胶原蛋白产业现状及其发展趋势的研究

胶原蛋白产业现状及其发展趋势的研究

张智武夏伟胡张捷胶原蛋白（collagen）是一种白色、无支链的纤维状蛋白，是细胞外间质蛋白质的主要成分，占人体总蛋白质的25%-30%。胶原蛋白由三条多肽链组成，每一条多肽链都是左手螺旋构型，三条左手螺旋链相互缠绕成右手螺旋结构。胶原蛋白的螺旋区域是由（Gly-X-Y）n重复排列的三聚体结构组成，Gly即为甘氨酸，X通常是脯氨酸较多，Y通常是羟脯氨酸较多，该结构可以确保胶原蛋白良好的稳定性。特殊的结构性质使胶原蛋白具备低免疫原性，可以促进细胞增长和组织修复，并且具有比高分子合成材料更高的生物相容性和生物可降解性，被广泛应用于食品、保健品、化妆品、医疗等行业，市场需求也不断增加。我国胶原蛋白行业起步相对较晚，但年增长率高于全球增长速度，未来10年，胶原蛋白作为一种新兴的生物材料，在政府、技术、资本与市场的共同作用下，行业必将迎来更加蓬勃的发展，预计可形成年产值超5000亿元的大产业。本文通过对国内外胶原蛋白产业市场现状和发展趋势进行分析，进一步探讨胶原蛋白行业存在的问题，以期推动胶原蛋白行业健康持续良性发展。一、全球胶原蛋白产業发展概况胶原蛋白产品的研发使用最早起源于日本，起初常被人们用作食品添加剂，随着研究的不断深入，胶原蛋白早已不再单一运用于食品行业，被广泛用于药品、化妆品和材料等各领域。近年来全球胶原蛋白行业高速发展，以美国、欧洲和日本为主的发达国家构成第一梯队，以中国、印度为代表的金砖国家构成第二梯队。据统计，2019年全球胶原蛋白市场规模达到153.56亿美元，预计到2027年将达到226.22亿美元。这种增长可以归因于不断增加的人口及其在食品、化妆品和医学等方面的需求不断增长。医疗健康是全球胶原蛋白市场最主要的应用领域，占比49.8%;其次是化妆品和食品领域，分别占比12.9%和6.5%。国际上通常将专利数量作为衡量国家或者企业创新程度的重要指标。截至目前，美国的胶原蛋白专利量独占鳌头，已公开专利量24846件，其中已授权专利量6452件，约占26%;美国WarsawOrthopedic公司共申请102件专利，排名第一。欧洲专利局数据统计显示已公开专利9317件，授权4906件。日本公开专利5046件，授权211件，申请人以胶原蛋白厂商为主。由此可见，各国在胶原蛋白领域竞争激烈，美国已形成巨大的专利优势，相关企业具备核心技术竞争力。在国外，胶原蛋白已渗入老百姓生活的各个方面。日本FANCL、DHC、UTU等公司便胶原蛋白多肽应用到美容和营养保健食品中，其中胶原蛋白果饮每年的营业额可达15亿美元。法国罗塞洛公司作为全球最大的明胶和胶原蛋白制造商，在欧洲、北美、南美及亚洲等多地开设生产和研发中心，开发了口服液、粉末冲剂、糖果、胶囊剂等一系列终端产品。二、国内胶原蛋白产业发展概况我国的胶原蛋白行业起步较晚，从2005年开始兴起，逐渐覆盖食品、化妆品、医药等领域，市场规模逐渐增大。2019年中国胶原蛋白的市场规模增长至10亿美元，约占全球市场6.40%。与全球胶原蛋白市场分布结构类似，医疗健康领域约占中国胶原蛋白市场份额的48%，随后依次为化妆品、食品以及其他领域。国内已公开胶原蛋白相关专利18195件，其中发明专利共16725件，包括发明授权专利3990件，约占23.9%，申请人以高等院校机构为主，企业申请量位居其后，排名第一的四川大学授权54件专利。对比美国申请专利数据可见，我国胶原蛋白专利数量存在明显差距，专利申请偏向大学等学术机构，企业自主研发基础较为薄弱，需要进一步促进产学研深度融合，加快知识产权成果化，形成创新合力。从胶原蛋白的来源分析，2019年中国天然胶原蛋白的产量规模已经达到2000吨。首先，哺乳动物中的牛类是胶原蛋白的主要来源，约占三分之一的市场份额，其中崇山生物就是以牛跟腱为原料来提取天然活性胶原蛋白。其次，海洋生物是目前胶原蛋白来源的研究热点，鱼胶原成本较低，且没有陆生动物致病原等，近年来的市场增长率逐渐增高。最后，利用基因工程技术生产重组胶原蛋白近年来发展迅速，国内重组胶原蛋白的需求量正稳步增长，已经成功进行商业化开发与生产，而国外对重组胶原蛋白的重视程度相对较低。相比天然提取的胶原蛋白，重组胶原蛋白避免了动物来源产品所带来的高风险和不确定性，但其产量、结构特性和纯度仍有提升空间。三、国内胶原蛋白产业发展趋势胶原蛋白含有多种氨基酸，包括特有的羟脯氨酸和羟赖氨酸，羟赖氨酸是人体关节软骨组织必需的物质基础，人体无法合成，需要从食物中补充。在欧美等国家，胶原蛋白已成为人们非常喜爱的大众化食品。在亚洲，中国和日本自古以来就有食用肉皮冻、鱼鳞膏的习惯，补充胶原蛋白历史悠久。