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【市场解读】氨基酸功能性食品市场如何破解(一)

 氨基酸工业稳步增长,2020年,世界氨基酸市场规模达到980万吨。2021年至2026年年均增长率预计约为5%,到2026年预计将达到1310万吨。(IMARC Services Private Limited)

我国是氨基酸的最大出口国,在我国可以生产制造的氨基酸种类较多,主要种类包含谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和谷氨酸等。在其中,谷氨酸、赖氨酸和苏氨酸生产量在我国氨基酸总产值中的占有率90%上下,谷氨酸是生产量较大的氨基酸种类。我国在一些具有类氨基酸作用的非主流氨基酸市场占有率较高,占有瓜氨酸的50%以上、牛磺酸的80%以上、肌醇的70%以上、左旋肉碱30%以上的市场份额。

氨基酸膳食补充剂和健康食品风靡欧美、日本等发达国家的市场,根据日本健康产经传媒的数据,2019年日本健康食品终端市场规模,氨基酸仅次于乳酸菌、双歧杆菌,达到2620亿日元。

 

因为我国法规的关系,多数氨基酸只能作为食品添加剂,市场和消费者对氨基酸功能性食品的认知水平还比较低,我们抛砖引玉,先做个初步的氨基酸功能性食品市场的介绍。

01

氨基酸的基础知识

氨基酸是构成一切生命的基础。科学界一致认为,地球上先生成氨基酸,然后再出现生命。

氨基酸是蛋白质的组成部分,是动物和人类营养的重要成分,20种氨基酸构成10万种以上的蛋白质,氨基酸被称作生命之源。

人体构成中,60%是水分,20%是氨基酸(蛋白质),脂肪占15%,其他物质占5%。

 

在人体中,氨基酸是神经递质和激素的合成等重要过程所必需的。

蛋白质不仅构成了身体,也主导了生命活动。形成各种激素、酶、抗体,维持﹒调节身体,也是生命活动能量的来源。

构成蛋白质的20种氨基酸,分为9种人体无法合成的必需氨基酸和11种人体可以合成的非必需氨基酸。

必需氨基酸/非必需氨基酸的种类随着生命体的年龄、身体状况有所差异,但必须氨基酸都需要从食物中摄取。

必需氨基酸(Essential amino acid)指人体(或其它脊椎动物)不能合成或合成速度远不适应机体的需要,必需由食物蛋白供给,这些氨基酸称为必需氨基酸。

必需氨基酸有9种,分别是赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、组氨酸。组氨酸是婴幼儿所必需的氨基酸。

 

02

必需氨基酸的作用

 

非必需氨基酸(Nonessential amino acid)指人(或其它脊椎动物)自己能由简单的前体合成,不需要从食物中获得的氨基酸。11种非必需氨基酸分别是:甘氨酸、丙氨酸、精氨酸、脯氨酸、酪氨酸、丝氨酸、胱氨酸﹒半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸。

 

除了上述20种氨基酸,还有蛋白质合成后被修饰的氨基酸(如羟脯氨酸)。还有原本就不构成蛋白质的氨基酸(游离氨基酸)等很多种,鸟氨酸、瓜氨酸、GABA都属于游离氨基酸。这些都属于无遗传密码子的氨基酸。

无遗传密码子氨基酸:瓜氨酸、犬尿氨酸、D-丙氨酸、羟脯氨酸、D-天冬氨酸、D-丝氨酸、苯丙氨酸、γ-氨基丁酸(GABA)、鸟氨酸。

 

氨基酸类似物:乙酰羟脯氨酸、L-丙氨酰-L-谷氨酰胺、鹅肌肽(β-丙氨酰-1-甲基L-组氨酸,Anserine)、肉碱、肌肽、肌酸、谷胱甘肽、牛磺酸。

瘦肉、鱼类、鸡蛋、乳制品、藜麦、大豆制品等富含氨基酸,一般来说,鱼类、蛋类、乳制品的氨基酸平衡度较好,氨基酸分值较高。

科普:氨基酸分值

 

