施亭宇 / 工研院材化所
消費者需求驅動快速消費產品(FMCG)市場，對綠色、可持續和天然成分的需求正在快速增加。使用細菌生產、酵素協助或全細胞生物來合成原料，正符合這些價值；而進一步與可再生、可回收或廢棄原料的使用相結合，更能達到在地料源、綠色潔淨製程、與本土產業共生合作等具有社會貢獻並與地方連結的永續訴求。本文首先介紹皮膚護理原料的綠色技術發展，並針對近年來生物合成技術新原料，就其主要來源、永續性訴求、功效與應用進行剖析。
【內文精選】
綠色技術開展皮膚護理原料應用
生物合成(Biosynthesis)廣義而言是指生物來源之原料，無論是天然物的萃取或是酵素、細胞輔助生產等綠色技術均屬於此一範疇。在圖一整理了以綠色和可持續方式生產皮膚照護原料的綠色技術，其中許多方法在十年前或二十年前都不可用，原因是諸如基因合成和定序等技術尚未成熟，還沒有充分發展到可行和有用的應用，成本過高難以量產。此處我們探討了指標技術對於化妝品產業風貌改變的影響。
圖一、常見綠色技術
自古以來從植物中萃取天然產物可以說是最直接、最環保的方式。然而，天然產品的提取不一定可持續，有可能反而造成環境的破壞、生態的失衡。此外，植物的種植隨著四季、環境氣候變化，會影響植物生長情形進而改變主要成分之濃度，因此造成產品品質難以掌控的問題。此時酵素所具有的三大特性：催化加速反應(Catalysis)、酵素反應有專一性並準確，以及酵素功能可被調控(Regulation)，可以協助天然萃取物更有效率地分離純化。以槲皮素(Quercetin)為例，其存在於許多蔬菜水果中，是一種黃酮醇類物質(Flavonoid)，研究發現具有促進代謝、抗氧化劑、抗炎和抗癌等作用；然而其在植物中含量只有千分之幾到萬分之幾，且分離純化成本高，因此直接從植物中提取槲皮素在工業生產的可行性不大。此時採用酵素輔助法水解植物萃取Rutin(蘆丁)，可以大量製備植物中含量較少的槲皮素單體，操作簡單安全，產量大且純度高，具經濟效益，適合工業化生產，可以滿足食品、妝品和醫藥應用需求。因此，酵素輔助轉化的綠色技術無疑是一種極具潛力的製備方法。
合成生物學在個人護理產品應用
1. Amyris成功由生質能源公司跨足皮膚護理
Amyris公司的核心技術是利用酵母菌中改良過的甲羥戊酸路徑發酵生產C5~C15不同鏈長的碳氫化合物，產品包括各種烴類化合物。Amyris在個人護理產業中的明星產品是一種叫Farnesene(法尼烯)的分子，以酵母菌株發酵取得，經過進一步的轉化，合成角鯊烯的成分，角鯊烯經由去氫處理，能得到性質更為穩定的角鯊烷(Squalene)。角鯊烷存在於皮膚的天然脂質屏障，延展性佳、肌膚能有效吸收，並提供保濕滋潤，與鯊魚來源原料表現一致，多元化的應用包括保養品、防曬、彩妝、髮品，均廣受歡迎。生物合成來源更符合了Ecocert、Halal標準。Amyris公司已經成功商品化並擴展生產線，經由發酵技術發酵來自巴西產量大且穩定的蔗糖，得到極佳品質的天然植物角鯊烷Neossance®，取代了一部分不穩定貨源和價格的鯊魚與橄欖來源之角鯊烷市場。
2. 生物合成香氛和驅蚊關鍵原料
另一家則是瑞士合成基因生物公司Evolva，其主要是利用改質酵母菌，生產應用於食品與化妝品的生質香精油，如：香草精(Vanillin)、白藜蘆醇(Resveratrol)、諾卡酮(Nootkatone)、橘子香精(Valencene)等，產品線如圖三所示。其中較成熟的生物Vanillin市場預計將達到三億美元，在2021年至2028年的預測期內將以3.40%的速度增長。
圖三、Evolva公司核心原料
諾卡酮是葡萄柚中的芳香物質，可用於各種香精與調味劑的配方當中，製造一公斤的諾卡酮大約需要400,000個葡萄柚，在食品級的原料價格每公斤高達4,000美元。化學合成的步驟繁複且產率低，此時Evolva以生物合成再經化學轉化所得的諾卡酮可大幅提高產能並降低價格，也拓展了許多不同應用。2020年美國環保署批准成為新的殺蟲劑和驅蟲劑成分，為11年來首次獲批准的新驅蚊成分，與現有的敵避(DEET)、派卡瑞丁(Picaridin)、檸檬桉油(Oil of Lemon Eucalyptus)驅蚊劑相較，諾卡酮為天然來源甚至於食品中安全可用，預計將取代其他原料的市場---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》432期，更多資料請見下方附檔。