| 发酵法制备天然神经酰胺替代品 |
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| 先进工业生物科技专辑 2006-12-20 |
日本先进工业科技研究院（AIST）的生物材料研究组的主任Dai Kitamoto近日宣布，该小组与东洋纺公司（Toyobo Co.,Ltd）合作，成功地研发了一种功能强大的生物表面活性剂。
这种生物表面活性剂具有极好的皮肤保湿功能，可以与天然的神经酰胺相匹敌，适合用于功能化妆品和外科修复产品。这种生物表面活性剂只包含糖类和脂肪酸，对环境非常友好。由于它很容易在水性溶液中形成不同的液体结晶，还可以用于高效洗涤用品和其它纳米功能材料。同时，这种活性剂可以自然形成纳米尺寸的微囊，即所谓的脂质体，可以帮助提高化妆品功能成分的稳定性及其在皮肤中的渗透性。
天然的神经酰胺与透明质酸一样，被认为是性能优良的保湿成分，在皮肤护理用品中占有重要的地位。但是，天然神经酰胺的价格昂贵，研究者们一直致力于寻找与其功能相似但价格低廉又使用安全的替代材料。这次两家机构的共同研发就成功地以植物油为原料，利用发酵过程制备出了符合以上要求的材料。
皮肤护理产品可以分为控制水分蒸发型（如透明质酸）和补充水分型（如氨基酸和神经酰胺）。天然的神经酰胺有很好的保湿功能，但是天然原材料的精炼过程烦琐，产物难以纯化，并且费用昂贵。同时，用合成方法制备天然或人造的神经酰胺都需要高级的化学工艺，并不能降低生产的费用。目前工业上也会使用低成本的神经酰胺替代品，但其性能较差。所以，低成本、高性能的神经酰胺替代品的研发需求强烈。同时，从安全和环保的要求来看，还需选择不采用石油原料的天然产物。
本研究中的生物表面活性剂是采用酵母菌或纳豆菌等微生物形成的有多种结构和性能的天然油脂，其主要的功能是表面修护（乳化、分散、保湿等）。与其它人工合成材料相比，这种生物表面活性剂的优点是即使在极低的浓度下也能发挥有效的作用；某些情况下，它还具有一些其它合成材料没有的功能，比如形成多种液体结晶的功能、抗癌功能等。然而在目前，这种生物表面活性剂的大规模生产还比较困难，其在工业领域中的应用也有待于进一步的开发。
日本先进工业科技研究院的研究人员最初想寻找一种拥有大规模生产能力的菌种，结果发现了一种酵母菌，其生产能力与现有的生物表面活性剂相比较高；随后，该小组完成了生产条件的评估，并建立了使用橄榄油或其它植物油为原料的大规模生产技术。后来，东洋纺公司加入了这项研究，合作开发出了这种生物表面活性剂的高效生产工艺，并积极地开发了这种生物表面活性剂在功能材料领域中的新的应用。
在应用研究过程中，研究人员对这种生物表面活性剂的分子模型结构（葡萄糖、糖醇、脂肪酸共存）的分析显示，其结构与神经酰胺的分子结构很相似，后者是一种细胞间脂质。最初，由于缺乏有效的手段，难以评估这种生物表面活性剂在皮肤保湿方面的作用；但是在东洋纺公司加入合作以后，研究人员们利用了该公司人工培养的三维皮肤表面，给实验带来了突破性的进展，很快证实了这种生物表面活性剂的保湿作用，使这种材料能够最终用于化妆品和外科修复产品中。在保湿的机理研究方面，研究人员认为：首先，类似于神经酰胺的结构使这种活性剂能够轻易地渗入皮肤角质层的细胞间隙；其次，由于其易于形成液体结晶，所以可以有效地维持水分留存在皮肤细胞间隙的水平。此外，这种活性剂易于形成纳米尺寸的微囊（脂质体），所以可以很好地与其它药物成分混合，以更好地保持这些成分的稳定性（称为微囊保护作用），并提高这些成分在皮肤中的渗透性（称为微囊亲和作用）。
从生产过程的方面看，酵母菌的发酵可以生成高纯度的生物表面活性剂，其费用与从植物油中提取天然神经酰胺的方法或人工合成神经酰胺类物质的化学方法相比，降低到了后者的1/5到1/10。目前开发的生成工艺不使用石油产品，而是以生物质作为原料，用一步发酵法从植物油中获取产物；这与其它化学方法相比，可以有效地减少对资源的消耗和环境的破坏。
目前，这种生物表面活性剂的应用集中在皮肤护理产品系列，如化妆品、外科修复用品或其它外用药物产品。通过微生物工艺学方面的应用研究，日本先进工业科技研究院正致力于寻求和发展新的结构和功能的生物表面活性剂产品；东洋纺公司则以其在生物技术领域中丰富的研究经验为基础，继续研制实用性的功能生物材料。从今年秋季开始，研究人员已经为该领域的不同厂商提供了样品，并计划在两到三年内实现工业化生产。
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