γ-聚谷氨酸作為化妝品保濕劑的可行性分析

陳毓曦 劉燕 楊淼 靳涵 王宗漢

（河南省產品質量監督檢驗院，河南鄭州 450000）

γ-聚谷氨酸作為化妝品保濕劑的可行性分析

陳毓曦 劉燕 楊淼 靳涵 王宗漢

（河南省產品質量監督檢驗院，河南鄭州 450000）

通過測量γ-聚谷氨酸、透明質酸與甘油在相對濕度43%和相對濕度81%的環境中的吸濕率和保濕率，以及不同濃度的γ-聚谷氨酸、透明質酸與甘油水溶液的濕水量，表征其吸濕性和保濕性，比較三者作為化妝品保濕劑的保濕效果以及在化妝品中的適宜添加量。結果表明，γ-聚谷氨酸的保濕性強于甘油，接近透明質酸，在不同濕度條件下保濕效果穩定，可以作為化妝品用保濕劑；甘油、透明質酸、聚谷氨酸溶液分別在1.0、0.1、0.1g/100mL濃度下表現出較好的保濕效果。

γ-聚谷氨酸；保濕劑；化妝品

保濕劑（Humectant）是一類能從潮濕的環境中吸收水分并對吸收的水分有一定保持作用的水溶性物質。在眾多化妝品原料中，保濕劑是重要的不可或缺的一部分。幾乎所有的化妝品配方都包括保濕劑，保濕劑的質量和效果直接影響著化妝品的品質。過去，人們認為皮膚干燥是因為皮膚表面缺乏脂類物質，經研究發現，僅在皮膚表面涂抹脂類物質，并不能使肌膚光滑、柔軟、富有彈性［1］。皮膚干燥的真正原因是皮膚角質層水分不足，角質層承擔著減緩水分向外散失的功能，為了抗拒外界環境相對較低的濕度，角質層必須保持一定的水分。一般認為，角質層應含水10%～20%，低于10%，皮膚會出現干燥、粗糙甚至皸裂等現象［2-4］。保濕劑的保濕機理是：護膚品在皮膚表面形成一層封閉的潤滑膜，阻止皮膚表面的水分向外界環境散失；護膚品中含有可以與水強力結合的保濕劑，使皮膚角質層保持濕潤［5］。

按來源，可將保濕劑分為天然保濕劑和合成保濕劑。合成保濕劑中使用較多的是多元醇類，如甘油、丙二醇、聚乙二醇等，這類保濕劑具有無毒、配伍性好的優點，也存在吸濕性顯著、保濕性一般的不足［6］。隨著經濟社會發展和人民生活水平提高，人們更多地追求使用天然的保濕護膚品，由于皮膚基質中含有透明質酸［7］，用透明質酸作為化妝品保濕劑被認為是對人無毒害的，透明質酸成為化妝品原料家族新的明星。但是，透明質酸提取工藝復雜，成本較高，使之只能用于一些高端化妝品中。

γ-聚谷氨酸（γ-Polyglutamic Acid，γ-PGA）是一種由D-谷氨酸和L-谷氨酸通過形成α-氨基和γ-羧基之間的γ-酰胺鍵結合而成的陰離子高聚物。γ-PGA具有良好的生物相容性、可降解、可溶于水、吸水能力強和無毒可食性等特點，具有廣闊的應用前景，既可用于食品及日用品行業［8，9］，又可用于醫藥行業作為藥物載體［10，11］。由于γ-PGA分子中含有大量游離羧基，具有較大的親水性和水溶性，王傳海等［12］研究發現γ-聚谷氨酸的最大自然吸水倍數可達1 108.4倍，γ-PGA可以作為一種陰離子型保水劑。本文主要討論γ-聚谷氨酸與甘油、透明質酸的吸濕性和保濕性的比較，以及3種保濕劑在化妝品中的適宜添加量。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

SHENAN手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器（上海中安醫療器械廠），HYG-A全溫搖瓶柜（太倉市實驗設備廠），TDL-5飛鴿牌離心機（上海安亭科學儀器廠），LGS-4實驗型真空冷凍干燥機（江蘇省海門市輕工機械四廠），FA1604S電子天平（上海精科天平儀器廠），干燥器，溫度計，稱量瓶。

