 在快速增长的化妆品工业领域, 随着生物技术和生物制剂加工生产技术的不断完善和成熟, 在化妆品研究开发、生产及加工多个环节中, 生物技术及其制剂以其明显的优势和强有力的生命力在化妆品工业中得到了广泛的应用, 不仅使化妆品品种明显增多, 还使化妆品的安全性、功效等产品的内在品质显著提高, 促进和推动了我国化妆品工业以前所未有的速度向前发展。

程菌, 而这些工程菌的获取则需要通过DNA 重组技术和细胞融合技术实现。由此可见, 生物制剂生产加工过程中所体现出的常常是多项生物技术的相互渗透和相互结合。

近20年来, 人们在化妆品功能需求方面发生了很大改变, 从过去的美容为主, 转向美容与护理并重, 并进一步发展到目前的科学护理为主并兼具美容的效果, 表明现实生活中的人们已经对化妆品概念及其内涵的认知发生了很大的变化。这些变化除了与人们的生活质量提高有关外, 还与生物技术的发展和对化妆品工业的促进作用密切相关。化妆品科学及其工艺涉及物理、化学、生物、生理、药理学和药剂学、皮肤病学等各个学科的知识和技术, 与美容美学、心理学和美术等相关学科领域有着广泛的关联。正如生物化学、药理学和皮肤生理学等学科的发展对化妆品中活性成分功效和安全性研究的促进作用一样, 生物技术整体上的快速发展自然地对化妆品工业生产加工产生积极的影响。在现代化妆品研发及生产过程中, 随着生物技术的发展, 科研人员能够利用先进的技术手段从各种天然原料中提取和分离出具有较高生物活性的添加剂, 并进一步开发出具有较高技术含量的功效性化妆品。同时, 应该看到和承认, 生物技术的快速发展也使得目前市售的化妆品与疗效化妆品和生物药品的界限正在逐渐被缩小。

生物技术对化妆品行业整体影响源于生物技术发展对化妆品应用研究积极推动的结果, 具体包括化妆品的基础研究和产品开发两个方面。在基础研究方面, 鉴于生物技术的逐步成熟和各种新型生物制剂不断涌现, 科研人员开始尝试利用生物模拟或者仿生的科学方法开展皮肤和头发护理、营养和延缓衰老等领域的研究。首先是在试验方法上有明显的突破, 利用

1生物技术与化妆品行业

现代生物技术作为一门学科, 或者说一门新兴的技术体系, 其发展基础主要涉及细胞生物学、生物化学和分子生物学。生物制剂或生物制品的定义大致概括为:借助或利用微生物、细胞等生物体及各种组织(动物、植物和人源) 或液体, 并结合发酵和生化等科学原理, 进行生物材料的定向设计、生产加工而制备的能够满足人们需求的新物种和新品系材料。简单地概括为:由生物技术生产所获取的产品称为生物制剂或生物制品。

生物技术或称为生物工程主要包括5个方面:基因及后基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生化工程。一般认为, 基因和后基因工程是生物技术的关键性主导技术; 细胞工程是生物技术的基础; 酶工程是生物技术的条件; 发酵工程和生化工程是生物技术获得最终产品的手段。在生物制剂的生产加工中, 单项生物技术利用的例子较为少见, 如经由微生物发酵技术加工生产的生物制剂, 其基础和必要条件是工

收稿日期:2005-04-01

作者简介:吕洛(1962-) , 男, 河南人, 博士。联系电话:021-65456400-3657。

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各种试验仪器和生物体, 科研人员已从传统的油膜和保持皮肤水分, 发展到目前的调节皮肤组织组分及其生理功能作用的模拟方法。在应用研究方面, 在现代皮肤生理学研究基础上, 通过逐步揭示皮肤光老化和皮肤损伤修复机理, 科研人员已经可以利用现代生物技术, 设计生产各种生物活性制剂, 并研制出各种对皮肤修复和延缓衰老具有确实功效的功能性化妆品, 满足了消费者对快速恢复或保持皮肤生理健康的需求。确切地说, 目前生物技术在化妆品应用方面主要体现在3个方面:首先是新的活性添加成分的筛选; 其次是利用生物技术进行活性添加剂的生产; 另外就是利用生物技术手段实现对化妆品功效评估。化妆品中生物技术的应用已经成为当今乃至今后现代化妆品学研究和发展的方向。