特别是在日本，胶原蛋白作为常用的食品添加剂，已形成巨大的市场。在国内，随着“健康中国”战略的提出，居民养生保健意识进一步提高，对于含有胶原蛋白成分的保健食品的需求也不断增加。根据原国家食品药品监督管理总局数据显示，共计有191种以胶原蛋白为主的保健品，以蛋白粉、片剂、胶囊为主，蛋白饮料相对较少;通过注册备案的进口保健食品共有8种，其中胶囊5种，蛋白饮料3种。基于我国庞大的人口基数和广阔的食品市场，开发含有胶原蛋白的食品将是胶原蛋白产业的一个重要方向，含有胶原蛋白的低脂高蛋白类保健食品也会越来越受到大众的喜爱。随着国家把创新提升至国家战略，把发展“生物基新材料”作为重要的支持项目，胶原蛋白产业正吸引着越来越多的参与者，在资本、技术及市场的共同作用下，该产业正快速发展，胶原蛋白也成为继玻尿酸之后又一运用前景极好的生物活性物质。在国家层面，胶原蛋白作为一类重要的生物新材料，已被列入国家“十四五”重点计划和重点专项。在以“内循环为主体，促进国际国内双循环”的经济大背景下，民族品牌将崛起，胶原蛋白相关产品在医疗、保健、护肤等领域将迎来巨大的发展，预计未来市场规模将达到5000亿元，其中仅口服美容领域就有近百亿元的新增蓝海市场。四、胶原蛋白产业亟待解决的问题1.规范胶原蛋白的命名。胶原蛋白的原料来源有很多种，包括海洋鱼皮、陆生动物皮肤和骨骼等。市面上胶原蛋白产品的平均分子量也千差万别，从几千到几万不等。这些产品均属于胶原蛋白范畴，但其应用领域不尽相同，未能采用合适的细分标准来对产品进行界定。另外，生产工艺过程中有超过50℃的酶解工艺，产品即属于“肽类制品”范畴，但胶原蛋白这一概念已经被消费者和下游企业所接受和熟悉，不少企业仍坚持沿用胶原蛋白的名称。因此，行业内一直没能形成对胶原蛋白产品的统一定义与界定，亟需制定相关胶原蛋白产品界定标准，进一步区分“胶原”“胶原蛋白”和“胶原蛋白肽”等名称，使胶原蛋白产品符合其自身的科学定义。国家药监局近年来已经逐步开展我国胶原蛋白产业标准化工作。2019年，将重组人胶原蛋白列入医疗器械新材料监督科学课题的重点内容，积极推动相关质量安全评价、审批要求、术语命名等标准的制定。2021年3月，发布了《重组胶原蛋白生物材料命名指导原则》，对重组胶原的命名给出了规范;接着又制定了《重组胶原蛋白医疗产品分类界定原则》，根据重组胶原蛋白产品的预期用途、作用机制等进行有效界定，并鼓励胶原蛋白新型生物材料研发创新，推动相关应用领域高质量发展。2.建立中国的胶原标准。目前，胶原蛋白含量的检测方法种类较多，但并没有特异性的检测方法。现行国家标准中采用凯氏定氮法检测胶原蛋白总量，实际生产研究过程中常用分光光度法、双缩脲法等，但所测定的值仅代表样品中总蛋白的含量或者肽键的含量，不能精确表达胶原蛋白的含量。羟脯氨酸是胶原蛋白的特异性氨基酸，含量稳定，可以通过检测样品中羟脯氨酸的含量再乘以胶原蛋白换算系数，从而得到胶原蛋白的含量，这种方法更为可靠。羟脯氨酸含量一般采用比色法、高效液相色谱法和氨基酸分析法，但测定过程中的影响因素较多，需要严格控制实验条件。近年来，采用天狼星红染色法测定胶原蛋白的含量比较准确方便，但是成本较高。综上所述，整个行业对胶原蛋白含量和来源的检测比较困难，没有直接测定方法，需要开发新的检测方法以及制定完善胶原蛋白检测标准，这对于提高胶原蛋白产品质量和规范市场秩序具有重大的指导意义。胶原的结构、纯度等各项性能直接影响着其预期应用的质量和安全性。然而，目前还没有系统的胶原类产品表征和质量评价体系，相关标准、指南的制定远远滞后于产业发展的步伐。不同动物源材料、不同组织或是不同提取工艺获得的胶原最终在高级结构方面是否有区别，通过不同工艺提取的胶原纯度以及各项杂质含量等都需要开发更好的检测方法。为此，行业必须加紧形成共识，制定更高的行业标准，特别是发展较好的大企业要考虑行业发展的整体利益，做好顶层设计。作为新生行业，胶原蛋白行业的健康发展离不开政策支持和企业共同参与，只有促进行业与科技界、监管层的良性互动，才能为行业的快速、健康发展提供有力支撑。3.完善胶原蛋白产业链。虽然国内胶原蛋白产业体量庞大，发展迅速，但发展质量层次不高，市场并没有完全细分。作为一个复合型产业，胶原蛋白产业包含多个产业环节和链条，完善产业链对营造可持续发展的胶原蛋白产业至关重要。胶原蛋白产业上游由制备胶原蛋白所需的原料供应商组成，中游生产胶原蛋白原料，下游将胶原蛋白应用至各个领域。目前产业的发展主要受制于上游的高成本以及产能瓶颈，当前国内胶原蛋白原料价格高达20-40万元/千克。因此，降低胶原蛋白生产成本、扩大产能，有助于推动整个产业链更好的发展，国内已有部分企业可同时覆盖中下游，生產胶原蛋白原料并应用到终端产品中。在国内大循环为主体、国内国际双循环