03

氨基酸工业发展历史及市场规模

1827年,Auguste Arthur Plisson和Étienne Ossian Henry通过水解1806年从芦笋汁中分离出的芦笋胺(asparagine),首次发现了天冬氨酸。

氨基酸作为一种工业产品其发展历史不过短短半个多世纪。世界上最早从事氨基酸工业化生产的是日本味之素公司的创始人菊地重雄。菊地是一位化学专家。20世纪40年代初他在实验室中偶然发现:在海带浸泡液中可提取出一种白色针状结晶物。用舌头尝尝该物质具有强烈鲜味,化学分析结果表明它是谷氨酸的一种钠盐(菊地将其命名为“味之素”并沿用至今)。毫无疑问,“味之素”具有广阔的市场前景,但海带中含量太低无法作为工业生产原料。为寻找适合“味之素”工业化生产的廉价原料,菊地及其助手做了无数次实验。最后终于找到一种工业化生产味之素的新途径即利用小麦粉加工淀粉后剩下的谷朊(俗名“面筋”)为原料,首先用盐酸将其水解得到麸酸(谷氨酸),然后加入纯碱中和即可得到食品级的麸酸钠(谷氨酸钠)。麸酸(谷氨酸)是世界上第一个工业化生产的氨基酸单一产品。

此后,科学家利用蛋白质水解法可将羽毛、人发、猪血等原料水解成为氨基酸,但这些氨基酸多为“混合型氨基酸”(由若干种氨基酸所组成)其拆分十分困难。在60年代确立的工业微生物发酵法使氨基酸工业开始起飞。此后许多种常用氨基酸品种(其中包括:谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸等等)均可利用微生物发酵法生产,从而使其产量大增,成本大为下降。到90年代末,全球氨基酸总产量已逾200万吨,品种多达数十种。

日本味之素公司谷氨酸钠(MSG)的市场占有率20%左右。2017年度世界MSG市场规模321万吨(中国164万吨),2018年度326万吨(中国168万吨)。

2020年,世界氨基酸市场规模达到980万吨。2021年至2026年年均增长率约为5%,预计到2026年将达到1310万吨。(IMARC Services Private Limited)

我国是氨基酸的最大出口国,在我国可以生产制造的氨基酸种类较多,主要种类包含谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和谷氨酸等。在一些具有类氨基酸作用的非主流氨基酸市场占有率较高,占有瓜氨酸的50%以上、牛磺酸的80%以上、肌醇的70%以上、左旋肉碱30%以上的市场份额。

氨基酸市场的主要供应商包括味之素公司、AMINO GmbH、ADM、嘉吉公司、日本协和发酵、希杰集团、大象株式会社、赢创工业集团、阜丰集团有限公司、梅花集团、味丹国际、大成生化和建明工业等。

04

氨基酸的应用

氨基酸具有让食物更加美味的呈味功能、调整身体状态的生理功能,以及使促进成长发育的消耗得以恢复的营养功能等。

 

所以,氨基酸在我们的生活中有着广泛的应用,大体罗列如下。

药品原料:氨基酸本身不仅作为药品,还被合成、制造成新的药品。除了片剂、颗粒等形态以外,还被用于输液的成分,为现代医学所不可或缺。

特医食品:针对病人或营养不良的人士,以及消化能力低下的老年人,作为有选择性地、重点地、有效率的补充特定的营养成分的方法,特医食品应用增多,特医食品大量添加氨基酸。

健康食品:补充饮食中不足的氨基酸,或发挥氨基酸本身的功能性的膳食补充剂的市场规模日益扩大。有片剂、胶囊、颗粒剂等各类形态,且运动员长期主动摄入氨基酸类膳食补充剂。近些年来,一般消费者也用于每日的运动、健康维持、美容等用途。