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括胶原蛋白和角蛋白等。植物源性蛋白多数来自豆类、麦类、玉米以及果核的水解, 具有代表性的包括大豆蛋白、麦芽蛋白和杏仁油等。功能性蛋白包括季铵盐类水解蛋白、二甲基硅氧烷蛋白共聚物等。作为皮肤和毛发的高效调理剂, 上述蛋白质对皮肤和头发的亲合性较好, 在功能上具有保湿、降低表面活性剂对皮肤的刺激、修复受损皮肤和毛发及营养等作用。

另外, 多功能多肽类主要指一些具有特定功能的生长因子。目前, 化妆品中应用较多的主要有表皮细胞生长因子(EGF) 、成纤维细胞生长因子(FGF) 。这些生长因子都有较强的促进皮肤细胞分裂、增殖和对皮肤损伤的修复作用。

(2) 氨基酸类

具有代表性的有焦谷氨酸、胱氨酸、半胱氨酸及其衍生物、酰基谷氨酸盐, 月桂酸赖氨酸酯和C -氨基丁酸等。焦谷氨酸有生发功能; 胱氨酸和半胱氨酸及其衍生物有使头发卷曲功能; 月桂酸-赖氨酸酯可用于粉类化妆品; C -氨基丁酸具有抑制酪氨酸酶的作用, 可用于美白产品中。

(3) 脂质类

代表性的主要有神经酰胺、卵磷脂、高级饱和和不饱和脂肪酸、植物油脂、大豆磷脂、磷脂质聚合物、脑磷脂、山梨醇油酸酯和胆固醇等。许多脂质类成分除了直接应用于各种化妆品中外, 也是透皮吸收载体微囊、脂质体微球等的良好膜材。膏霜类常用的有脑磷脂、不饱和脂肪酸、高级饱和脂肪酸, 这些成分具有明显的护肤作用; 而大豆磷脂、植物性油脂、高级脂肪醇常用于浴液; 神经酰胺不仅具有保湿润肤功能, 而且还具祛头屑止皮痒功能; 山梨醇油酸酯作为性能良好的生物表面活性剂, 乳化性能好, 可用于唇膏基质; 新近报道的磷脂质聚合物) ) ) Li p idure-PMB 是一种对皮肤表面同时具有屏蔽性和保湿性两种功能的新型化妆品原料, 该原料也具有提高香料的留香时间和脂溶性维生素类的溶解性的作用, 在化妆品中具有较好的应用前景。

(4) 酶类

具有代表性的有葡聚糖酶、淀粉酶、蛋白酶、过氧化氢酶、氧化还原酶、碱性磷酸酯酶、尿素酶、激肽释放酶和辅酶等。其中葡聚酶、淀粉酶、蛋白酶和过氧化氢酶有着去污的专一性和活性, 可用于口腔清洁类产品; 氧化还原酶中的超氧化物歧化酶(SOD) 通过清除氧自由基作用, 除具有抗皱、祛斑和延缓衰老等功效外, 还有抗炎、防晒和延缓衰老等作用; 尿素酶, 可促使皮肤细胞增殖, 对日晒后皮肤粗糙及皮肤

