抗老活性成分技術探勘

Anti-Aging Active Ingredient:
Where Do We Stand?

工業材料雜誌
353期
2016/05

「施亭宇 、游原坤 工研院材化所(MCL/ITRI) 」

愛美是人的天性,如何保持肌膚青春亮麗、延緩老化速度是化妝保養品產業技術和產品開發不變的目標。本文針對化妝保養品產業結構出發,聚焦於上游抗老核心技術發展脈絡,包含保濕、抗氧化、抗皺、抗糖化等機制探討,並針對主要公司的市場策略及未來展望進行評析。


前 言
不分種族、年齡、乃至性別,人類對於美的追求是無止盡的。彩妝可以化腐朽為神奇;健康的飲食作息可以讓人由內而外精神煥發,神采奕奕,然而,化妝保養品中的抗老產品藉由日夜塗抹,達到皮膚健康光澤、減少紋理的方式,更能直接打動消費者的心。根據統計,從2014到2019年,全球抗老市場增加600億美元的市值,預估有將近10%的成長率,市場分布以亞洲為主,約佔六成九以上。Global Market For Cosmetic and Toiletry Ingredients市場報告(by BCC Research)更指出,在化妝與衛生用品組成分中,活性成分(Active Ingredients)市場於2013年總額將近兩百二十億美元,預期2018年將成長至兩百七十億美元,CAGR為4.3%,可謂穩定成長。台灣化妝品產業發展也不遑多讓,產值因而自2009年以來都呈穩定成長,2014年攀升至165億元,近5年之年平均成長率達7%。化妝品產業包含用於人體保養、清潔及化妝用品,屬高附加價值產業,附加價值率高達29.1%,較製造業的24.3%明顯為高(1)。

MIT化妝保養品品質深受亞洲各國信賴,然而,這些抗老關鍵活性成分的掌握卻往往來自歐美、日本甚或韓國,台灣鮮少自主開發抗老成分,擁有專利成分技術,造成產品於市面上差異性受限,難以凸顯特色;或是抗老成分必須進口,受制於人的窘境。不僅核心組成來源受人箝制,且品牌間功效主張差異不大,只能藉由廣告行銷手法建立區隔性,在短期銷售上也許各擅勝場,品牌商仍需具核心技術以長期深化經營。因此,本文乃針對化妝保養品產業結構出發,聚焦於上游抗老核心技術發展脈絡、市場策略及未來展望。美麗產業組成結構化妝品產業鏈上中下游分別為上游原料供應商、中游OEM/ODM代工廠商、以及下游品牌商所組成。大型品牌商往往自行具有GMP廠域,完善的行銷策略及通路管理,直接與原料商接洽選用材料,並在自有實驗室中測試配方安全性與功效性,再依地域自行生產或委由代工廠製造出貨。但常見中小型品牌商則是以行銷為主導,規劃出目標產品條件,倚賴代工廠商經驗進行調配生產,降低設廠成本,台灣品牌商多採此方式,委託在地代工廠,依照產品劑型或型態(水相、油相、面膜、彩妝等等)互有區分,不僅為多家品牌代工,也為國際大廠代工。

綜觀化妝品原料產業, 實為化工產業或食品產業的戰場延伸,主要可依功能性區分為兩塊,其一為基質,也就是包括油脂(蠟類、烴類、矽酮)、乳化劑、介面活性劑、纖維素衍生物、高嶺土等的基礎材料,赫赫有名的各大化工原料業者如DSM、Bayer、Dupont、Evonik、Dow,均具有Personal Care部門,針對彩妝、保養品、髮類產品,依照消費者對產品“質地"(延展性、潤滑度)、“功效”(柔軟、清潔、滋潤)的需求,做特定產品開發。由於基質是消費者在接觸產品時的第一印象,行銷端往往會先規劃最終體現的訴求質地與效果,再交由配方師選擇適當基質組成,一方面需要確認在複方系統中,互相有良好的配伍性:包括分散性、穩定性、黏度及透明度等,確保體系物理化學體系性質穩定;另一方面,在有效性部分,選用的原料應該在化妝品中發揮確實有效的作用,例如清潔、保護、滋養,同時不致會有交互牴觸的情形發生,都相當重要。

