化妆品原料制备技术路线介绍

四大原料提取制备技术，合成生物技术有望助力国货品牌弯道超车。

1.化妆品原料制备的核心技术路线

化妆品原料的提取制备主要有四种技术路线，分别为化学合成法、天然动植物提取、微生物发酵和合成生物 技术。

化学合成法：在工艺流程方面，化学合成法是基础化工原料和精细化学品通过一系列的化学合成反应后 生成，然后经过与之特性相适应的物理或化学方法进行分离、纯化，如洗涤、脱溶、结晶、精馏、干燥 等工序，最终获得纯度较高的产品。化学合成反应包括但不限于缩合、酯化、酯交换、傅克反应、烷基 化、醚化、氢化、氧化等，具体合成工艺视不同产品、不同的工艺路线而定。著名抗衰成分玻色因就是 通过化学合成法实现规模化生产的。

天然动植物提取：从动植物中提取生物活性物质, 传统的提取方法有溶剂法、水蒸气蒸馏法、升华法、 透析法等，新兴的提取方法有超临界流体萃取、微波提取、超声波提取、酶法提取等。近年来“Clean Beauty” 护肤理念兴起，为天然动植物提取提供了新的发展机遇。薇诺娜的马齿笕、云南重楼，海蓝之谜的海藻 精华、酸橙茶精华等均来自于天然植物提取；透明质酸最初来源于鸡冠，是典型的动物提取。

微生物发酵：利用微生物在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物，发酵 生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。该种制备技术以微生物为原料，成本较低，且技 术稳定可控，正成为化妆品原料的研发重点。目前透明质酸的生产主要采用微生物发酵法，二裂酵母、 pitera 等著名成分也是通过微生物发酵法制备的。

合成生物技术：合成生物学的核心思路是借助生物技术对微生物进行有目标的设计、改造或创造赋予其 非自然功能的“人造生命”，以达到更高效、更具经济效益、更精准的制造特殊化学品和化合物，简单 来说就是通过基因编辑，让底盘细胞能够高效专一地生产各类物质。重组胶原蛋白是最具代表性的合成生物制备成分。

化妆品原料制备工艺不断演进，合成生物技术是未来发展的主要方向。化妆品的原料开发经历了几个阶段， 从最开始在动植物中进行简单提取，发展为化学合成法，再到天然菌株的发酵技术，目前主流的生产方式是 植物萃取和生物发酵，未来会朝着工程菌种的方向发展。横向对比来看，合成生物技术在原料可获得性、产 量、纯度、碳排放等方面均具有绝对优势，但由于技术难度较高，且技术研发仍处于起步阶段，目前尚未取 得大范围应用。随着合成生物技术的革新和不断成熟，未来有望成为化妆品原料的核心制备技术。

四大技术路径相辅相成互为补充。四大制备技术并非完全割裂，天然动植物提取技术能够帮助发现自然界的 优秀物质，但受制于原材料的可获得性，大规模生产的难度和成本较高，因此后续可应用化学合成法、微生 物发酵法等进行大规模量产。如欧莱雅集团旗下的明星成分玻色因，其原料来源于西欧山毛榉中的木糖，后 采用绿色化学合成工艺来实现量产。发酵也是合成生物技术中的核心环节之一，并非微生物发酵技术独有， 两者的核心区别在于微生物发酵应用的是天然菌种，而合成生物技术应用的是工程菌种。微生物发酵技术为 合成生物学提供了技术根基，而合成生物学从源头改进发酵技术，并能够通过控制发酵的各种参数来加快发 酵流程。

2.合成生物技术有望助力国货品牌弯道超车

2.1 合成生物技术的应用价值逐渐被挖掘

合成生物相关技术已拥有几十年的发展历史，成本的大幅降低为其广泛应用提供了条件。1973 年基因工程 的诞生为合成生物技术奠定了基础，2000 年合成生物学被重新定义，随后进入基础研究迅速发展阶段。2013 年 Amyris 公司用酵母菌株商业化生产青蒿素，成为合成生物技术开发和应用拓展的一大里程碑。近年来， 合成生物技术不断发展，“设计-构建-测试-学习”等理念和学科相继提出，下游应用领域也在加速拓展。合 成生物学的底层技术主要是基因测序、基因编辑、基因合成三部分，这些部分在过去 10 年间成本下降了至 少 1000 倍，使得合成生物技术的广泛应用成为可能。

合成生物学应用领域广阔，但在消费品方面的应用仍处于开发早期。CB Insights 数据显示，2019 年全球合 成生物市场规模达到 53.19 亿美元，其应用场景涵盖了医疗健康、工业化学、农业、日用消费品等多个领域， 预计到 2024 年市场规模将达到 188.85 亿美元，5 年复合增速约为 28.8%。目前合成生物技术在日常食品和 消费品中的应用仍较少，2019 年在消费品领域的应用规模仅有 2.18 亿美元，占比约 4%，但未来开发空间 巨大，预计到 2024 年应用规模有望达到 13.46 亿美元，5 年复合增速约为 43.9%，增速仅次于食品饮料和 农业。

合成生物技术的应用价值逐渐被挖掘，各国通过政策指引来支持相关技术的研发。近期，美国启动《国家生 物技术和生物制造计划》，宣布将更大力度发展合成生物学。美国白宫发布的行业分析表明，在本世纪末之 前，生物工程可能占全球制造业产出的 1/3 以上，价值接近 30 万亿美元。我国在《关于扩大战略性新兴产 业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》表示要支持建设合成生物技术创新中心，促进生物技术大力发 展，在《“十四五”生物经济发展规划》中明确表示包括合成生物在内的生物经济是未来经济转型的新活力。 与此同时，上海、深圳、天津等多省市也出台了相关政策支持合成生物技术的开发及应用。