2化妆品用生物制剂的分类及其应用

我国生物技术产业虽然起步较晚, 但是进步较快。在基础设备, 尤其是在小试、中试方面与国外相比, 差距在逐步缩小。通过对生物制剂生产实施GMP 管理, 产品质量基本达到或已经达到W HO 及FDA 标准。生物制剂的研制和生产已由过去的仿制阶段到目前的创新阶段。生物制剂在医药、农业、工业和环境科学等领域中的广泛应用, 对促进我国国民经济的快速发展发挥了巨大的作用。事实表明, 我国生物技术产业已经完全打破了国外在该领域中的垄断地位, 已经步入良性循环发展的新的历史时期。化妆品用生物制剂只是生物制剂中较小的部分。近年来, 无论是概念宣称还是功能宣称, 各种生物制剂如蛋白质、氨基酸、脂类、酶和维生素等已被广泛用于普通化妆品和特殊用途化妆品中。生物制剂具有广泛的安全性、用量小、活性强、容易降解、容易添加并且适合化妆品多种配方体系等特点, 在化妆品应用中显示出了良好的发展势头。过去几年, 生物制剂化妆品原料在化妆品新启用原料中的比例呈逐年攀升的趋势。由此, 促进和缩短了化妆品更新换代周期, 提高了化妆品的内在质量, 引发了市场上各种新型生物概念和功能性化妆品的不断涌现。从长远看, 生物制剂化妆品已经成为一个必然的发展趋势。目前化妆品中启用的生物制剂原料从分子结构和功能上大致分为下述几大类。

(1) 蛋白质和多功能多肽类蛋白质类大多是通过酸或酶水解方法获取的不同分子质量的多肽片段产物。根据来源不同, 大体上包括动物源性、植物源性和功能性蛋白。动物源性蛋白主要源于猪皮、牛皮和鱼类皮肤等, 具有代表性的包#28#

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湿疹有明显疗效; 激肽释放酶有修复受伤皮肤组织、促进血液循环作用; 辅酶具有抗氧化、抗辐射和防晒等多重作用, 其中辅酶Q10已被广泛用于多个品类的化妆品中。

(5) 多糖类

具有代表性的有壳聚糖、几丁多糖、透明质酸、硫酸软骨素、葡聚糖、肝素、植物多糖和微生物多糖等。其中壳聚糖具有保湿、促进受损皮肤修复和头发调理作用; 透明质酸、肝素与硫酸软骨素为细胞间质成分, 具有保湿、促进皮肤胶原合成、抗皱和延缓衰老作用; 几丁多糖多用于浴液中, 具有护肤作用; 植物多糖、微生物多糖大多都有保湿和促进毛发生长的作用。

(6) 有机酸

有机酸主要有乳酸、柠檬酸、苹果酸、乙醇酸、酒石酸和葡萄酸等。有机酸对皮肤保护和功能改善有以下几个方面:通过吸收大气中水分、增加角质层弹性而发挥保湿作用; 通过增加胶原、黏多糖合成以及组织细胞增殖而发挥对受损皮肤的修复作用; 通过加速皮肤细胞脱落和增强局部组织新陈代谢而具有减少色斑的作用。因此, 有机酸主要用于个人清洁产品, 如洁面乳和沐浴露。

(7) 植物活性成分

天然植物种类繁多, 其成分也比较复杂, 目前所用的活性成分既有成分复杂的混合提取物, 也有一些单体成分。作为护肤营养作用的有紫草、海藻、珍珠、丹参、当归、人参和芦荟等。紫草素为天然色素用作口红; 芦荟提取物、蜂胶具有抗氧化、保湿和延缓衰老作用, 广泛被用于护发和护肤产品; 人参和海藻提取液具有保湿润肤、抗氧化和抗紫外线对皮肤的损伤作用; 积雪草提取物能促进伤口愈合和刺激胶原合成的作用; 红花油具有促进血液循环作用。

(8) 维生素类

维生素A 是维持上皮组织的正常机能的必需物质, 参与间质组织黏多糖的合成, 有预防皮肤细胞角化功能, 与维生素E 配合使用, 对预防皮肤过度角化效果更好。维生素B 2是糖类能量利用反应链的重要环节, 在多种酶系统中起重要作用, 与生命过程密切相关, 缺乏时会引起皮肤变异。维生素B 5可防头皮灰白, 缺少时表现在皮肤退化和脱落头发。维生素B 6在人体物质代谢中起重要作用, 可使色斑减退, 可与必需脂肪酸配合用于护肤品; 维生素C 的重要作用是控制细胞间胶质的形成, 有抗皮肤色素沉着、治疗面部色斑的作用; 维生素D 与花生四烯酸配用, 可促进头发生长。维生素E 是一种营养剂, 具

