實用化妝品防腐技術概述

徐　良

作者簡介

教授級高級工程師徐良是我國日化行業(yè)技術資深專家，尤其在我國化妝品研究開發(fā)領域具有很高的知名度，他從事化妝品、洗滌產(chǎn)品研究開發(fā)及其管理20余年。擁有“W/O/W型多項乳液的研制”及“脂質體及其化妝品的開發(fā)”等50余項科研成果 其中獲得三項“北京市科技進步獎”、一項“北京市青年科技發(fā)明一等獎”。近年來發(fā)表論文50余篇，合著有《皮膚科學與化妝品功效評價》、《健康相關產(chǎn)品衛(wèi)生行政許可申報受理指南》等。

徐良教授現(xiàn)任北京日化研究所所長、國家洗化用品質檢北京站站長、衛(wèi)生部衛(wèi)生標準化委員會委員、中國香料香精化妝品工業(yè)協(xié)會常務理事、中國香料香精化妝品工業(yè)協(xié)會標準化委員會委員、中國光生物學及光化學專業(yè)委員會委員。

一、化妝品中的微生物與化妝品防腐

1.化妝品防腐的定義：

保護化妝品成品在保質期內免受細菌、霉菌和酵母菌的污染

2.化妝品防腐的必要性

化妝品被微生物污染后，會發(fā)生以下不良變化：

變味、變色、粘度變化、產(chǎn)生氣體以及使透明體系混濁、產(chǎn)生沉淀等。

更為嚴重的還會產(chǎn)生致病菌并通過化妝品基質危害人體，例：金黃色葡萄球菌會產(chǎn)生外毒素，侵害皮膚。

3.微生物的基本概念

微生物：是一個廣義的概念，泛指生物界中存在的體形微小、構造簡單的低等生物。

主要包括：細菌、霉菌、酵母菌、放線菌、立克次氏體及病毒等。

微生物的特點是體積小、面積大；生長旺盛、繁殖快；適應性強、易變異； 分布廣、種類多（天空、大海，無處不在；土壤中已發(fā)現(xiàn)10萬種以上）。

4.化妝品中常見的微生物：

化妝品中常見的微生物分為細菌、霉菌和酵母菌三類。

A 細菌：分革蘭氏陽性與革蘭氏陰性菌。從形態(tài)上分為球菌（葡萄球菌、鏈球菌等）、桿菌（綠膿桿菌、大腸桿菌等）、螺旋狀菌等。

被細菌污染的化妝品會產(chǎn)生分層、混濁及異味等現(xiàn)象。

B 霉菌：喜歡在陰暗、潮濕的環(huán)境中生長，易在空氣中傳播。

化妝品被霉菌污染后，會產(chǎn)生霉斑（常出現(xiàn)在包裝容器及內容物表面），有霉臭味。

C 酵母菌：

化妝品被酵母菌污染后，會產(chǎn)生一種發(fā)酵所特有的酸味，另外還會導致產(chǎn)品混濁、分層、變色。

5.微生物在化妝品中生長所需的物質：

外界的水，空氣以及化妝品基質中使用的原料如：脂肪酸、脂肪醇、酯類、蛋白質與氨基酸、羊毛脂及其衍生物、維生素、纖維素、淀粉、植物提取物、糖類（蔗糖、葡萄糖、粘多糖）、無機鹽等。

7.化妝品被微生物污染的途徑——化妝品的一、二級污染

A 化妝品在生產(chǎn)過程中受到的微生物污染：化妝品微生物的一級污染；

B 消費者在使用過程造成的微生物污染：化妝品微生物的二級污染。

(1) 化妝品微生物的一級污染

包括設備、原料、制造及包裝四個方面，而制造及包裝過程又涉及生產(chǎn)環(huán)境與操作人員。

a設備輸送泵、管線、乳化機、灌裝機等，是微生物聚集之處，要定期清洗、消毒。

b原料是微生物的重要污染源，對重點原料（如：動植物源性原料、水）可在檢測的基礎上進行滅菌處理。

c制造環(huán)境定期進行環(huán)境滅菌消毒；制造過程中物料的加熱滅菌處理等。

d包裝包裝車間的空氣凈化，二次更衣；包裝材料的清洗、消毒。

(2) 化妝品微生物的二級污染

消費者在取用時，手指上的微生物可引發(fā)產(chǎn)品污染；經(jīng)常開啟瓶蓋，空氣中的微生物也可污染內容物。

在化妝品制造過程中添加適量的防腐劑成分或采用無水配方。

二、化妝品用防腐劑

1．防腐劑的概念

能夠穩(wěn)定地發(fā)揮作用、破壞微生物或阻止化妝品內微生物生長的物質。可以在一定時間內（通常14天）使99.9%以上的微生物失去活性。

與殺菌劑的區(qū)別：

快速、強效的發(fā)揮作用，可在極短的時間(30秒)內，殺滅99.99%以上的微生物。

有些殺菌劑在低濃度時可用作防腐劑。

2．影響或降低防腐劑效能（活性）的因素

A 防腐劑的使用濃度：一般地，濃度越高效能越強

B 與微生物的接觸時間：一定時間后起作用，也許幾天后。

C 體系的PH值：大多數(shù)防腐劑在酸性環(huán)境的活性大于在堿性環(huán)境的活性；例如：Bronopol（布羅波爾）在PH=4時，十分穩(wěn)定；在PH=6時，其活性可保持1年；而在PH=7時，活性只能保持幾個月。

