生物技术与化工技术及化妆品.doc

1、生物技术与化工技术及化妆品 111生物技术与化工技术及化妆品 摘要: 2 1 世纪是生物技术的世纪。 本文主要阐述了 : ( 1 )生物技术的概念及其应用前景。( 2 )生物技术与化工技术的关系， 特别介绍了生物技术与化工技术相结合而形成的生物化工技术。( 3 )生物技术与化妆品的关系以及生物技术在化妆品工业中的应用， 着重介绍了利用生物技术研究开发的化妆品原料: 生物肤原料、 基因原料、 微生物工程原料、 细胞工程原料。利用现代生物技术可以为化妆品开发提供高效、 安全和价优的原材料或添加剂， 使化妆品进人到高科技时代。生物技术、 纳米技术和现代精细化工技术的结合将给 2 1 世纪化妆品工业带

2、来新的飞跃。关健词: 生物技术; 生物化工; 化妆品; 生物技术原料近二十年来， 人们对化妆品的要求从以美容为主要目的转向美容与护理并重， 进一步发展到科学护理为主， 兼顾美容的效果， 因而 2 1 世纪的化妆品基础研究已从化妆品科学逐渐扩展到细胞生物学、分子生物学、 近代药物化学、 药理学、 毒理学、 免疫学等生命科学的领域。现代化妆品已经突破以精细化工为背景的日 化行业的概念， 生物技术以其自身的优势和强大的生命力介人到了化妆品工业的发展中， 现代化妆品离不开现代生物技术。那么什么是生物技术?生物技术与化工技术及化妆品究竟有何关系?1 生物技术生物技术( biotechnogy) ， 有时

3、也称生物工程( bioengineering) ， 是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理， 按照预先的设计改造生物体或加工生物原料， 为人类生产出所需产品或达到某种目的。因此生物技术是一门新兴的、 综合性的学科。先进的工程技术手段是指基因工程、 细胞工程、 酶工程、 发酵工程和蛋白质工程等新技术。基因工程也称 D N A 重组技术， 其主要原理是应用人工方法把生物的遗传物质， 通常是脱氧核糖核酸( D N A ) 分离出来， 在体外进行切割、 拼接和重组; 然后将重组了的 D N A 导人某种宿主细胞或个体， 从而改变它们的遗传品性; 有时还使新的遗传信

4、息在新的宿主细胞或个体中大量表达， 以获得基因产物( 多肤或蛋白质) 。蛋白质工程是在基因工程的基础上， 结合蛋白质结晶学、 计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识， 通过对基因的人工定向改造等手段， 从而达到对蛋白质进行修饰、 改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质。发酵工程有时也称微生物工程， 是利用微生物生长速快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点， 在合适件下， 通过现代化工程技术手段， 由微生物的某种特定功能生产出人类所需产品。细胞工程包括动物、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术( 也称细胞杂交技术) 、 细胞器移植技术等。酶工程是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能

5、， 或对酶进行修饰改造， 并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术， 它包括酶的固定化技术、 细胞的固定化技术、 酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。 上述五项技术并不是各自独立的， 他们之间是互相联系、 互相渗透的。以基因工程为核心。 带动了现代发醉工程、 现代酶工程、 现代细胞工程以及蛋白 质工程的发展， 形成了具有划时代意义和战略价值的现代生物技术。生物技术与其他高新技术一样具有“ 六高“ 的基本特征: 即高效益， 可带来高额利润; 高智力， 具有创造性和突破性; 高投入， 前期开发和研究需要大量的资金投人; 高生物技术与化工技术及化妆品 222竞争， 时效性的竞争非常

6、激烈 ; 高风险，由于竟争的激烈， 必须带来高风险; 高势能， 对国家的政治、 经济、 文化和社会发展有很大的影响， 具有很强的渗透性和扩散性， 有着很强的态势和潜在的能量。现代生物技术是新兴高技术领域最重要的三大技术之一， 有着非常广阔的应用前景。 它将为解决世界及人类所面临的能源、 资源、 粮食、 环境、 健康等问题开辟新的途径，促进医药、 食品、 化工、 农牧渔业等工业的发展。因而已日 益受到各国的重视。早就人预测 2 1 世纪是生物技术的世纪。2 000 年， 人类基因图谱的公布， 使人类翻开了生命天书的第一页，使人类对自身的分子水平上的研究及应用有着非常广阔的前景， 尤其是对预防疾病

