现代生物发酵技术手段在化妆品上的研究和应用现状_化工_行业综述_资讯_发酵工业网
推广 热搜: 葡萄酒  氨基酸  维生素  柠檬酸  发酵  味精  色氨酸  微生物发酵  维生素C  头孢 

现代生物发酵技术手段在化妆品上的研究和应用现状

   日期:2021-07-14     来源:腾讯    浏览:1208    评论:0    
核心提示:本文概述了发酵技术在化妆品中应用的现状,介绍了不同微生物的发酵技术及产生的功效成分,并对生物发酵技术在富集功效物质、产生新的功效以及降低毒性等方面的独特优势进行了分析,同时也对利用现代生物发酵技术制造中国特色化妆品进行了展望。
  
 本文概述了发酵技术在化妆品中应用的现状,介绍了不同微生物的发酵技术及产生的功效成分,并对生物发酵技术在富集功效物质、产生新的功效以及降低毒性等方面的独特优势进行了分析,同时也对利用现代生物发酵技术制造中国特色化妆品进行了展望。

随着消费者对绿色、安全以及功效显著的化 妆品需求的持续增长,化妆品产业历经了无数次变革和衍生,其核心竞争力逐步凝聚在安全和功效两方面。因此,安全且功效突出的化妆品原料及产品在市场中具有良好的前景。生物发酵技术的应用已经逐步进入化妆品领域,它在保湿、美白、抗衰、舒缓等功效方面均有较好的应用。生物发酵技术是利用微生物独有的某些功能,采用现代生物工程技术手段,通过工业大规模生产出产品或直接把微生物应用于产品终端。这已经成为化妆品领域的研发热点及应用方向,越来越多生物发酵技术的应用,大大改善了化妆品的安全性和功效性 。

 

发酵技术在化妆品中的应用现状

发酵技术具有悠久的历史,在我国,传统发酵食品的历史可以追溯到约9000年前。当前,以工业发酵进行大规模的物质加工与转化的先进制造技术广泛应用于生产,包括生物基化学品、生物基材料、生物燃料等产品的生产,其涉及食品、制药、能源等许多重要工业领域。发酵技术是利用细胞的生长特性及生物催化反应体系,与有机物底物发生反应,最终得到目标产物,即生物反应合成物质或细胞。这一技术不仅改变了底物原有的性能,还能产生新的功效物质。发酵的形式一般分为两种,一种是液体发酵,另一种是固体发酵。发酵技术与化学方法相比,具有较好的可控性、较高的安全性、节能、产生的副产物少以及对环境污染少等优点,并且微生物的分解性可以使特殊结构的生物合成保持高度均一,确保产物的安全和功效。

 

早在20世纪80年代,出现了采用植物细胞规模化发酵生产次级代谢产物并应用于化妆品的报道,如用紫草细胞培养生产紫草素。随后,国内也涌现了采用植物细胞发酵技术应用于化妆品的成功案例,如丁家宜通过人参细胞培养生产人参皂苷并推出系列化妆品。近些年来,微生物发酵技术开发的化妆品新原料越来越受关注,例如最早诞生的生物发酵产品SK-II神仙水、兰蔻小黑瓶、雅诗兰黛小棕瓶以及自然发酵护肤品“酵之美”等,随后还有大批酵素护肤品陆续推放市场,如兰芝、雪花秀等相关品牌产品。微生物发酵的优势是可以生产各类不同的成分,即既能生物合成氨基酸、有机酸、黄酮、多酚等易吸收的小分子,也能制造多糖、多肽或蛋白等具有重要功效的大分子。而且,很多表面活性剂、防腐剂等成分也逐步采用发酵技术来制备。此外,在中、日、韩等具有中医药文化底蕴的国家,通过微生物发酵中药材或草本植物生产的化妆品在行业内也有较大的影响力。随着发酵护肤品在不同国家的畅销,通过生物发酵技术生产的护肤品势必进一步得到重视和发展。