食品、原料:很多是作为调味剂、强化剂来使用。市场上也有很多普通食品和饮料按照健康食品的功能需求来添加氨基酸。

化妆品:化妆品方面的应用主要是氨基酸本身具有保湿作用,并利用氨基酸来调整pH值。部分氨基酸衍生物有可能实现更高的稳定性和吸收性等。

培养基:利用培养细胞进行药品等的研究、制造目前非常热。培养细胞用的培养基中,氨基酸是必需的成分,对于细胞的生育/增殖和蛋白质的生成是不可或缺的。

饲料、肥料:对于动物来说,氨基酸同样是重要的营养素。植物来源的饲料中的氨基酸不够充分和均衡,添加氨基酸可以改善家畜的生长,维持养殖鱼的健康,还被用于农作物的肥料。

05

氨基酸作为功能性成分的应用

随着各类氨基酸的生理功能方面的研究不断进展,氨基酸在发挥「营养素」+「功能性成分」的作用,在美肤、运动营养、中老年人健康维持等方面的应用值得期待。

美肤

代表性成分:瓜氨酸、丝氨酸、精氨酸、鸟氨酸

皮肤的角质层含有NMF(Natural moisturizing factor:天然保湿因子),NMF的约一半是氨基酸及氨基酸类似物。真皮中的胶原蛋白也是由氨基酸构成的。「美肤」等美的话题是女性永远的追求,氨基酸的功效将获得更高的评价。

运动营养

代表性成分:BCAA、精氨酸、瓜氨酸、组氨酸、鸟氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、GABA

氨基酸是构成肌肉蛋白质的原料。研究报告显示,摄取氨基酸,可以减轻运动造成的疲劳,维持持续的集中力。

高水平的运动员对氨基酸的认知程度很高。氨基酸运动营养已经向「爱好运动的人群」渗透,今后的应用将非常广泛。

中老年人健康

代表性成分:精氨酸、鸟氨酸、谷氨酰胺、BCAA

随着年龄的增加,肌肉量减少,身体的机能、食欲下降。氨基酸不仅是能量的来源,还可以促进蛋白质的合成和代谢,氨基酸还有助于维持免疫功能,其他功能性的研究也在不断进展。老龄化不断进展的现在,氨基酸对「肌肉健康」「关节健康」「预防骨折」等方面有效,对中老年人的健康将起到非常大的作用。

进一步的研究还显示

氨基酸可以有效增强免疫系统,预防关节炎和癌症,治疗耳鸣和直肠疾病。目前,氨基酸对于抑郁症、睡眠障碍、经前不适情绪障碍(PMDD)、戒烟、胸闷症和注意力缺陷多动障碍(ADHD)等症状的改善有效,市场需求不断增长。

随着消费者健康意识的增强,对高营养价值食品的需求不断增长。食品和饮料厂家都开发出强化氨基酸等必需营养素的商品,市场需求大增。此外,健美爱好者和运动员越来越喜欢富含蛋白质的产品,以提高成绩和改善肌肉。其中包括能量饮料、营养棒、低碳水化合物食品和膳食补充剂等形态的运动营养食品。氨基酸还被大量用于动物饲料,以满足动物的蛋白质要求。生物技术的不断发展,为构成蛋白质的氨基酸的生产发挥了重要作用。

06

氨基酸在功能性食品领域的应用

氨基酸在运动营养、免疫健康等功能性食品领域的应用比较多。

免疫相关氨基酸原料市场

富士经济发布了「提高免疫功能相关食品原料的最新动向」,涉及到以下4种氨基酸的市场规模。

 