7、、 抵抗衰老、 延长寿命有着极其重要的意义。科学家预言， 未来， 我们只要将一滴血放在装满基因的芯片上就可验出病症.医生们将会根据不同病人的基因报告开处方，而基因本身也会成为药品。目前全世界已有 2 0 多种基因工程药物面市， 我国已经研制出数种生物芯片， 我国首张 2 4 位点基因身份证日前也在重庆诞生。生物芯片一一 美国 Science ?杂志将其评选为 1998 年世界十大科技突破之一， 美国商业界权威刊物 Fortune 对其重大意义进行了阐述: “ 微处理器使我们的经济发生了根本改变， 给人类带来了巨大的财富。改变了我们的生活方式， 然而生物芯片给人类带来的影响可能会更大”随着基因研

8、究的深入， 人类对“ 衰老基因” 、 “ 长寿基因” 详细了解后， 就可能控制人类的衰老过程，科学家将会就哪些基因会让伤口愈合、 皮肤生皱等等， 而可能复制这些基因， 用于美容化妆业。 “ 长生不老” 、 “ 青春常住” 将成为可能， 有科学家预言， 人类有活到 1 20 0 岁的潜力。2 生物技术与化工技术近年来人们逐渐认识到现代生物技术的发展离不开化学工程， 如生物反应器以及目的产物的分离、提纯技术和设备都要靠化学工程来解决。化学工程技术作为生物技术下游过程的支撑学科， 对生物技术的发展和产业的建立有着十分重要的作用， 它是基因工程、细胞工程、 发酵工程和酶工程走向产业化的必由之路。化工领

9、域是生物技术应用的重要领域， 有如下主要特点:( 1 ) 以生物为对象， 着眼于可再生资源的利用。( 2 )使化工产品在常温常压下生产， 工艺简单，可节约能源， 减少污染。( 3) 开辟生产高纯度、 优质安全的生物制品新途径。( 4 ) 可解决常规技术和传统方法不能解决的问题。( 5 )可定向创造新物种、 新产品， 生产目前不能生产或还不为人知的性能优异的化合物。( 6 ) 投资小。生物技术与化学工程相结合而形成的生物化工技术已成为生物技术的重要组成部分。生物化工技术为生物技术提供了高效率的反应器、 新型分离介质、 工艺控制技术和后处理技术， 使生物技术的应用范围广阔， 产品的下游技术不断更新

10、， 大大提高了生物技术产品的产量和质量。随着生物技术的高度发展而诞生的生物化工技术， 已成为当今世界高技术竞争的重要焦点之一。在世界性范围内， 一个崭新的重要产业 生物化工新兴产业正在形成。国际上. 世界各国竞相开展生物化工技术的研究开发。西方各国许多较大的化工企业，如美国杜邦、 道化学、 孟山都公司、 英国 I C I、 德国拜耳、 赫斯特公司等都在投入巨资和庞大的科技力量进行生物化工技术的研究， 并已取得了 许多重大的科技成果。如微生物法生产丙烯酞胺、 脂肪酸、 聚 p 一 经基丁酸脂等产品的生产已达一定的工业规模; 纤维素发酵连续制乙醇已开发成功; 许多新型的生物农药不断间世 ; 固定化

11、酶处理氯生物技术与化工技术及化妆品 333化物已达实用化水平; 高分子高性能膜、 生物可降解塑料等技术不断成熟 ; 高纯度生物化学品制造技术不断完善等等。我国现代生物化工技术的研究开发起步较晚， 但工业化成果显著。目 前， 生物化学法生产的品种有酒精、 丙酮、 丁醇、 柠橡酸、 乳酸、 苹果酸、氨基酸、 酶制剂、 生物农药、 微生物多籍、 丙烯酸胺、 甘油、 黄原胶、 单细胞蛋白、 纤维素酶、 胡萝卜 家等。生物技术在精细化工中的应用及快速发展已成为世界化工发展的战略方向之一， 在开发新资源、 新材料与新能源方面有着广泛的前景。越来越多的大型化工公司为了提高经济效益， 增加竞争力， 纷纷向生物

12、化工产业转移。目前， 世界各国在生物技术方面投入了大量资金和人力， 其中约有 1 乃用于化学工业领域。同时全世界用于化工的生物技术约有几百种， 约占全部生物技术工业化项目 30%， 其中生物法生产的专用化学品产值， 预计年递增 9 %。3 生物技术与化妆品我国将化妆品定义为: 化妆品是指以涂抹、 喷洒或其它类似方法施于人体表面( 如表皮、 毛发、 指甲、口 唇等) ， 以达到清洁、 保养、 美化或清除不良气味作用的产品， 该产品对使用部位可以有缓和作用。随着技术进步和多学科在化妆品中的应用渗透， 化妆品被赋予许多新概念， “ 高科技生物化妆品” 成为当前化妆品发展的一大趋势， 即强调化妆品的功

