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4·26特别策划 | 从专利角度浅析抗氧化之王——虾青素

2020/4/22 14:29:02



王鑫 医药生物发明审查部生物室

虾青素化学名为3,3’-二羟基-4,4’-二酮基-β,+β’-胡萝卜素,分子式为C40H52O4,不溶于水,溶于有机溶剂,结构式如图所示。

在化妆品领域,虾青素起初多被作为着色剂,后来人们发现它具有较强的猝灭单线态氧的能力,能有效保护皮肤免受紫外光线损害。除了皮肤用产品,虾青素也广泛用于发用、牙科等领域。本文将从专利角度对虾青素作为主要活性成分在化妆品中的应用进行详细分析。

一、虾青素的专利申请趋势

20世纪80年代,日本一丸自然美健有限公司首先在公开号为JPS6383017A的发明专利申请中提出将虾青素制备成防晒材料,在角质层上屏蔽紫外线。随后,20世纪90年代日本水产株式会社、太平洋工业株式会社、日本高丝等分别申请了虾青素的相关专利。这一时期的申请人均是日本企业,可见,日本作为虾青素在化妆品领域的相关专利的探索起源国,也是此领域专利申请较多的国家。

2000年至2005年,虾青素相关专利申请数量保持稳定,申请人由日本企业扩大到欧洲、韩国、美国企业,当然,日本仍然是相关专利的主要输出国。涉及的主题也由皮肤用延伸到发用、口腔领域。

2006年至2015年,该领域相关专利申请数量大幅增长,日本依然保持着较高的申请量。但是在2009年左右,该领域的主要申请人富士胶片公司受经济危机的影响,转而寻求开发新兴市场,导致虾青素相关专利的申请量有所下降,直至2010年左右,这一情况才慢慢得以改善。2012年起,中国相关专利申请逐年递增,成为日本之后申请数量第二的国家。

2016年至今,虾青素相关专利申请不再呈现增长趋势,虽然略有下降,但是仍然保持着较高的申请数量,这说明虾青素在化妆品领域仍是研究的重点。中国成为申请数量最多的国家,发明则侧重于虾青素与其他活性成分复配使用。

 

二、虾青素的改性应用

虾青素优异的生物活性和重要的生理功能使其成为化妆品中不可或缺的天然功能性成分,但是,其在水中的溶解性差,分子结构中含有很多长的共轭双键,在光、热、氧等条件下,易发生异构化或降解,不能长时间储存。加上来源有限,提取纯度不高等工艺限制,人们对于其改造性能方面的研究也逐渐增多。在改性应用方面,大致可以分为对虾青素的化学改性、物理改性、其他方式的改性。

物理改性是虾青素在化妆品中改性的主打类型,对于这类方式的改性,国内、外相关专利申请量几乎相当。

物理改性一般可对虾青素形成保护的包覆结构、形成乳化体系、或是将其分散于致密的网架结构中,降低其接触到外部环境的刺激,从而达到稳定、增溶的目的。如将虾青素包埋于环糊精中,形成相应的笼形化合物,提高虾青素的性能,同时具有缓释效果(公开号:JP2002348275A、JP2012077087A、CN104784059A)。又如采用虾青素与脂质成分如卵磷脂、吐温80等通过旋转蒸发等手段制备成悬浮液,提高虾青素稳定性(公开号:JP2009179628A、KR20090091541A、JP2010013419A、CN104997647A)。或是将虾青素作为囊心,羧甲基纤维素、壳聚糖等高分子作为囊壁(公开号:CN105250200A、CN105902401A)。

化学改性处理,多是采用分子修饰让虾青素与脂肪酸等成酯,改造其分子结构。公开号为JP2003093229A的发明专利公开了一种虾青素中链脂肪酸酯,通过脂肪酶的催化,制造出含有虾青素中链脂肪酸单酯和/或虾青素中链脂肪酸二酯的组合物,相比于长链脂肪酸酯具有更好的吸收性。

除了对虾青素进行化学和物理改性外,还存在一些其他的方式,如改进制备方法、精化提取工艺等,最终达到提高虾青素的稳定性、产量、纯度等目的。

 

三、富士胶片逆袭的重要法宝

富士胶片株式会社成立于1934年,是世界上规模最大的综合性影像、信息类产品及服务的制造、供应商之一。2000年前后,全球彩色胶卷市场急剧萎缩,胶片业务被边缘化,公司转型成为必然趋势。

生产胶卷的一项关键技术是控制材料不被氧化,而人体的衰老实质上也是抗氧化的过程。基于此,2007年,富士胶片在日本首先推出以抗衰老为主打理念的护肤品牌ASTALIFT。ASTALIFT化妆品的卖点正是虾青素。该品牌产品结合纳米靶向技术,攻克了虾青素易沉淀不易吸收的难题,能够稳定保存。此外,其还采用了纳米级的乳化分散,能够提高人体肌肤的吸收能力。

对富士胶片的相关专利进行分析发现,该公司一直致力于虾青素的抗氧化以及稳定性能保持的研究,其中乳化技术是其改性研究的重点。

公开号为JP2007269749A的发明专利提出一种含有虾青素的乳状小颗粒组合物,该发明将虾青素或其酯复配不同HLB值的乳化剂,大大降低了油水相间的界面张力,对比使用单一的乳化剂,可最终获得稳定性更高的乳液。公开号为JP5459939A发明专利在此基础上调节乳化中的参数,如搅拌剪切力、表面活性剂用量、油水相的比例,并采用高压均质机,将乳状液排列成更均匀的细颗粒液滴。公开号为JP2008074717A的发明专利则进一步通过添加脱氧水、金属螯合剂结合微乳化技术,提高虾青素的稳定性,其中的脱氧水的溶解氧浓度小于4ppm,从而抑制乳状液散发气味。公开号为JP2008237057A的发明专利在之前的乳化基础上,考虑到粉末形态相比于乳液形式在储存期间更加稳定,将加入了油性成分虾青素的组合物制备成粉末,再分散于水中,同时保证了很好的透明度。

纵观富士胶片的技术变革历史,该公司在继承其在胶片领域核心研发投入的基础上,大胆地将技术延伸应用到化妆品领域,着力于虾青素稳定性的改善,多种手段层出不穷。

除了国外申请人,国内申请人中国海洋大学也一直致力于虾青素的制备以及改性研究。在改进制备方法方面,公开号为CN105087738A的专利申请以虾青素酯为原料,通过制备含底物的有机相和含酶微乳液,在一定条件下酶解得到天然虾青素,为高效、温和制备天然虾青素提供了新思路。在改性研究方面,公开号为CN104473878A、CN10435243A的专利申请分别将虾青素制备为虾青素酯的微球或微乳液,延缓了虾青素酯的分解。除了上述的机理研究外,中国海洋大学也积极地将虾青素应用于化妆产品中,如公开号为CN103830113A的发明专利创制了一种虾青素唇膏,可有效降低唇炎的发生。笔者相信,随着国内研发实力的增强,中国在该领域必然会有更大的发展。

从以上对虾青素作为主要活性成分应用在化妆品领域的相关专利分析可见,虾青素生理功能强大,应用广泛,虽然存在稳定性不高、水溶性低等问题,但相信随着科研人员的不断探索,上述问题都会有所改善。

 

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