D 固體粒子對防腐劑的吸附：可使其活性降低。

例如：5%的淀粉對0.1%尼泊金甲酯的吸附作用，會使尼泊金甲酯的活性降低10%；

5%高嶺土對0.1%的卡松的吸附作用，會使卡松的活性降低26%。這一現(xiàn)象應該引起做粉類產(chǎn)品的配方師足夠重視。

E 防腐劑的油水分配系數(shù)：

在乳化體中，微生物通常會被吸附在在油 —— 水界面或在水相活動，因此，防腐劑的溶解性很重要；好的防腐劑應有高的水溶性，即低的油水分配系數(shù)。

F 配方中的一些物質對防腐劑的“封閉”作用：一些原料特別是一些非離子型表面活性劑、水溶性聚合物等，可與某些防腐劑膠合，降低其水中游離防腐劑的濃度，進而使其活性降低。

F-1：防腐劑的增量系數(shù)（R）：由于一些非離子型表面活性劑等物質對防腐劑的膠合作用，使體系中游離防腐劑的含量降低，這時的體系中防腐劑的總量與游離防腐劑含量之比即為R值。

也即：在一些非離子表面活性劑、水溶性聚合物等體系中，要保持原有的防腐作用，應添加的防腐劑量的倍數(shù)。

R= 所需防腐劑的總濃度 / 游離防腐劑的濃度

F-2：舉例：

非離子表面活性劑存在時，一些防腐劑的增量系數(shù)（R值）

F-3：應用：

例如，尼泊金甲酯的最小抑菌濃度（MIC）為0.08%，在含有5%吐溫—80的體系中，尼泊金甲酯最小抑菌濃度（MIC）增加為：0.08% x R=0.08% x 4.5 = 0.36% 。

以上說明，防腐劑的使用必須考慮體系中其它原料的影響；另外，一些原料對防腐劑的“封閉”作用還是很強的。

為了消除封閉作用配方師可以采取增加防腐劑的用量和建立解“封閉”體系，即選擇一些有效成分加入上述體系中，降低或解除“封閉”作用，常用的此類物質有：乙二醇、丙二醇、乙醇、異丙醇等。

3．防腐劑使用的安全性與我國的相關法規(guī)

（1）需要指出的是，防腐劑是易導致皮膚安全性問題的化妝品原料之一，許多國家對它的使用都作了嚴格的規(guī)定。

例如，歐盟就規(guī)定了其允許使用的防腐劑清單，而美國雖然沒有規(guī)定允許使用的防腐劑清單，但CTFA組建的化妝品成分評審專家組（簡稱CIR），對用于化妝品的各種成分（包括防腐劑）的安全性進行評審，并公開發(fā)表其評估報告，極具權威性，各廠家都會參照執(zhí)行。日本則在其化妝品原料標準（JSCI）列出了允許使用的防腐劑清單。