13、能性、天然性和安全性， 生物技术自 然介人到了化妆品领域中， 可以说现代化妆品离不开现代生物技术。利用现代生物技术可以为化妆品开发提供高效、 安全和价优的原材料或添加剂。生物技术在化妆品领域中主要用于三方面: ( 1 )生产高科技生物化妆品原料。( 2 ) 新原料的筛选。( 3 ) 作为化妆品评估的手段。生物技术原料在化妆品中的应用，将使化妆品告别化学原料时代， 进人到高科技时代。3 . 1 利用生物技术进行化妆品原料的开发应用化妆品领域中生物技术主要用于生产高科技生物化妆品原料， 如利用基因重组技术、 蛋白质工程技术、 微生物发酵技术、 细胞培养技术、 酶工程等进行化妆品原料的研究开发及生产

14、应用。采用生物技术研究的原料称为生物技术原料， 它可以是生物原肽料、 基因原料、 微生物工程原料、 细胞工程原料等。3 .1 . 1 生物肽原料生物胜原料包括生化合成肤和重组肚。生化合成肤即应用蛋白质的酶的歧化作用等合成的肤， 重组肤是基因工程的产物。重组肤将在下面的基因原料中叙述， 这里主要介绍生化合成肤。另外还有应用组合化学的合成方法获得的肪， 因与生物技术关系不大， 故不予介绍。十年前. 在抗衰老护肤品中使用脱氧核糖核酸( D N A ) 、 核糖核酸( R N A ) 和天然蛋白质曾经颇受欢迎。后来研究表明， 这种高分子量的组分无法足量吸收到皮肤里而达到真正的效果。之后， 引人蛋白质碎

15、片， 即肽。谷光甘肽和肌肽这两种天然肽已经在防晒霜的遮光剂、 皮肤增亮和防皱产品里采用。 Argireline 是 Liptech 公司在 2000 年推出的一种生化合成肽 六肽， 它在降低笑纹和眼睛四周的皱纹深度方面很有效， 因为它能抑制儿茶酚的释放。Biopeptide 和 Matrixyl 都是生化合成肽(Sedermal 公司研制) 。Biopeptide-EL 可促进皮肤弹性蛋白合成， 特别是有助皮肤的柔软性。Matrixyl 刺激胶元蛋白的合成， 能够在皱纹护理中代替胶原蛋白注射和仪器治疗等。 Bio-BUSTYL(Sedermal 公司专利) 是把微生物工程和胧合成技术结合在一起

16、的产品， 包含刺激生长因子、 三肽、 六肽，用于化妆品可以改善妇女的胸部美。3 .1.2 基因原料基因原料是采用基因工程研究的原料， 可以是重组或肽重组蛋白质。基因原料是当前基因工程研究中最具潜力、 同时也是最成熟的应用领域。过去的十余年， 美国、 西欧、韩国等广泛研究了人体表皮生长因子( human Epidermal Growth Factor ， 简称 h E G F ) 生物技术与化工技术及化妆品 444及其在化妆品中的应用， 生产出含重组 h EG F ( 即 rhEGF ) 的美容化妆品， 掀起了一股rhEGF 生物美容的国际热潮。我国也生产出了 rhEGF 并成功应用于化妆品。

17、rhEGF 是利用基因重组技术表达在大肠杆菌上的人表皮生长因子， 由 5 3 个氨基酸构成的小分子多脸， 是一种重组肽。r h E G F 加人到化妆品中的浓度仅为 1 ppm ,却有多种功能: 使皮肤光泽、 滋润、 柔软 防皱、 祛斑、 美白等。因此美容化妆品业称它为美容因子。类似 rhEGF 这样的美容因子还有白介素( inter leaking )碱性成纤维生长因子（bFGF）等。另外还有许多基因药物有待在化妆品中应用， 例如干扰素( I N F ) 、 酸性成纤维细胞生长因子( aFG F ) 、 胰岛素生长因子( 1GF) 、 角质形成细胞生长因子( K G F) 等等。 利用基因重

18、组技术生产出类似 r h E G F 这样的基因原料，作为化妆品功能性添加剂， 势必将极大推动化妆品业向生物化、 高功能性发展。受广大消费者亲睐的邦定美肤藉、 邦定护肤霜( 北京邦定生物医学技术有限公司研制) 就采用了基因原料。3.1 . 3 微生物工程原料运用发酵工程技术研究生产的化妆品原料， 种类很多。包括有: 透明质酸( H A ) 、 曲酸、 r 一 亚麻酸、乳酸、 柠檬酸、 乙醉、 黄原胶、 氨基酸( 例如二棕搁酷轻脯氨酸， D PH P) 、 微生物多糖、 壳聚搪、 溶角蛋白酶、 碱性弹性蛋白酶等。其中微生物多糖例如?一( 1 ， 3 )一 葡聚搪， 是一种酵母菌的细胞壁中的成分，