不同微生物的发酵及产生的功效性成分

真菌发酵

药用真菌发酵

我国拥有丰富的药用植物和真菌资源,化妆品中已使用的真菌的种类有三十多种。目前,市面上有很多化妆品中添加的菌类原料实际上是以它的发酵产物为主。例如,灵芝,是灵芝属的真菌,因其具有广泛且重要的药用保健功能,自古以来就被人们称为“仙草”。赵小瑞研究了灵芝与当归共同发酵得到的产物灵归菌质,结果表明发酵的时间越长,灵归菌质的抑菌效果越好。松茸是一种纯天然的药用菌类,营养价值丰富,很早就被我国应用于保健和护肤品领域,古代中国后宫嫔妃曾利用它来美白滋润肌肤。松茸发酵液中蕴含了多种功效物质,例如氨基酸、多糖、生物碱和维他命等,在护肤领域中有着较为广泛的应用,尤其是美白方面的作用效果明显。郑爽等研究松茸液体发酵产物对酪氨酸酶活性的抑制作用、自由基的清除作用和小鼠B16黑色素细胞的影响,表明了松茸液体发酵产物具有美白的功效。贺黎铭等发现发酵方式制备的松茸化妆品原料对B16细胞增殖和酪氨酸酶活性的抑制作用要明显优于水提和醇提方式。此外,茯苓是多孔菌科茯苓真菌的干菌核,作为一种药用真菌具有重要的药用功效。李佳欢等探究了茯苓发酵产物提取液,发现该提取液作为一种有效的益生元促进双歧杆菌和乳杆菌的增殖生长。而益生元作为脸部肌肤微生物族群的养料,能够维持微生物群多样性、丰富度以及整体健康,促进脸部有益菌群的正常生长和繁殖,从而达到护肤的目的。

 

酵母发酵

酵母发酵物因含有丰富的活性成分(游离氨基酸、小分子肽、维生素等)被广泛应用于化妆品领域中,它们其主要功效有美白、保湿、延缓肌肤老 化、调理皮肤的酸碱度和修复受损皮肤等。蔡义文 等利用高产番茄红素的红酵母制得了富番茄红素酵母提取物,该产物兼具酵母提取物本身的抗衰老功效和番茄红素的抗衰老功效,功效得到了大大的提高,在抗衰老方面的应用前景十分突出。宋肖洁等 研究了标准酿酒酵母株通过诱变得出的一株“太空酵母”,该株“太空酵母”的β-糖甘酶活性较好,能够将人参花与人参籽的混合提取物在自然发酵的条件下转化为活性更高的发酵提取液,该研究证明了此发酵提取液的抗衰老功效明显,目前,二裂酵母发酵产物溶胞物与多元酵母复合物被广泛应用于化妆品中,功效评价测试结果显示其具备抗紫外损伤和净化修护、抗氧化、抗皱的功效,同时二裂酵母发酵产物与多元酵母发挥护肤的协同作用,实现对于皮肤多重护理功效。该发酵产物能阻止免疫抑制剂IL-10的释放,同时防止IL-12受到抑制,保持IL-10/IL-12的平衡从而对抗光老化和慢性光损伤,修复紫外线对DNA的损伤。

表1给出了近年来市面上添加了酵母发酵产物的部分化妆品,从近年来的化妆品市场数据来看,含有发酵产物的化妆品广受消费者青睐。

海洋真菌发酵

海洋中蕴藏着丰富的自然资源,随着海洋生物技术的发展,海洋生物活性物质越来越受到人们的关注。海洋微生物在特殊的环境中生存,产生的生物活性分子通常具有结构新颖、功能多样的特点。目前,最具潜力的海洋生物之一公认是海洋真菌,是当前化妆品研发的重要生物来源 。

 

海洋真菌的生活条件竞争激烈,它的次生代谢物的化学多样性极其丰富,目前发现了多种抑制酪氨酸酶活性的化合物。TSUCHIYA等发现了一种类似于 Homothallin II结构的酪氨酸酶竞争性抑制剂,该抑制剂是从绿色木霉菌株H1-7分离出来得到的,可以通过与铜离子结合来抑制酪氨酸酶活性。