菌種為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），河南省產品質量監督檢驗院食品中心微生物實驗室保存。γ-PGA，河南省產品質量監督檢驗院食品中心微生物實驗室發酵生產；透明質酸，≥98%，陜西森弗高科實業有限公司；（NH4）2SO4，分析純，上海美吉醫藥生物科技有限公司；K2SO4，分析純，上海美吉醫藥生物科技有限公司；D45透析帶，節流范圍8 000～1.5萬u，北京普博欣生物科技有限公司；甘油，國藥集團化學試劑有限公司；白凡士林，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 γ-聚谷氨酸的制備

1.2.1 γ-聚谷氨酸的發酵。按照以下條件配制培養基：①斜面培養基（LB培養基），蛋白胨1.0g，牛肉膏0.5g，NaCl 0.5g，葡萄糖0.1g，瓊脂2.0g，酵母粉0.2g，蒸餾水100mL，pH 7.5，121℃滅菌20min；②種子培養基，蔗糖6.0g，牛肉膏2.0g，谷氨酸鈉6.0g，MgSO4·7H2O 0.05g，K2HPO4·3H2O 0.1g，水200mL，pH 7.5，121℃滅菌20min；③發酵培養基，蔗糖20.0g，牛肉膏4.0g，谷氨酸鈉20.0g，MgSO4·7H2O 0.12g，K2HPO4·3H2O 0.6g，水500mL，pH 7.5，121℃滅菌20min。

先挑取一環枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）接種于斜面培養基中，在37℃恒溫培養培養12h，作為活化菌種。然后，將活化后的菌種挑取一環接種于種子培養基中，于37℃、220r/min條件下振蕩培養15h作為種子液。其次，按5%的接種量將種子液接種到發酵培養基中，于37℃、220r/min條件下振蕩培養24h得到含有產物的發酵液。

1.2.2 γ-聚谷氨酸的提取。發酵液離心（5 000r/min， 30min），上清液調pH值為2，然后加入4倍體積預冷乙醇，所得混合物在4℃條件下靜置過夜，將混合物離心（5 000r/ min，10min），收集沉淀得到粗品。粗品用適量蒸餾水溶解后用蒸餾水反復透析24h以去除小分子和殘留的有機溶劑。透析液進行真空冷凍干燥，得到純品。

1.2.3 保濕劑吸濕性和保濕性能測定。將盛有飽和(NH4)2SO4水溶液的干燥器內作為相對濕度（Relative Humidity，RH）81%的環境，將盛有飽和K2SO4水溶液的干燥器內作為相對濕度43%的環境。分別精確稱取0.5g干燥至恒重的甘油、透明質酸、聚谷氨酸置于25mm×40mm稱量瓶中，每組3個平行，分別放于上述2個干燥器中。將2個干燥器置于20℃恒溫環境中，靜置24h，稱量各樣品的質量，計算吸濕率：吸濕率=（m2-m1）/m1×100%，m1是樣品的初始質量，m2是24h后的樣品質量［5］。

精確稱取0.5g干燥至恒重的甘油、透明質酸、聚谷氨酸，加樣品質量10%的去離子水，置于25mm×40mm稱量瓶中，每組3個平行，分別放于上述2個干燥器中。將2個干燥器置于20℃恒溫環境中，靜置24h，稱量各樣品的質量，計算保濕率：保濕率=m4/m3×100%，m3是樣品初始水分質量，m4是24h后樣品的水分質量。

1.2.4 保濕劑適宜添加量的測定。準確稱取表1中各梯度溶液5.0g，分別置于25mm×40mm的稱量瓶放入相對濕度43%和相對濕度81%的干燥器內，設置3組平行，并以蒸餾水作為空白對照。放置24h后分別稱量各試樣的質量，計算失水量：△m=m5-m6，m5為試樣的初始質量，m6為24h后試樣的質量。