19、这种葡聚搪不容于水， 但通过化学修饰成竣甲基?一( 1 ， 3 )一 葡聚箱. 便可溶于水了。将它应用于化妆品中， 可抗皱( 促进胶原蛋白合成) 、 抗衰老 防止自由基产生 ) 、 抗光老化( 抑制 U V诱导下皮肤细胞中角鳖始的氧化) 、 抗过敏、 保湿、 美肤等， 受到消费者的亲睐。目 前， 北京昂立达技术有限公司也已生产出这种产品， 商品名为 C M 一 Glucan。 另外，国内开发出了发酵法生产壳聚糖的新生产工艺， 特别是利用废菌丝体提取壳聚搪已达到国际领先水平， 即采用青霉素、 柠檬酸发酵的废菌丝体为原料生产壳聚糖， 大大的降低了利用甲壳素生产壳聚糖的成本。号称“ 国际生化科技活性

20、物领跑者” 的瑞士 P E N T A P H A R M 公司， 研究开发出性质独特的酵母菌， 从其发酵产物中或细胞液中提纯活性物， 生产出商品名为IMMUCELL REVIT A L IN一 B T、P R E R E G E N 的产品。其中 IMMUCELL是从面包酵母(Scocharcmyces Cerevisiae) 的细胞液中获得的糖蛋白， 具有增强皮肤免疫细胞的吞噬作用、 促进细胞繁殖再生的功能。 P R E R E G E N 含氧化还原酶， 具有抑制蛋白分解酶活性、 抽捉自由基、 抗刺徽的功能， 故又称抗污染因子。3 . 1 . 4 细胞工程原料利用植物细胞培养技术研究开发

21、的化妆品原料， 也屡见不鲜。紫草宁、 熊果普、 人参、 甘草等的体外培养都已获得成功， 并成功用作化妆品原料。 1 9 83 年日 本三井石油化学公司在采用两步法培养紫草细胞成功的基础上正式宣布紫草宁实现工业化和商业化生产。1 9 8 4 年该公司和钟纺公司利用生物工程技术生产的紫草宁色素研制出了世界第一支生物化妆品 天然紫草唇膏， 这成果具有重大的意义， 使生物化妆品在日 本及世界受到极大的重视，后来日 本将紫草宁色素应用到其它化妆品中。熊果普是酪氨酸酶抑制剂，可扼制黑素的生成。Inormata 等通过长春花(Catharanthus roe sues) 植物细胞悬培养获得熊果昔。9 0 年

22、代初， 日 本资生堂公司率先开发出添加熊果昔的美白生物化妆品， 在国际市场上引起巨大的轰动。人参提取液在化妆品中已广泛用作营养添加剂， 日本的日东电工公司自 八十年代末一直在进行人参细胞大规模商业化生产。1 99 3 年 Increate 等报道人参的毛状根培养， 其总人参皂贰的含量相当于田间栽培 5 年生人参根中的皂贰含量水平。中国药科大学也开发了人参愈伤组织培养技术并成功应用于化妆品。利用植物细胞培养技术获得的甘草提取物也已应用于化妆品中。生物技术与化工技术及化妆品 5553 . 2 利用生物技术进行化妆品新原料的筛选细胞和组织休外培养技术， 是进行功能性化妆品新原料预筛选的有效方法之一。

23、许多功能性化妆品大多采用了天然动、 植物提取物和生物技术原料，以达到美白、 抗衰老、祛斑、 抗皱等功效， 这就需要对活性原料进行预筛选。动物细胞培养技术可模拟人体内的生理环境， 为皮肤生理学、 病毒学、 免疫学等提供了技术基础， 它可以为特定目标区域提供有效指示， 如胶原蛋白的生成、 黑素的产生等。这一技术在化妆品功能性新原料的研究开发中应用较多。3 ,3 利用生物技术进行化妆品评估化妆品评估通常包括安全性评估和功效性评估， 有多种评估手段。是其中的一种。在化妆品开发的安全性评价方面， 生物技术特别是体外细胞培养技术得以广泛应用。例如利用体外人工皮肤( 拟表皮) 和三维多细胞培养成的皮肤组织进