细菌发酵

细菌发酵物不但可以制备出新的功效物质,还能作为天然防腐剂应用于化妆品中。自1937年ABERG等 首次发现链球菌可以制备透明质酸以后,很多人对其进行了大量的研究。于雷等的研究结果证明在一定的环境条件下某些种属的链球菌能同化吸收葡萄糖或其他碳源,以代谢物形式产生透明质酸。此外还有基于乳酸菌发酵的乳状面膜的开发,具体以乳酸乳球菌的溶胞产物为基础,达到美白、保湿、修复肌肤、舒敏等功效。有报道研究发现,乳酸菌发酵产物能显著促进组织蛋白酶抑制素和β防御素-1的生成,可以帮助表皮维持菌群平衡,保持肌肤健康。海洋细菌能够产生氨基酸、抗菌素、维生素等活性物质。KANG等发现了一种可产生二氯甲烷的海洋细菌假单胞菌,该菌通过抑制酪氨酸酶和激活小眼转录因子的表达来减少人黑素细胞、皮肤细胞和体内斑马鱼诱导的色素沉着。

 

此外,乳酸链球菌素是以蛋白质类原料,利用微生物发酵技术,经乳酸链球菌发酵后制备得到的一种纯天然、高效、安全的生物活性抗菌肽,因此乳酸链球菌素也称为乳酸链球菌肽,它通过干扰细胞膜的正常功能,可有效抑制革兰氏阳性菌(如金黄色葡萄球菌)生长和繁殖,其抑菌作用明显。吕玉涛等研究发现,乳酸链球菌素、白色链球菌发酵产生的ε-多聚赖氨酸、链霉菌发酵大豆蛋白提取物生成的纳他霉素等可作为天然防腐剂,具有低剂量、高效率、安全性良好、适用的pH范围宽以及不 会使微生物产生抗性等优点。

原生生物发酵

原生生物是指单细胞的真核生物。微藻是原生生物的一种,也是当前化妆品研发的重要生物来源。

大家所熟知的螺旋藻属于微藻一类,于金慧等利用乳酸菌对螺旋藻进行发酵处理,研究表明螺旋藻发酵上清液和固形物提取液具备良好的抗氧化活性。WU等研究了螺旋藻的发酵物C-藻蓝蛋白,实验证明C-藻蓝蛋白不仅具有良好的抗氧化性,还能通过双重机制抑制黑色素的合成。付云等以筛选后的枯草芽孢杆菌YA215为发酵剂,对螺旋藻渣进行液态发酵,表明螺旋藻渣发酵上清液有良好的抑菌性。

综上,微生物发酵产生的活性物质有其鲜明的功效特点,表2给出了一些常见的微生物发酵产物以及其产生的功效特点。

1

生物发酵技术的优势

富集功效物质

近年来植物发酵活性物质的应用和添加也是化妆品发展方向之一。植物原料中含有多糖、黄酮等多种活性成分,化妆品中加入这些原料可以使其具有良好的保湿、美白、抗炎、抗衰老等功效。但是,由于提取工艺具有一定的局限性,有时其功效尚未完全利用。通过研究发现,使用发酵工艺,可以使植物原料中的活性成分有效地保留下来,起到富集的作用,让原料功效得到更好的利用。这是因为微生物中含有某种酶类,可以将植物原料的细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解,从而使植物细胞破裂、细胞间隙增加并减小有效成分从胞内向提取介质中扩散的传质阻力,大大提高了功效成分的提取率。赵丹等在研究中发现,灵芝发酵液中的多糖、黄酮、多肽含量高于灵芝水提液;灵芝发酵液对DPPH自由基和羟自由基的清除率相较于灵芝水提液更高,清除能力更加明显;体积分数为0.05%~0.2%范围内的灵芝发酵液可有效促进成纤维细胞增殖;灵芝发酵液对酪氨酸酶活性抑制率高达73.22%,灵芝发酵液相较于水提液具有更好的抗衰和美白功效。燕麦中包含β-葡聚糖,β-葡聚糖具有较好的保湿效果,是一种常见的保湿剂。潘妍等人利用发酵法提取燕麦麸皮中的 β-葡聚糖,结果发现,发酵液中的β-葡聚糖含量与未经发酵的燕麦麸皮提取液中的β-葡聚糖含量相比,前者含量明显增加。吴迪等比较了水提法及微生物发酵法对葛根提取物体外抗氧化能力以及抗衰老功效,结果表明葛根发酵液中的黄酮含量明显高于葛根水提液中的黄酮含量,发酵液清除DPPH的作用更为显著,并且显著降低了MMP-1含量以及增加了I型胶原含量。

