從活體植物中可持續性的提取化妝品活性物

絕大部分傳統植物提取流程在植物收獲和干燥之后才可進行。生長、收獲和干燥條件中的可變因素會嚴重影響植物原料成分的再現性。即便是連續變化較少的單一因素，在共同作用的情況下也會顯著降低植物原料成分和特性的再現性。假設生長、收獲和干燥階段的再現率為80%，那么干燥植物原料的變化率約為50%（0.8×0.8=~0.5）。此外，干燥過程會產生不必要的滲壓震擾和氧化應激反應，導致植物細胞去區室化，破壞植物酶，引發水解作用、酚類聚合反應、美拉德反應、異構化反應，促使糖苷轉化為糖苷配基，造成微生物污染。傳統提取技術僅能提取分解代謝過程的“幸存者”，即干燥植物中的分解代謝物和相對穩定的化合物。這些條件會對眾多最終提取物的再現性、功效、生物利用度及安全性產生不利影響。而這些提取物的成分僅對特定的溶劑具有親和力，所以其應用受限。傳統提取技術無法提取活體植物細胞中的所有活性物質，而且會破壞不同化合物之間的自然協同作用，進而削弱或徹底喪失所需的天然化合物多功能特性。例如，傳統提取技術無法獲取活性伏牛花中黃連素和5’-甲氧基次大風子素的協萃絡合物[2]。重要的是，傳統植物提取技術通常會使用離子交換樹脂和大量有機溶劑（每提取1 千克提取物有時需要10升溶劑），這就需要消耗大量能量，而溶劑蒸發和再生會進一步增加能耗。而超臨界CO2萃取技術只不過是己烷萃取的替代技術，無法廣泛應用。為了解決這一問題，“Zeta Fraction”可持續性無溶劑提取技術（ZFT）應運而生[4-8]。

“Zeta Fraction”技術（ZFT）的原理

活體植物由于具有較高代謝活性，因此是獲取所有天然復合物及化合物的最佳來源?；钚约毎膬炔縿討B平衡可將植物原料的主要物理化學特性值維持在相對較小的浮動范圍內，優于任何干燥和儲存方法。鑒于植物活力取決于光合活性水平，ZFT 把對光合活性水平（以及許多其他參數）的驗證作為重要的質量控制因素。測定光系統Ⅱ的葉綠素熒光參數值[9] 能夠有效區分活體植物和非活體植物，而ZFT 僅選擇活體植物進行后續處理。為避免破壞天然有益復合物及化合物的完整性，理想的初始原料應選取缺少厚壁機械組織的活體植物。原生質體的大規模工業級培養目前尚不可行，而且無法復制供植物合成所有天然復合物及化合物（包括次生代謝產物）所需的代謝環境。因此，實用的做法是通過機械法實現細胞內膠態分散體和細胞壁的迅速分離。

圖1. 活性鼠尾草細胞內膠態分散體的收率曲線參數

為了獲取與原始細胞內含物完全匹配且相對穩定的細胞內膠態分散體（ICD），必須使用外源酶，因為機械力無法讓所有類型的活體植物細胞內含物（如細胞器、天然復合物及化合物）以相同的速度移動或緩慢移動。通過趨近收率曲線的穩定性（S）臨界區域（如圖1 所示），漸近近似法可在不使用外部化學物質（如酶）的情況下獲取ICD。圖1展示了活性鼠尾草的收率曲線參數。對于不同植物而言，實現原始細胞內含物和穩定性水平之間高度匹配所需的相關參數和條件不盡相同。這些實驗數據與威布爾分布模型[10]最為匹配。

ZFT 專用移動車輛可立即處理分離后獲取的相對穩定的ICD，每次可處理約10噸活體植物。遵循“技術應用于植物”（而非“植物應用于技術”）的原則，這項策略可防止出現不必要的分解代謝過程，改善對天然復合物及化合物的保護，同時提高再現水平。對部分植物（14個植物科中的代表性物種）ICD的物理化學測試表明，各個因素的變化率有高有低（如固體含量、傳導率和pH 值的變化率分別為~80%、~50% 和~40%，而同滲容摩和介電常數的變化率僅為~5%）。因此，植物的同滲容摩[11]和介電常數[12]可作為關鍵參數用于所有植物且彼此保持一致。圖2 表明介電常數（實部）的變化率顯著較低，展示了從14 個植物科中選出的部分植物的ICD均值和95%置信區間。