我国的合成生物技术起步相对较晚但发展迅速，在应用层面更具优势。1990-2010 年我国合成生物学领域仍 处于跟跑阶段，此阶段的论文产出量仅占全球的约 4.26%；2011 年底国家发布《“十二五”生物技术发展规 划》将合成生物技术列为重点突破的关键核心技术之一，随后我国学术论文产量快速提高，11-19 年约占全 球总量的 13.47%，我国已经基本具备能够与实力强国抗衡的能力。从专利内容来看，我国在实用技术类和 应用类的专利数量快速增长且远高于其他技术发达国家，我国在合成生物应用层面更具优势。据弗若斯特沙 利文报告数据，2021 年中国合成生物学市场规模约为 64.16 亿美元，同比增速达 159%。

2.2 合成生物技术之于化妆品行业

合成生物技术在化妆品原料的开发和生产方面已经小有成就。合成生物技术已经被应用到了部分化妆品原料 的开发生产中，常用到的底盘细胞包括酵母菌、谷氨酸棒状杆菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和蓝细胞等，可 开发的化妆品原料包括天然产物，如虾青素、白藜芦醇、角鲨烯、重组胶原蛋白、麦角硫因、依克多因，甚 至维生素 C 等，也包括工业化学品如乙醇、丁醇、甘油和有机酸等。

角鲨烷：角鲨烷由角鲨烯氢化后获得，是少有的化学稳定性高，使用感极佳的动物油脂，对皮肤有较好 的亲和性，并能加速配方中其他活性成分向皮肤中渗透。传统的角鲨烷从深海鲨鱼的肝脏中提取，3000 只鲨鱼生物提取量仅 1 吨，不仅产量低，还具有极大的自然资源破坏性。随着合成生物技术的不断应用， 鲨鱼源角鲨烷的占比下降，合成角鲨烷的份额快速上升，2021 年已占据了约 1/3 的份额。

虾青素：虾青素是从海洋动物中发现的一种红色类胡萝卜素，其具有超强抗氧化活性，广泛应用于保健 食品、药品、化妆品等领域。传统生产虾青素的方法主要是利用水产品废弃物以及雨生红球藻等微生物。 用合成生物技术制备虾青素则是以蓝细菌为底盘细胞，通过表达相关的酶系，极大提高了虾青素生产效 率，降低了生产成本。

合成生物技术助力化妆品原料的高效可持续生产和新成分的挖掘。我们认为，合成生物技术在化妆品领域的 应用优势主要体现在以下几方面： 1）由于制备技术、原材料可获得性等因素的限制，胶原蛋白、燕窝酸、角鲨烷等化妆品原料功效性能良好， 但无法获得大规模生产，合成生物技术使得优质原料的生产和应用成为可能； 2）提高纯度同时降低价格：合成生物学相较植物萃取和生物发酵技术，具有成本低、纯度高的核心优势； 3）绿色环保可持续：以可再生资源代替不可再生的石化资源，降低 CO2 排放，同时保护天然植物； 4）实现新成分的开发：从源头改进发酵技术，能够在一定程度上提高物质生产的自主性，有助于化妆品新 原料成分的开发和挖掘。 5）加快产品开发进程：其他生物技术产品通常需要十年甚至更长的开发时间，但合成生物学可以加快创新， 助力化妆品新品上市和演变时间缩短至一年到几个季度。

国内公司在部分合成生物制备的化妆品原料中占据领先地位。我国在合成生物制备重组胶原蛋白、稀有人参 皂苷等领域处于国际领先地位。胶原蛋白是一种具有结构支撑、能够促进止血及细胞黏附、刺激细胞再生、 增殖的大分子蛋白。制备方面，胶原蛋白可分为重组胶原蛋白和动植物源性胶原蛋白，传统的胶原蛋白主要 以化学酶法通过猪皮、鱼皮、牛皮等提取动物源胶原蛋白，制备工艺简单，生产成本较低，但易产生细胞毒 性和排异反应。通过合成生物技术制备的重组胶原蛋白生物活性和生物相容性更高，免疫原性更低，无毒性 细胞，且可进一步加工优化，目前的核心技术点在于对胶原蛋白原有三螺旋结构的完整呈现。 目前，我国在重组胶原蛋白的研发、生产和应用方面均具备较强的领先优势。技术层面，国货品牌较国际品 牌开发并成功商业化可生产的更多类型的重组胶原蛋白，包括 I 型、II 型、III 型和 mini 小分子重组胶原蛋白； 生产层面，国货品牌早于国际品牌于 2009 年开始了重组胶原蛋白护肤产品的大规模生产；应用拓展层面， 与通常专注于重组胶原蛋白的医疗或生物医用材料应用的国际品牌相比，国货品牌已经成功探索更广阔的下 游应用，如功能性护肤品、医用敷料和生物医用材料等。

合成生物学或为国货化妆品原料和品牌商实现弯道超车提供良好机遇。与国际美妆产业相比，我国化妆品行 业长期处于弱势地位，品牌市场地位相对较低，且大多做跟随研究。但合成生物学新技术或为国内化妆品原 料公司和品牌商提供弯道超车的机遇：（1）国际大型原料公司和美妆品牌公司具有技术优势，但其核心技术 集中在化学合成、植物提取和生物发酵领域，合成生物技术在化妆品领域的应用和开发尚处于起步阶段，在 技术和应用层面我国与国际市场的差距均不大，甚至在部分成分领域我国具有领先优势；（2）目前合成生物 技术在化妆品原料方面的应用仍体现在原有成分的制备工艺优