有抗自由基和抗脂质过氧化作用, 广泛应用于延缓衰老化妆品中; 维生素PP 是良好的保湿剂, 主要用于解决皮肤干燥、粗糙等皮肤问题, 用于护肤品及防止脱发的香波中。

3生物制剂在化妆品中的应用现状及前景

近年来, 随着人们生活水平及生活质量的不断提高, 人们对化妆品内在质量的要求及功效宣称的期望值也随之增加, 所有这些对促使化妆品朝着天然型、功能型和安全型方向发展起到了积极的推动作用, 同时也对化妆品在生产加工过程中, 对包括生物制剂在内的活性添加成分的品质及其应用提出了更高的要求和挑战。

回顾历史, 国内生物制剂在化妆品行业中的应用已有相当长的历史。然而, 很久以来, 在许多被启用的生物制剂原料中, 如发酵制剂、植物提取液等, 由于产品本身的质量问题, 加上缺乏相应的科学评价根据和内在质量的监控机制和手段, 所以引发了许多化妆品产品质量和制剂稳定性方面的问题。近年来, 随着生物制剂生产加工技术和工艺的提高, 科研人员已经能够利用现有生产工艺和方法实现批量、稳定的生物制剂产品的生产加工。在带动和促进生物制剂在化妆品行业中的应用的同时, 陆续有许多具有不同确切功效的生物制剂化妆品被研制成功上市。尽管如此, 国内化妆品企业对生物技术及生物制剂在化妆品中的应用方面仍明显滞后于药物、农业、食品和环境等学科领域, 究其原因主要有以下几点:

(1) 国内生物制剂原料生产加工滞后

我国政府一向重视发展生物技术, 从1987年开始组织实施高新技术研究发展计划, 即/8630计划以来, 我国政府已将生物技术列为信息、材料及能源等若干高新技术之首加以发展。因此, 自20世纪80年代中期开始, 我国已经开始利用生物工程生产加工部分生物制剂, 如利用真菌和哺乳动物细胞生产乙肝表面抗原、干扰素、胰岛素和生长激素等, 与化妆品行业应用相关的其他一些生物制剂如透明质酸、超氧化物歧化酶和表皮生长因子等也已经开始生产。虽然在生物制剂研究开发、生产加工以及应用方面取得了很大的突破, 但与国外相比仍然存在明显的差距, 首先表现在生产加工方面。目前正式批准生产并投入市场的生物制剂产品较少, 处于研究阶段的较多, 后加工技术落后制约了研究成果的转化, 产品品质与国外同类产品相比尚有差距。在应用方面, 鉴于国内目前生物制剂生产加工整体水平的落后, 应用研究数据积

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累较少, 大多来自国外同行的研究成果。针对化妆品而言, 目前化妆品行业所用的生物制剂原料大多来源于药品原料或其中间体, 国内尚无一家专门为化妆品用生物制剂研究开发生产的厂家, 这些都是不利于我国未来生物制剂化妆品发展的。因此, 相信未来生物制剂化妆品的发展取决于我国生物制剂生产加工和后加工技术的提高以及产业链的完善和形成。

(2) 化妆品用生物制剂应用研究滞后

目前, 国内化妆品企业除了几个大公司外, 普遍缺乏生物制剂应用研究平台、设施和专业人才, 缺乏各种生物制剂的成分分析和产品质量标准的检测手段, 缺乏对应用于生物制剂化妆品功效宣称中生物活性成分的功效评估方法。而发达国家化妆品企业或国内比较大的几家公司, 目前已经将生物制剂生产、检测手段广泛引用到化妆品生产中, 辅之以先进的功效评估手段, 使得化妆品的应用研究明显领先于国内同行。因此, 国内化妆品企业必须加大投入力度, 在建立和完善生物制剂研究平台、培养专业人才的同时, 努力提高国内化妆品研发中活性成分的检测和评估水平。如果不能从根本上解决这些问题, 就不可能真正提高产品的科技含量和企业的核心竞争力。