除基質成分為產品主要組成之外,另一方面則是具功效性宣稱材料。雖然化妝品不能宣稱療效,但依據衛生署定義“施於人體外部,以潤澤髮膚、刺激嗅覺、掩飾體臭,或修飾容貌物品”的功能性原料,可分成兩類。其一為屬於追求產品安定性為主,以抗菌、防腐機能性導向。抗菌劑/防腐劑於化妝品界的使用歷史悠久,歐洲核准三十餘種,雖然不時有新的國際研究發現防腐劑可能帶來的致敏性和安全性疑慮,但市面上所通用的產品種類固定,市場穩定。其二則是活性成分產業,包括皮膚基本組成的補充,如玻尿酸、胺基酸、膠原蛋白等,或是更先進的生技醫藥開發產品,以合成、萃取、改質天然材料等,訴求特定皮膚修復肌理、體內或體外試驗驗證,進入市場。活性成分用量往往相當少,一般建議添加量0.1%~5%不等,然而,由於賦予終端產品核心價值,因此,單價遠高於用量相對極大的基質,此一市場則可看到食品業與生技製藥產業的蹤跡。以玻尿酸為例,常見著名的食品大廠諸如Kewpie Corp、龜甲萬,由於具有歷史悠久且完善進步的生產流程,不僅提供食品級、化妝品級乃至醫療級的不同分子量玻尿酸,更進而開發改質玻尿酸,解決配伍性或開發新機能性,賦予材料更多不同的想像空間。此外,如胺基酸等等,食品大廠Ajinomoto也都是知名供應商。另一種則是專職於活性成分開發和販售的公司,以Lucas Meyer最具代表性。大型公司往往透過併購授權以囊括不同特性活性成分,和各式基質於一家公司中,諸如植物萃取、化學合成化合物、動物來源、包覆保護材料等,以提供OEM/ODM廠商一站到位的服務,包括BASF、DSM(子公司Lipotec)、Nikkol等,形成一種大者恆大的市場生態。


抗老活性成分技術趨勢

如何維持健康的肌膚、光彩煥發甚或抗皺,各家產品均有琳瑯滿目的配方成分和獨家機理,然而保養品有功效的抗老訴求不外乎在於下列幾種方式:保濕(Moisturizing Agents)、抗氧化(Antioxidants)、抗皺(Anti-wrinkle Agents)、抗糖化等(2),其中抗皺乃以刺激膠原蛋白增生或是保護膠原蛋白不被降解方式為主,均為市場廣泛歡迎,且需求量相當高,其訴求作用機制和常見成分詳述如下。

1. 保濕
皮膚由外而內分成表皮、真皮及皮下組織三層。而一般表皮層的部分,由上往下可分為角質層、顆粒層、棘狀層及基底層四個部份。平時所提的保濕要做的就是指角質層的保濕。一般正常的皮膚角質層含水量約在20~35%左右,角質層缺水時,角質細胞無法正常代謝,容易產生角質增厚及脫皮碎屑的現象,造成表皮粗糙度大幅增加,甚至有乾燥性細紋產生。正確的保濕概念必須同時藉由高親水性玻尿酸類材料進行肌膚的水分補充,同時也必須加強角質層油脂防護膜的重建,如神經醯胺的補充,避免水分蒸散,達到鎖水功能。保濕是抗老抗皺的基石,因此日本化妝品工業連合會,為消滅乾燥所產生的小細紋評估,頒布了效能評價試驗標準(3)。