BCAA、L-精氨酸、左旋肉碱、具有放松功能的L-茶氨酸作为功能性原料被应用于运动膳食补充剂等各种用途。

企业和学术机构对胱氨酸、茶氨酸等氨基酸的免疫功能进行大量的研究,但因为消费者对这些氨基酸认知度低,虽然获得了一部分的研究证据,但需求未见明显的增加。

谷氨酰胺的研究进展令人瞩目,「马拉松训练后,投入5g谷氨酰胺的调查显示,感冒的风险降低了」,显示谷氨酰胺具有提高免疫力的效果。谷氨酰胺是肌肉和血液中含量最多的氨基酸,运动等造成的疲劳会使肌肉和血液中谷氨酰胺的浓度减少。

运动营养

日本运动厅今年2月份发布「2020年度运动状况的社会调查」显示,成人进行1周1次以上的运动的比例高达59.9%,从年龄阶段来看,女性20-49岁人群同比增加10%,男性30-39岁人群同比也增加了10%。新冠疫情造成外出机会减少,运动不足的背景下,主动进行运动和身材维护的人群大增。

支撑运动营养市场的是蛋白质和氨基酸。根据明治公司发布的数据,2020年蛋白粉市场规模约770亿日元,「与5年前相比增加到了3倍」。氨基酸方面,市场流通的主要是肌酸、瓜氨酸、左旋肉碱、BCAA、HMB等。β-丙氨酸(提高持久力、供给能量,解酒护肝)等新原料也登上市场。

以下是一些在连锁药妆店畅销的氨基酸功能性食品。

大塚制药的“amino VITAL”系列

 

明治的“VAAM”系列

 

连锁药妆店的PB品牌“氨基酸x牛磺酸GOLD”

 

松本清畅销的“HMB 85500”

 

来自原料供应商的反馈,「BCAA呈现增长的趋势」「EAA与HMB比上一年度需求增加」「瓜氨酸和鸟氨酸的供应量较多」「β-丙氨酸与蛋白粉的混合物的订货较多」「精氨酸作为能量饮料的原料市场向好」,这某种程度上显示了日本氨基酸健康食品市场的趋势。

07

HMB(β-羟基-β-甲基丁酸钙)

β-羟基-β-甲基丁(HMB)是支链氨基酸亮氨酸代谢的天然产物,亮氨酸是胰岛素促分泌剂,促进翻译启动和肌肉蛋白质的合成。HMB在人体中存在,但含量较低,需要额外补充才能发挥功效。试验证明HMB具有增肌的作用。HMB可抑制泛素-蛋白酶表达和活性,降低半胱天冬酶活性,减轻分解代谢过程中的细胞凋亡,稳定肌肉细胞的细胞膜,减轻全身炎症,达到抑制蛋白分解的效果。临床试验还证明HMB可以减少脂肪,改善身体成分。

HMB已经由技源申请并于2011年获批我国的新资源食品,2017年扩展应用范围,目前可以用于饮料类、乳及乳制品、可可制品、巧克力和巧克力制品、糖果、烘焙食品、运动营养食品,以及特殊医学用途配方食品。

 

健康人体身体总质量的30%~40%为骨骼肌,随着年龄的增加而流失,60岁时骨骼肌只剩下约24%。肌肉支撑与承担身体所有的活动能力,对代谢功能、耐力与力量必不可少,肌肉流失也会影响人的外貌美观。

HMB在日本市场非常受欢迎,截止今年9月2日,日本获得功能性标示食品备案的HMB商品已经达到67件,目前的功能声称是维持肌肉力量。老龄化也推动HMB商品的销售。

 

HMB的应用集中主要集中在运动营养、老年人肌肉健康、体重体型控制三个领域。

 

 

 

08

5-ALA(5-aminolevulinic acid,

5-氨基乙酰丙酸)

最新研究表明,纳豆等含有的一种天然氨基酸「5-氨基乙酰丙酸(简称5-ALA)」具有强烈抑制新冠病毒感染的效果,这篇论文由日本长崎大学于今年2月8日发表于国际学术期刊「Biochemical and Biophysical Research Communications」。今年2月4日开始,该团队已经开展用于新冠治疗的临床试验。