24、行刺激性、经皮吸收、 光毒性等评价方面具有稳定、 快速和可以消除人体实验中由于个体差异所带来得不确定性等诸多优点。利用体外细胞培养技术进行化妆品安全性评估主要有两种方法: ( 1 ) 乳酸脱氢酶( L D H ) 渗出法， 当细胞被表面活性剂损伤时会有 LDH 从破坏的细胞渗出， 根据测出的 L D H 含量判断细胞受刺激破坏的程度。 ( 2 )MIT 分析法， 它可以测试线粒体的完整性和细胞活性， 其数据与由表面活性荆引起的刺激相关。利用体外细胞培养技术进行化妆品功效性评估也有应用。Andre-Frei 等评估抗衰老化妆品的活性成分时， 采用了相当真皮和皮肤的模型来考察该产品对成纤维细胞和角

25、阮细胞的激活程度。Regnier 等构建的表皮模型， 可用于研究曲酸等美白剂的美白效果等。 人体皮肤细胞培养技术在化妆品活性物传递的评估方法中也有所应用。4 生物技术、 纳米技术与化妆品2 1 世纪的三大高新技术是生物技术、 纳米技术和信息技术。纳米技术在化妆品工业中也有非常广阔的应用前景。如果将生物技术原料采用纳米技术包裹起来， 作为载体把它带进皮肤里去， 则更易为皮肤细胞所利用。纳米维生素 E 化妆品的祛斑效果较一般含氢酿类化合物的祛斑效果快， 而且安全、 无毒副作用。汽巴精化有限公司采用平均直径为2 5nm 左右的纳能托( Nanotope) 作为化妆品活性物的超微载体， 研制开发了包被

26、维他命系列的纳米级化妆品原料。北京邦定生物医学技术有限公司应用纳米技术与生物技术相结合， 研制了 Nice care ( 耐思看) 纳米保鲜护肤液系列化妆品， 开创了国内生产纳米活性化妆品的先河， 受到消费者的一致好评。可以说， 生物技术与纳米技术相结合应用到化妆品工业中， 将给 2 1 世纪的化妆品行业的发展带来革命性的变革和飞跃。综上所述， 2 1 世纪是生物技术的世纪。现代生物技术的发展离不开现代化工技术， 生物化工技术是生物技术的重要组成部分， 生物技术在精细化工中的应用及快速发展已成为世界化工发展的战略方向之一。现代化妆品必须结合现代生物技术， 利用现代生物技术可以为化妆品开发提供高

27、效、 安全和价优的原材料或添加剂。生物技术在化妆品领域中主要用于三方面: ( 1 )生产高科技生物化妆品原料。( 2 )新原料的筛选。( 3 )作为化妆品评估的手段。生物技术原料在化妆品中的应用， 将使化妆品告别化学原料时代， 进人到高科技时代。生物技术、 纳米技术和现代精细化工技术的结合将给 2 1 世纪化妆品工业带来新的飞跃。考 文 献:【 1 阎世翔。 化妆品科学 ，科学技术文献出版社，1995【 2 戒志梅， 生物化工新产品与新技术开发指 南) : 化学工业出版社现代生物技术与医药科技出版中心， 2 0 0 2 。 【 3 宋思扬， 楼士林. 生物技术概论 . 科学出版 社， 2 0

28、02 0生物技术与化工技术及化妆品 666【 4 虞瑞尧. 2 1 世纪美容化妆品新技术与新原料.2002 年中国化妆品学术研讨会论文集，中国香精化妆品工业协会。 3639【 4 陈秋冬， 徐志南， 沛霖， 方松如. 人表皮生长因子( h EG F ) 及其在化妆品中的应用. 2000 年中国化妆品学术研讨会论文集. 中国香料香精化妆品工业协会. 2 39 一 2 42 .【 6 魏少敏， 符移才， 林惠芬， 金锡鹏、二十一世纪生命科学发展与化妆品研究开发浅谈. 2 侧 刃年中国化妆品学术研讨会论文集. 中国香料香精化妆品工业协会 1 一 3 .【 7 姚慧. 细胞培养技术再化妆品工业中的应用

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30、路明霞. 基因工程与美容( 摘要) . 第三届全国美容化妆品学术大会论文集. 2 000，5 9.【 1 2 Shyam Ggpta . Whats New in Cosmetic R 51-58【 24 Fujita Y, Tabatha M , Nishi A ,Yamata Y .New medium and production of secondary compounds with the two staged culture method . In: Fujiwara A (de.) Plant Tissue Culture. 1982, 399-400【 25 Curtin ME . Harvesting profitable from plant tissue culture. Biotechnology .1983, 1, 生物技术与化工技术及化妆品 777649-657.