保濕不僅提供細胞應有的水分,表面柔軟度、降低表面粗糙度,乃至於肌膚明亮度也會有所改變。然而,體內細胞的水含量比外界環境高很多,於是水分會不斷向體外散失。雖然角質層細胞為死去的細胞,然而角質細胞為了防止體內水分不斷散失,在其分化後期產生複雜的保護機制,以達到有效的保水功能,也因此角質層屏蔽功能的好壞大大影響皮膚健康。一般常見評估方法以人體試驗設計,利用水分含量值(Cornemeter),並以Tewameter測試水分透皮散失率(TEWL)來分析產品是否具備良好的保濕效果,尤以水分透皮散失,可以了解角質層的屏蔽效果是否改善、是否具備正常有效的保濕機轉。

因此, 為求角質層維持正常代謝循環,皮膚保濕方法不出下列兩種:水性保濕成分和油性保濕成分。水性保濕成分,如玻尿酸、膠原蛋白、纖維素衍生物及多醣體等,可以吸收材料本身數十倍到百倍的水分,甚至具備膠體成膜性,不僅補水也是鎖水。此外,當肌膚油脂分泌不足,鎖水系統不健全,無法將水分留在肌膚裡,也因此油性保濕成分相當重要。一般常見可以補充強化角質層油脂屏障的如神經醯胺,或是礦物油脂、荷荷芭油、乳油木果油等,既能吸取水分又能鎖水,以充分達到照顧肌膚的保濕需求。

2. 抗氧化
現今環境汙染嚴重,紫外線和空氣汙染以及飲食習慣、精神壓力等生活作息不正常是自由基形成的三大主因,自由基會破壞皮膚細胞及組織,造成細胞死亡、皮膚結構失去彈性,皺紋因此產生。人體內有數種自行製造的抗氧化分子和自由基維持一個平衡狀態,理論上可以維持這套系統的正常運作。但隨著年齡增加、生活習慣及外在環境影響,擾亂體內抗氧化能力的平衡,造成天然存在於我們角質層的抗氧化物,諸如維生素C、E、榖胱甘及尿酸急遽減少。也因此攝取抗氧化食物及外用抗氧化物保養品,包括最被一般人所熟知的抗氧化維生素A、維生素C、維生素E等,可以有效對抗及減緩自由基傷害,以內源性及外源性,雙重延緩人體衰老與美麗肌膚的功效。

3. 抗皺
皺紋生成來源, 除了因乾燥生成小細紋外,主要成因在於真皮層的膠原蛋白萎縮,受到基質金屬蛋白(MMP)分解破壞及流失,自體新生之膠原蛋白來不及補充,造成真皮組織塌陷。人的體內有二十餘種基質金屬蛋白,其中以太陽照射,紫外線所誘發MMP1、3濃度最高,最為常見,也是最具傷害性,造成皺紋的主因(4)。也因此抗皺成分大多著眼於如何補充及再生真皮層三要素:膠原蛋白、玻尿酸、彈力蛋白。然而,直接補充往往只是空談,因上述三者均無法通過角質層屏蔽,其中僅小分子和中分子玻尿酸有機會直接穿透或經由訊號傳遞到真皮層,達到降低發炎反應、提升纖維母細胞活力、再生膠原蛋白的效果。目前活性成分多以胜肽或生長因子等方式增加細胞再生能力,刺激纖維母細胞分泌膠原蛋白,或是以抑制特定基質金屬蛋白的方式,保護膠原蛋白,進而達到抗皺的功效。

工研院材化所著眼於此,開發改質小分子玻尿酸材料,已驗證高效保濕效果,避免因乾燥產生細紋及表皮受損,有效抑制MMPs活性,進而保護新生膠原蛋白等細胞間質不被分解,啟動自然修復,達到皮膚新生與分解新平衡。

4. 抗糖化
糖化現象指的是我們體內多餘的糖分增加,體內蛋白質與飲食中所攝取的糖分結合,生成促進皮膚老化的物質:糖化終產物(Advanced Glycosylation End Products; AGEs),此一機制初期是在糖尿病患者身上所發現,主要是還原糖與蛋白質之胺基會進行非酵素性糖化反應,使蛋白質產生褐色、螢光和交聯。非酵素性糖化反應,也稱為梅納反應,在人及動物體內的糖尿病併發症和一些老化疾病,均與梅納反應有關。然而不是只有糖尿病患者的皮膚中有AGEs,而是每個人都有,表現在皮膚老化上。當皮膚中的膠原蛋白和彈力蛋白交鏈質地變硬,會讓皮膚看起來失去活力,導致鬆垮與皺紋。此類型概念較為新穎,也越來越多原料開發宣稱具備此一功效。