5-ALA(5-氨基乙酰丙酸)是一种天然存在的氨基酸,被称为36亿年前的原始地球上生命诞生相关的“生命的根源物质”,广泛存在于植物和动物中。

5-ALA在生物体内转换成叶绿素、血红素、维生素B12等多种物质。支持称作细胞工厂的线粒体中生成能量ATP的功能。在线粒体中,5-ALA或5-ALA生成的原卟啉与铁结合,生成血红素。血红素是线粒体能量生成过程中不可缺少的物质。没有5-ALA就不会生成血红素,线粒体就无法有效率地产生能量,由此可见5-ALA在生命体机能上的重要性。5-ALA使线粒体中的能量代谢更加活跃,活化全身的代谢能力。

糖尿病和血红素生物合成系统相关,而作为血红素生物合成系统前体的5-ALA的摄入可能导致葡萄糖代谢的改变。因此,研究人员通过检测摄入5-ALA和铁对糖代谢系统的影响发现,摄入这两种营养素对改善空腹血糖效果显著。而在2小时葡萄糖耐量试验中,5-ALA和铁摄入也使得餐后的血糖值得到了明显改善。

因此研究人员认为,作为功能性成分的5-ALA可以通过激活体内的能量产生从而增加糖的消费,使得高企的空腹血糖接近正常、使平时餐后血糖的上升呈平稳状态。

基于以上的开发背景,ALA-PLUS糖TOWN于2015年12月18日被投入市场,适合血糖值偏高、运动不足、生活习惯不规律人群使用。该产品上市后连续30个月位列针对血糖值功能性标示食品的销售额NO.1。

目前5-ALA已经获得了多项功能性标示食品的备案。除了「血糖值」,还涉及「和缓感到短时间精神压力人士的短时间低落的心情的作用」「减轻日常生活的工作造成的短时间的疲劳感」「改善睡眠质量」「支持提高随着年龄增加而降低的运动效率,增加运动量(运动时间和量)」等多项功能。

5-ALA具备如此多的功能性,也被应用于宠物食品。

 

5-ALA具有保持皮肤水分和油分的保湿功能,有助于提高皮肤的水分量和弹性。厂家推出了5-ALA系列化妆品,深受消费者好评。

 

09

BCAA(亮氨酸、缬氨酸和异亮氨酸)

 

BCAA中1分子亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸完全氧化,分别产生42、43、32分子ATP,是长时间运动时参与供能的重要氨基酸,其氧化供能产生ATP的效率高于其他氨基酸。在一些特殊情况,BCAA氧化供能增强,运动时更可高达60%,即便是在安静时,人体骨骼肌总能量消耗的14%也是由BCAA提供的。

通常的观点认为支链氨基酸可以通过血流进入大脑,降低大脑的5羟色胺的产生,而5羟色胺可使人产生疲倦感。通过减少5羟色胺的含量可减轻脑力疲劳。

BCAA可抑制乳酸脱氢酶的生成,对乳酸生产有明显的抑制作用,从而降低身体疲劳感,加速恢复;研究表明,BCAA还可以抑制肌酸激酶,专业运动员常以此作为肌肉疲劳度的评价指标,换言之,BCAA还有助于降低肌肉酸痛。

 

BCAA功能性标示食品:和缓运动造成的身体的疲劳感

 

 

 

10

β-丙氨酸

肌肽和鹅肌肽就是知名的咪唑二肽,β-丙氨酸是生物体内肌肽和鹅肌肽的构成因子。经口摄入后,直接作用于肌肉,迟滞疲劳感、促进体内肌肽的合成。

去年3月份,厚生省修改了食药区分,β-丙氨酸可以用于食品。市场对其提高运动能力和脑功能方面的作用非常期待,在欧美市场已经被广泛用于膳食补充剂。检索同行评价的文献,在短跑、自行车、赛艇、举重等运动领域,具有持续增加肌肉中的肌肽、增强肌肉降低伤害的能力、减轻﹒延迟肌肉氧化造成的疲劳、提高持久力、促进激烈运动后的恢复,进一步还有提高认知能力和集中力等研究报告。