圖2：從14個植物科中選出的部分植物ICD的德拜方程和介電常數（實部）

從ZFT的角度而言，所獲取的細胞內物質為相對穩定的膠態分散體，且含有連續相（細胞質和液泡內含物）和分散相（懸浮細胞器及其碎片）。依據Derjaguin-Laundau-Verwey-Overbeek（DLVO）理論，分散體穩定性取決于范德瓦爾斯引力和雙電層斥力的總和[13]。斥力所導致的能障會阻止分散相顆?；ハ嘟咏?，除非它們具有足以克服能障的能量，此時它們會在引力的作用下互相接觸（不可逆的粘附過程）。DLVO理論基于分散相顆粒的參數、彼此之間的距離和連續相的特性，對分散相顆粒之間的相互作用和勢能進行了闡述。對變量值進行調整會改變斥力大小，進而影響分散體的穩定性（如圖3 所示）。

圖3以典型的葉綠體為例。圖中的細點線代表雙電層斥力（VD），細虛線代表范德瓦爾斯引力（VW），而粗實線代表前述兩者和空間位阻斥力的總和。在正常條件下（紅色），隨著分散相顆?；ハ嘟咏w粒之間的勢能會逐漸增加，進而形成勢能障礙；在沒有外部能量輸入的情況下，顆粒無法克服該能障。顆粒在能障的作用下互相分離，此時分散體保持穩定。當條件改變時（青色），雙電層斥力逐漸降低，直至勢能障礙消失，此時顆粒可不受約束地互相接近和聚集。然而，回到初始條件后穩定性并不能恢復，因為顆粒聚集是不可逆過程，通過機械法可以輕松去除聚集的顆粒。如圖2中的德拜方程[12] 所示，改變條件的方式之一是運用介電常數（ε）與電磁場頻率（ω）之間的關系。

圖3. 膠態分散體的穩定性和介電常數變動的影響

依據DLVO理論及Van’t-Hoff和Debye發現的基本科學原理，ZFT 對細胞內膠態分散體進行有針對性的去穩定化處理，然后經過分離形成不同的Zeta Fraction提取物。這一過程中的關鍵步驟包括：采集具有最高代謝活性的活體植物；分離細胞壁和相對穩定的ICD；對ICD進行處理，通過改變引力和斥力之間的平衡狀態，讓分散相和連續相中的特定組分產生特異性相互作用；以及分離ICD，形成不同的Zeta Fraction 提取物（如圖4所示）。

圖4. Zeta Fraction 提取物所對應的活體植物細胞組分

研究發現，完成有針對性的ICD去穩定化處理僅需少量能量，遠低于化學鍵能，因此可防止活體植物細胞組分的分子結構在ZFT處理過程中發生改變[8]。ZFT專用連續生產設備已完成設計和制造，目前正在探索如何提高其容量，以滿足大規模生產Zeta Fraction提取物的需求。

可持續性

依據ISO 14040和ISO 14044標準，同時使用Ecoinvent數據庫和PE International公司的GaBi生命周期評估軟件包，從環境保護和可持續性的角度對ZFT 的完整過程進行了評估，以此展示這項無溶劑技術的優勢。參考溶劑系統用于開展比較評估，系統內組分的介電常數介于2.0-80.0 F/m。圖5對比了分別使用ZFT和傳統溶劑提取技術從活體茶樹中提取1000千克添加劑所產生的環境影響。如評估中考慮到有害溶劑給工人和環境帶來的安全風險，ZFT的優越性會更加明顯。

圖5. 分別使用ZFT 和傳統溶劑提取技術從活體茶樹中提取添加劑所產生的環境影響對比

Zeta Fraction提取物的成分明顯區別于通過傳統溶劑技術獲取的同類提取物，前者含有的所需化合物占比更高，而且分布方式也完全不同。例如，ZFT可從同一種茶樹品種中同時獲取細胞漿液提取物、細胞質提取物、以及傳統泡制的綠茶和紅茶。圖6展示了與兒茶素有關的分析數據。