綜觀上述各項活性成分效用琳瑯滿目,追蹤其來源,可分為植物萃取、蛋白質類原料及合成材料。植物萃取原料近年來大受歡迎,主要在於消費者注重自然健康概念,植物成分訴求正是天然,但其缺憾在於雖有效能,但其往往為混合物且機轉不明,功效單一需與眾多其他原料搭配。蛋白質類原料,如宣稱具有高度刺激增生的生長因子或胜類產品,其作用療效雖然十分明顯,然具有專一性,無法作全面性訴求,分子不穩定,長期的使用安全性尚待評估,且生物性產品,運送及儲存上均須冷藏,以目前銷售管道及消費者使用方式,蛋白質變性乃至活性消失,均有可能會造成效能大幅下降。合成原料相對穩定許多,在反應機理可經由材料設計達到功效目的,儲存方式和安定性也較佳,其在活性成分的使用上相對其他原料有更好的發揮潛力。

領導公司布局方式
根據觀察,活性成分開發領導品牌往往擁有數種核心產品及其衍生數十甚至上百種配方產品線。以Lucas Meyer為例,是一個總部在魁北克的跨國公司,其研發核心實驗室及生產在法國為主(2011年前原公司研發本部),部分則在澳洲。主要研發銷售項目為專利活性成分、傳導系統活性成分、植物萃取及機能性成分。該公司於今年五月被美國著名的IFF(國際香精香料公司、全球最大的供應商)以3.2億美元收購,作為IFF在化妝品界的布局,並帶進4千萬歐元的獲利。該公司六十餘種的活性成分中,功能以抗老抗皺、瘦身Anti-cellulite、黑眼圈眼袋浮腫、保濕及加強皮膚防禦功能、抗氧化、美白等幾個方向為主。但值得注意的是,六十餘種的成分以數種核心原料為主軸,進行特殊比例調整配方和合適劑型差異,經由生化機制探討驗證和最佳化,針對不同訴求做產品切割與販售,此種營運方法值得有意投入此產業廠商參考。

結 論
化妝品既是日常生活必需品,保養品類更屬奢侈品及時尚產品。回溯到上游的原料設計和配方也因此必須配合,不斷地推陳出新。原料的選擇也要有當代潮流的特徵和高科技的含量,目前在原料的趨勢訴求以強調永續性(Sustainable)的生質類產品,符合現代消費者對環保、自然、安全的追求,因此相當多廠商投入於此。除此之外,隨著網路資訊的發達,消費者也越來越聰明,主動了解活性成分的作用機制和各項試驗資訊,因此具有紮實科技設計和驗證的活性成分也將是未來新寵。台灣在生技醫藥產業上能量充沛,工研院材化所著眼於此,利用核心專利技術成分掌握,佐以客製化配方靈活變化,期望協助產業再升級,進軍國際原料市場,將本土發展之化妝保養品材料行銷至全世界。

參考文獻
1. 行政院主計處,2011年工商及服務業普查
2. Textbook of Aging Skin, edited by Miranda A. Farage, Kenneth W. Miller, Howard I. Maibach
3. 日本化妝品工業連合會,http://www.jcia.org/n/
4. Bradley, E. J., Griffiths, C. E., Sherratt, M. J., Bell, M., & Watson, R. E. (2015). Over-the-counter antiageing topical agents and their ability to protect and repair photoaged skin. Maturitas, 80(3), 265-272.
5. Rijken, F., & Bruijnzeel, P. L. (2009, August). The pathogenesis of photoaging: the role of neutrophils and neutrophil-derived enzymes. Journal of Investigative Dermatology Symposium Proceedings (Vol. 14, No. 1, pp. 67-72).