表1 保濕劑添加量單因素試驗設計表

2 結果與分析

2.1 保濕劑的吸濕性與保濕性

由試驗數據計算出3種保濕劑的吸濕率和保濕率見表2。由表2可知，環境濕度較低時，甘油的吸濕率為7.5%，較透明質酸的8.3%和γ-聚谷氨酸的9.1%均較低；環境濕度較高時，甘油的吸濕率為13.2%，高于γ-聚谷氨酸與透明質酸。由此可見，甘油的吸濕率受環境濕度影響較大。在2種環境濕度條件下，γ-聚谷氨酸與透明質酸、甘油的吸濕率沒有顯著差別，但γ-聚谷氨酸的保濕率顯著大于甘油，接近透明質酸。由此可知，γ-聚谷氨酸和透明質酸的保濕效果受環境濕度的影響較小，保濕效果強于甘油。原因在于大分子保濕劑比小分子保濕劑更多地與水分子發生分子間力的作用，“鎖水”性更好，故其在不同相對濕度條件下都有較好的吸濕保濕效果。

表2 保濕劑的吸濕率和保濕率

2.2 保濕劑的適宜添加量選擇

相對濕度43%時各組樣品溶液樣品失水量見圖1。由圖1可知，加入保濕劑后各樣品溶液的失水量均比空白對照有所減少，甘油、透明質酸、γ-聚谷氨酸分別在添加量1.0、0.1、0.1g/100mL時出現最小失水量，失水量分別為不添加保濕劑情況下的70%、61%、67%。γ-聚谷氨酸和透明質酸在添加量分別為甘油添加量的10%時，可以達到與甘油相近的保濕效果；γ-聚谷氨酸與透明質酸在每個梯度上都有相近的保濕效果；γ-聚谷氨酸與透明質酸的添加量高于0.1g/100mL以后，并沒有表現出更優秀的保濕效果，本著經濟原則無需大量添加。

圖1 相對濕度43%時樣品溶液失水量

圖2 相對濕度81%樣品溶液失水量

相對濕度81%各溶液樣品失水量見圖2。由圖2可知，加入保濕劑后各樣品溶液的失水量均比空白對照有所減少，甘油、透明質酸、γ-聚谷氨酸分別在添加量1.0、0.1、0.1g/100mL時出現最小失水量，失水量為不添加保濕劑情況下的25%。γ-聚谷氨酸和透明質酸在添加量分別為甘油添加量的10%時，可以達到與甘油相同的保濕效果；聚谷氨酸與透明質酸在每個梯度上都有相近的保濕效果；γ-聚谷氨酸與透明質酸的添加量高于0.1g/100mL以后，并沒有表現出更好的保濕效果，本著經濟原則無需大量添加。

由圖1和圖2可知，保濕劑的保濕效果易受外界環境濕度的影響，樣品失水量在環境濕度較大時比環境濕度較小時少，γ-聚谷氨酸在相對濕度分別為43%和81%時，保濕效果均接近透明質酸且優于甘油。

3 結語

γ-聚谷氨酸是一種保濕性強于甘油，接近透明質酸，在不同濕度條件下保濕效果較穩定的保濕劑，可以作為化妝品用保濕劑。由于保濕劑的保濕效果受外界環境影響較大，本文只考慮了相對濕度的影響，其他因素如溫度、風速的影響有待進一步研究，在實際應用中還應考慮保濕劑與化妝品中其他組分之間的配伍性，以及其他成分對保濕劑保濕性的影響。

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Feasibility Analysis of γ-Polyglutamic Acid Used as Humectant for Cosmetics

Chen YuxiLiu YanYang MiaoJin HanWang Zonghan
（Henan Province Product Quality Supervision and Inspection Center，Zhengzhou Henan 450000）

Moisture absorption and moisture retention of γ-polyglutamic acid,hyaluronic acid and glycerol were measured in the environment with relative humidity of 43%and 81%,and the moisture content of the different concentrations of γ-polyglutamic acid,hyaluronic acid and glycerin solution were measured,to characterize its moisture absorption and moisture retention,and their moisturizing effect used as humectant for cosmetics and suitable amount added in cosmetics were compared.The results showed that the moisture retention of γ-polyglutamic acid's was better than glycerol,while approximate hyaluronic acid,its moisturizing effect was stable under different humidity conditions,so it can be used as humectant for cosmetics;Glycerol,hyaluronic acid and γ-polyglutamic acid has good moisturizing effect under the concentration of 1g/100mL,0.1g/100mL and 0.1g/100mL respectively.

γ-polyglutamic acid；humectant；cosmetic

TQ317

A

1003-5168（2016）11-0130-03

2016-10-16

陳毓曦（1988-），女，碩士，助理工程師，研究方向：生物大分子材料。