（2）我國2007年版的“化妝品衛(wèi)生規(guī)范”將防腐劑歸納在限用物質中，共有56種防腐劑被允許在我國使用，并規(guī)定了具體的限用量。

例如：尼泊金酯類， 單一酯限用量為：0.4%，混合酯：０.8%；（均以酸計）

雙（羥甲基）咪唑烷基脲，限用量為0.5%，DMDM乙內酰脲的限用量為0.6%。

（3）使用原則：從安全及經(jīng)濟角度考慮，在保證化妝品在保質期內不被微生物污染的前提下，使用最少量的防腐劑。

（4）影響配方中防腐劑安全性的因素包括：

防腐劑的種類、純度、穩(wěn)定性（光、溫度）、加入量以及與其它化妝品原料的配伍性等。

三、化妝品防腐體系及其建立：

1．理想的化妝品防腐體系應該具備一下特點：

* 對人體及環(huán)境安全，無毒、無刺激性，世界范圍內可使用；

* 在生產(chǎn)及使用過程中穩(wěn)定；

* 廣譜的抗菌活性，對細菌、霉菌及酵母菌均有良好的抑制作用；

* 與化妝品原料的配伍性好；

* 在較寬的PH值范圍內的有效；

* 良好的性能價格比。

2．防腐劑的復合使用

對大多數(shù)配方來講，單獨使用一種防腐劑很難達到上述建立理想的防腐體系的要求，所以，就目前而言，在配方中復合使用兩種以上的防腐劑是十分必要的。

在具體實踐中，配方師有兩種方式可選擇：

* 自己選擇多種防腐劑單體，在配方中復合使用。

* 選擇復配好的防腐劑成品，直接在配方中添加使用。

前者需要更多的防腐效果的評價試驗及配方師的經(jīng)驗。

3．化妝品防腐體系建立要點：

A 明確防腐體系應用的產(chǎn)品類型

因為不同類型的產(chǎn)品對安全性的要求也不相同，歐盟在其預先考慮有效性的表中已將應用產(chǎn)品劃分為：留在型產(chǎn)品、洗去型產(chǎn)品、嬰兒護膚品、氣溶膠、去頭屑產(chǎn)品及眼部化妝品6類；配方師在一些安全性要求較高的產(chǎn)品（如嬰兒護膚品）中建立防腐體系時就要特別注意防腐劑的安全性問題。

B 選擇產(chǎn)品銷售地區(qū)法規(guī)允許使用的防腐劑

在我國，要選擇化妝品衛(wèi)生規(guī)范中被允許使用的防腐劑品種。

C 考慮配方最終的PH值

因為PH值對許多防腐劑的活性都有很大的影響，所以在操作中配方師可以：

按照配方的PH值選擇防腐劑；調整配方的PH值，使防腐劑效果得以充分發(fā)揮。

D 考慮防腐劑的油水分配系數(shù)

防腐體系中，盡量要有油水分配系數(shù)小的防腐劑；因為，研究表明產(chǎn)品中的微生物主要存在于水相及油水界面處。

E 考慮配方中的非離子表面活性劑等物質對防腐劑的“封閉”作用。

F 考慮防腐體系中的防腐劑與配方中其它原料的配伍性

G 考慮防腐體系中防腐劑之間的增效作用

H 考慮配方中的其它原料對防腐體系的增效作用

例如：EDTA—2Na在含有尼泊金酯的防腐體系中，可有效提高其抑制革蘭氏陰性菌的有效性，特別是對綠膿桿菌的作用。就此，防腐劑的加入量得以降低。

I 考慮生產(chǎn)中原料的衛(wèi)生狀況

假如，生產(chǎn)中所使用的原料已經(jīng)帶菌（去離子水、天然提取物、天然的高分子聚合物等），建立防腐體系時，要考慮加入的防腐劑將有一部分被“消耗”。

J 考慮配方中可被微生物利用的營養(yǎng)物質的種類與含量。

K 考慮產(chǎn)品生產(chǎn)與銷售地區(qū)的氣候因素

例如，在濕度較大的地區(qū)如我國廣東省，要考慮提高防腐體系對霉菌的抑制能力。

4．建立防腐體系的評價手段

（1）防腐劑防腐效果的評價 ——防腐劑的篩選

A 抑菌圈試驗：

原理：細菌或霉菌在適宜的培養(yǎng)基上，經(jīng)培養(yǎng)后能迅速生長。在培養(yǎng)基平板中央放置一個用防腐劑處理過的圓形濾紙片，防腐劑向四周滲透就會形成抑菌圈。通過測量抑菌圈的大小，就可以判斷防腐劑的防腐性能。

B 最小抑菌濃度（MIC）試驗

最小抑菌濃度試驗同樣可以反映防腐劑的效力，MIC值越小，表明防腐劑的抑菌能力越大。

（2）產(chǎn)品中防腐體系的防腐效果評價 —— 防腐體系的確定

防腐挑戰(zhàn)性試驗

* 在通過抑菌圈試驗、MIC試驗初步評價防腐體系的防腐效果后，需要進一步評價實際產(chǎn)品中防腐體系的防腐效能，目前國內外大多采用防腐挑戰(zhàn)性試驗。

* 模擬消費者反復使用產(chǎn)品過程中受到高度微生物污染的可能性，選擇微生物生長的最適宜條件，以反映實際產(chǎn)品中防腐體系的防腐能力。

* 由于防腐挑戰(zhàn)性試驗可以在較短的時間內完成且所需樣品量很少，因此，可以使用相當多的微生物進行測試，而且可以同步評估多種樣品。

（3）美國CTFA推薦的單次防腐挑戰(zhàn)性試驗：

* 由于防腐挑戰(zhàn)性試驗是一種經(jīng)驗性的方法，目前各國及相關組織對此尚無統(tǒng)一的規(guī)定。

* 目前較為常用的是美國CTFA推薦的、經(jīng)典的、為期28天的單次防腐挑戰(zhàn)性試驗。

該方法的做法是，一次性在成品中接入若干種類、一定數(shù)量的微生物，將樣品置于適當?shù)臏囟认拢ㄆ诔闃訖z測樣品中殘余的微生物，并根據(jù)微生物的數(shù)量變化情況來評價樣品中防腐體系的防腐效果。（具體方法略）

編輯/胡迎春