大正制药于去年6月份上市了添加β-丙氨酸的清凉饮料水『力保美达shot』。除了构成肌肽的β-丙氨酸,还添加了精氨酸和瓜氨酸。针对运动前快速补充的需求。

 

去年还出现了添加9种必需氨基酸・E A A(Essential Amino Acid)与β-丙氨酸配伍的膳食补充剂『EAA 9』,发售6个月销售了3万个。通过知名健身教授的宣传获得了一定的知名度。

 

11

GABA(γ-氨基丁酸)

 

添加三和酒类株式会社独有原料『大麦乳酸发酵液GABA』功能性标示食品「リフティングGABA」获得了消费者厅受理,功能声称「有助于维持皮肤弹力」。

三和酒类公司进行了有助于维持「皮肤弹力」的临床试验,获得了有效维持・增进健康的证据。

*采用文献「经口摄取γ-氨基丁酸对于皮肤状态的改善效果」外薗英樹,上原絵理子日本食品科学工学会誌,63,306-311(2016)

以因为精神压力感觉皮肤粗糙的女性为对象,连续8周摄取『大麦乳酸发酵液GABA』后,考察皮肤状态。2月份~4月份实施的非盲检试验,证明提高了皮肤的弹力。(图1)

 

另外,在皮肤状态容易下降的10月份~12月份实施的双盲对比试验,与对照组(未摄取GABA)相比,GABA摄取组的皮肤弹力得以维持。(图2)

 

由此得出结论,大麦乳酸发酵液GABA具有维持皮肤弹力的作用。

作用机理可能是「GABA对自律神经系统的作用及改善睡眠的质量(间接的作用)、对于皮肤真皮层的构成成分的透明质酸和胶原蛋白、弹性蛋白的生成具有促进作用(直接的作用),从而有助于维持皮肤的弹力」。

存在于真皮层的纤维芽细胞生成了胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸,而胶原蛋白和弹性蛋白与皮肤的弹力相关。

施加『大麦乳酸发酵液GABA』的细胞试验,显示纤维芽细胞中的胶原蛋白遗传基因与弹性蛋白遗传基因的生成量增加了(图3的A、图4)。

另外,用紫外线照射纤维芽细胞,生成伤害胶原蛋白的酶。试验证明,大麦乳酸发酵液GABA可以抑制胶原蛋白分解酶遗传基因(MMP-1)的合成(图3的B)。

由此推断,『大麦乳酸发酵液GABA』促进胶原蛋白和弹性蛋白的生成,从而有助于维持皮肤的弹力。

 

 

该公司的『大麦乳酸发酵液GABA』至今已经获得「提高睡眠质量」「缓和精神压力・疲劳感」「维持活力(改善低落的心情状态)」「调节血压」「改善皮肤弹力」的功能标示。

目前获得受理的添加「GABA」的功能性标示食品已经接近290项。

减轻精神压力和提高睡眠质量的添加GABA的巧克力

 

降低精神压力和疲劳感的糖片和口香糖

 

降低高血压的GABA功能性标示食品

 

维持活力(改善低落的心情状态)功能性标示食品

 

有助于维持皮肤弹力的功能性标示食品

 

12

L-茶氨酸

1950年首次被日本学者发现。数十年来,关于L-茶氨酸的科学研究从未停止,研究发现,其可穿透血脑屏障发挥作用,具有良好的镇静和舒缓功效。从日本的食品添加剂到美国的GRAS认证,再到中国的新食品原料,L-茶氨酸的安全性已经得到多个官方机构认可。目前,许多终端产品配方中都含有该原料。