2

可产生新功效

生物发酵过程可以富集原材料的有效成分,产生出新的功效。相比传统的物理、化学等提取手段,生物发酵技术通过有目地选择菌种、对发酵条件进行控制、调节代谢途径并阐述发酵产物的功效机理,能够更大幅度地对有效成分进行转化和修饰,从而改进并优化原有功效成分性状;微生物转化的温和条件也可以在发酵过程中最大限度地减少对有效成分的破坏,因此对化妆品的功效性起到促进作用。研究发现,提取沉香挥发油过程中,传统方法,如水蒸气蒸馏法、微波法、超临界流体萃取法、酶提法等得油率不高,效率偏低。为了解决这个问题,弓宝等以海南本地沉香进行自然发酵,通过优化发酵条件,精油得率可提高0.1292%。胶原蛋白多肽是以胶原蛋白为原料,利用酶解法或微生物发酵法生产的多肽产品,广泛用于化妆品。王丹丹等 以鳕鱼鱼皮为原料,通过形态学观察、特殊的细胞结构、运动性等特征和生理生化特性等维度,筛选出符合条件要求的益生菌株进行混合发酵,制备出了具有较好溶解性和无鱼皮腥味的鱼皮多肽产品。蛋白水解度可达38.5%,发酵液气味香馥、柔和。发酵所得到的多肽相对分子质量集中在4000Da以下,小分子量的多肽含量较高。

降低毒性

生物发酵过程可以降低很多天然提取物的毒性,解决原料安全风险问题。很多天然植物提取物原料由于受到外来因素(如重金属和农残)的影响可能带来一些安全性风险问题,另外植物本身可能含有风险成分,由于提取技术的局限也会带来安全风险问题。随着植物化学基础研究的不断深入和药理病毒学研究的发展,生物发酵成了不可或缺的解决技术手段。银杏叶中含有丰富的黄酮和萜内酯等成分,具有多种药效作用,然而银杏叶中含有的银杏酸却有一定的毒性。为了解决银杏酸带来的安全风险问题,任金玫等利用微生物对银杏叶进行发酵,不仅能增加黄酮和内酯等活性成分的含量,还能对银杏酸进行分解与转化,达到增效减毒的目的。红参提取物在体外具有一定的致敏性和毒性,RYU等对比了皮肤致敏试验中发酵红参与未发酵红参的刺激致敏率,结果显示,发酵红参的刺激致敏率明显低于未发酵红参;同时,还发现了高剂量的未发酵的红参(10%)的毒性明显高于与同剂量的发酵红参。此外,发酵红参对酪氨酸酶活性和弹性蛋白酶活性的抑制比未发酵的红参更有效。可见,生物发酵技术可以降低植物原料的毒副作用,对解决化妆品原料开发过程中不良反应问题有重要的意义。

展望

随着国外许多优秀化妆品不断加大力度进军中国市场,中国化妆品行业的竞争日趋激烈,并聚焦于高科技含量产品的创新。其中,生物发酵技术在化妆品中的研究和应用便成为热点之一。

但是,生物发酵技术真正应用于化妆品的生产制造还需解决很多实际操作方面的难题,包括高产菌株的选育、廉价培养基的筛选及生产工艺参数优化等方面的研究。此外,提取过程中确保功效活性物质的稳定性也是一个需要重点关注的问题,这将直接影响目标产物的得率。提取过程用绿色环保试剂替代传统试剂,也将降低发酵原料的安全性风险。同时,如何降低发酵过程中产生的不悦气味,也是研发和应用过程必须考量的一个环节。

最后,我们更应该倡导自主研发,博取精湛的草本与养生文化精华,借鉴我国自古以来的炮制发酵工艺,不断深化现代生物发酵技术手段在化妆品上的研究和应用,打造中国特色的本土竞争性品牌。

 
发酵工业网微信公众号
 
更多>同类资讯
0相关评论

推荐图文
推荐资讯

网站首页  |  2021年发酵工业网第1期电子周刊  |  2019年第13期  |  设备维修  |  关于我们  |  联系方式  |  付款方式  |  广告合作  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报  |  浙ICP备12009778
Powered By DESTOON