圖6. Zeta Fraction 茶樹提取物和傳統泡制的綠茶/ 紅茶成分對比

安全性和再現性

植物所含的多種天然復合物及化合物提供了眾多強效特性和實現功能所需的協同效應，但也催生了頗具挑戰的安全問題。實踐證明，ZFT可成功去除提取自各種植物的生物功能添加劑中特定的不必要組分和有害化學物質。部分可去除的物質包括小白菊素[6]（已知的皮膚致敏物，可引發接觸性皮炎，見圖7）、蛋白質和高分子量肽類（呼吸道致敏物）、展青霉素（具有皮膚毒性的霉菌毒素）、脫鎂葉綠甲酯酸（光敏劑）、補骨脂素（光敏劑），以及重金屬。此外，ZFT制取的所有研究用和商用添加劑的微生物成分全面優于工業標準。圖7中的示例數據表明，在連續若干年內從來自不同種植者的茶樹中提取的20批商用Zeta Fraction提取物（每批約500千克）均具有高度再現性。特別值得注意的是，這些提取物是在連續若干年內提取的，而且原料來自不同的種植者。季節更替會影響每英畝植物的Zeta Fraction提取物產量，但是絲毫不會改變由遺傳基因預先確定的提取物成分。

圖7. Zeta Fraction 小白菊提取物不含任何有害化學物質（如小白菊素）

多功能特性

對添加劑而言，多功能特性是頗具吸引力的特性之一，因為健康而富有魅力的皮膚外觀是多種復雜過程和路徑共同作用的結果。皮膚刺激、炎癥和色素沉著過度是常見的復雜皮膚問題，也是化妝品研發的重要課題。解決這些問題需要協調運用多種路徑，而僅依靠單一化合物無法保證做到這一點。通過ZFT從活體蓮中提取的特殊添加劑是最具代表性的例子之一，具有所需的多功能特性（見下表1）。

表1. Zeta Fraction 蓮提取物的體外多功能特性

此外，位于法國索菲亞科技園的亞什蘭全球皮膚研究中心對Zeta Fraction 蓮提取物做了進一步分析。研究人員發現該添加劑具有如下功效：（1）提高透明質酸、絲聚合蛋白和水通道蛋白3（AQP3）的表達量，并降低黑色素在體外人體皮膚中的表達量；（2）提高膠原蛋白1 型在成人纖維母細胞中的表達量；（3）在對體外人體皮膚進行添加劑預處理的情況下，可改善皮膚彈性纖維的組織結構；（4）減少由十二烷基磺酸鈉（SDS）引發的應激反應對3D 重建人體表皮屏障的破壞。臨床研究表明，該添加劑還能（1）改善皮膚的保濕功能，減少表皮水分流失，同時讓皮膚更加柔軟（對比安慰劑）；（2）改善皺紋外觀（數量、深度、面積）和皮膚粗糙度；（3）改善皮膚外觀，如皮膚引流和形體輪廓。

Zeta Fraction蓮提取物的安全性和毒理學特征表明，其不會對皮膚和眼睛產生任何刺激（重建人體表皮試驗、48小時人體皮膚斑貼試驗、雞胚絨毛膜尿囊膜試驗、重建人體角膜上皮試驗，濃度100%），而且不具有致敏性（人體皮膚重復刺激斑貼試驗，濃度10%，受試樣本＞ 200）、光毒性（3T3 中性紅攝取光毒性試驗）和遺傳毒性（Ames 細菌回復突變試驗）。

結論

ZFT專有技術能夠從活體植物中提取天然的多功能復合物及化合物。這項技術無需利用外部溶劑，即可完成對細胞組分的分離，最大限度地降低了能耗。ZFT 對環境的負面影響和產生的廢物也處于最低水平。ZFT實現了對供應鏈（從植物培育到提取物生產）的完整控制， 同時也為Zeta Fraction提取物的知識產權保護提供了全新的支持方式。Zeta Fraction提取物具有卓越的功效、安全性和再現性，而且單一添加劑可作用于多種路徑。ZFT能夠充分挖掘活體植物的應用潛力，并與現有的提取技術結合使用，實現有效減容。

參考文獻

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