(3) 生物制剂应用方面法规上的滞后

显然, 我国生物制剂在化妆品中应用的相关法规与发达国家相比明显滞后, 这已严重影响到我国化妆品产业的发展。在美国或欧盟的一些国家, 含生物活性添加剂的化妆品销量很大, 说明消费者对此类产品有较大需求, 生产企业只要不使用违禁药品成分, 所用生物制剂在安全性和有效性方面达到要求, 就可以生产销售添加有生物制剂的化妆品。例如, 在美国, 鉴于微生物转化产品的生产过程更接近或等同于自然条件, 因此, FDA 已将这类产品列入天然产品。但在我国, 由于人为地将化妆品分为普通化妆品和特殊用途化妆品两类, 因此, 在生物活性添加剂应用方面, 对其功能宣称方面有诸多的限制。对于特殊用途化妆品, 所用生物制剂除了目前规定的9种特殊用途化妆品外, 其他的功能宣称都被禁止。而对普通化妆品而

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言, 法规上的限制相对较少。事实上, 目前市场上销售的化妆品中许多都添加有生物活性添加剂。国内许多化妆品企业在研究开发阶段, 常常为规避法规限制大伤脑筋, 或者对所使用的生物活性添加剂在功能宣称上含糊其词, 或者厂家的申报材料中根本见不到该生物添加剂及其功能宣称, 或者用类似功能的其他添加剂成分作为该添加剂的功能宣称。鉴于目前现状, 建议国内化妆品法规部门在加强对化妆品用生物制剂监管的同时, 有必要对现行相关法规进行修改和完善, 以利于化妆品行业的进一步发展。也只有这样, 才能保证生物活性添加剂的安全性和有效性的极大发挥, 造福于广大消费者。

(4) 缺乏生物制剂安全及功效评价相应社会服务机构

目前, 国内对生物制剂原料的安全性和功效性的评价工作主要由国家及各省市卫生监督职能部门(过渡中可能是药品食品监督部门) 负责和承担。但由于缺乏相应检测方法和手段, 以及收费过高等原因, 对生物制剂原料的安全性和有效性检测和评价工作大多依赖地方的一些高校或科研院所完成, 国内尚无专门的社会化独立机构来承担此项工作。而在发达国家, 此项工作则由专业化的独立检测机构来完成。只要这些机构具有相关部门, 如美国的FDA 及欧洲的GLP 的认证资格, 其检测报告就具有权威性。对于化妆品行业和生产企业, 希望能有这样的第三方完成对生物制剂原料或成品的检测, 除了能够降低企业的成本和工作量外, 该检测结果或报告还具有较好的公正性。总之, 随着我国经济的快速发展和消费水平的提高, 在相当长一段时间内, 我国化妆品仍将会以较快的速度增长, 具有特殊功效的化妆品的发展空间将是巨大的。因此, 面对国外同行在生物制剂化妆品方面的法规、技术、资金和生产运作经验优势, 国内化妆品行业和生产企业应在思想上高度重视, 采取积极的应对策略, 在提高化妆品用生物制剂的研究开发、生产加工能力的同时, 大力开展生物技术及其制剂在化妆品中的应用研究, 努力缩小在该领域与国外同行的差距。

A pp lication of biotechnolo gy and its bio p re p aration in cosmetic industr y

L B Luo, WEI Shao-min

(Researchand Develo p ment De p artment of Shan g hai Jahwa Co 1Ltd 1, Shan g hai 200082, China)

A bstract:The a pp lication of biotechnolo gy in cosmetics is introduced 1The varieties of the cosmetics increased g raduall y , and the efficac y of the product as well as the safety are all enhanced with the constant perfect and the maturity of the biotechnology and biopreparation in the use of cos -metics 1The classification of biopreparation used in cosm etics is also introduced 1Meanwhile, the application actuality and the foreground of the bio -preparation in the application of cosmetics are related 1

Ke y words:biotechnology; biopreparation; cosmetic; application

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