基于關聯規則與實體語法系統探究中藥化妝品配方設計

賈聰敏 過紅玲 曹婷婷 雷巧靈 張憲寶 王耘

[摘要] 目的 基于關聯規則與實體語法系統設計安全、合理、有效的含有中草藥化學成分的中藥化妝品配方。方法 收集2014～2015年國內外所有含中草藥化學成分的化妝品配方數據，利用關聯規則發現各類化妝品產品的配方規律，基于所發現的規律和化妝品固有的配方結構，結合實體語法系統建立新的化妝品配方設計模型。 結果 根據模型設計出符合祛痘加美白化妝水配方結構和功效的新配方。將新配方進行篩選、定量、打樣以及功效驗證，面部痤瘡者使用后均達到了良好的效果。 結論 利用關聯規則與實體語法系統進行祛痘加美白類化妝品的配方設計方法具有一定的可行性，為其他類中藥化妝品的配方設計提供了一定的參考，利于擴大中藥在美容護膚方面的應用。

[關鍵詞] 中藥化學成分;化妝品配方設計;關聯規則;實體語法系統

[中圖分類號] R284? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）09（c）-0126-04

Exploring the formula design of traditional Chinese medicine cosmetics based on association rules and entity grammar system

JIA Congmin? ?GUO Hongling? ?CAO Tingting? ?LEI Qiaoling? ?ZHANG Xianbao? ?WANG Yun

Research Center of Traditional Chinese Medicine Information Engineering， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing? ?100102， China

[Abstract] Objective To design a safe， reasonable and effective Chinese medicine cosmetics formula containing chinese herbal medicine chemical composition based on association rules and entity grammar system. Methods Data of cosmetic formulations containing Chinese herbal medicine chemical composition from 2014 to 2015 were collected， while association rules were used to discover the formulation rules of various cosmetic products. Based on the discovered rules and the inherent formula structure of cosmetics， a new formula design model of cosmetics was established by combining entity grammar system. Results According to the model， a new formula which accords with the structure and efficacy of acne-removing and whitening lotion formula was designed. The new formula had been screened， quantified， proofed and validated， while good results had been achieved in acne patients after use. Conclusion It is feasible to use association rules and entity grammar system to design formula of acne-eliminating and whitening cosmetics， which provides a reference for the formulation design of other traditional Chinese medicine cosmetics and helps to expand the application of traditional Chinese medicine in cosmetology and skin care.

[Key words] Chinese medicine chemical composition; Cosmetic formula design; Association rules; Entity grammar system

隨著人們對“天然”“綠色”化妝品的追崇，許多中草藥成分成為美容護膚化妝品的功效成分或添加劑，研究開發以中藥提取物為原料的中藥化妝品已成為當代一個新穎的課題[1]。當前，化妝品配方設計原理雖然在美白類[2]、祛痘類[3]、祛斑類[4]、防曬類[5]、保濕類[6]等化妝品的配方設計中應用廣泛。但各企業從事化妝品配方設計的工作人員水平參差不齊，導致配方設計及生產過程中存在諸多不合理的問題，如化妝品穩定性差或使用后出現的局部炎癥及粉刺等問題[7]。據不完全統計[8-10]，因配方設計不合理導致的化妝品質量問題造成的經濟損失近數億元以上。如何避免人為因素影響，研發出更安全、合理、有效的中藥化妝品值得我們深思。

關聯規則在中藥方劑的配伍規律研究中應用廣泛[11-15]，可以從成分與成分、成分與功效、功效與癥狀等不同屬性之間的關聯關系研究方劑配伍規律。同時也能揭示化妝品專利中核心的中草藥成分、中草藥之間的相互聯系和應用規律[16]。因此，本研究采用關聯規則對功效一定且成分明確的中藥化妝品進行配方規律研究。在已知配方規律的基礎上結合實體語法系統構建化妝品配方模型，為設計出安全、客觀、有效的各類中藥化妝品配方提供參考，擴大中藥在美容方面的應用。

1 資料與方法

1.1 數據來源

中國《消費品使用說明化妝品通用標簽》規定：“自2010年6月17日起，所有在中華人民共和國境內生產或進口報檢，并在境內銷售的國產和進口化妝品都需要在產品包裝上真實地標注產品配方中加入的全部成分名稱。”這為本研究全面搜集市場上的中藥化妝品產品成分提供了保證。2014～2015年共收集了7049個含中藥化學成分的化妝品產品成分數據。包括：潔面產品、水、面乳、面霜、眼霜、防曬霜/乳、唇膏等，建立了中藥化妝品組成成分數據庫。

1.2 基于關聯規則發現化妝品的組方規律

Agrawa等[17-18]在1993年設計出了一個挖掘顧客交易數據庫中項集間的關聯規則的重要方法，核心思想是基于頻集理論的遞推方法。Apriori算法中項集的概念即為項的集合，包含K個項的集合為K項集。項集出現的頻率是包含項集的事物數，稱為項集的頻率。如果某項集滿足最小支持度，則稱它為頻繁項集[19-20]。Apriori算法關聯規則的挖掘分為兩步：①找出所有頻繁項集;②由頻繁項集產生強關聯規則。這里的項集即化妝品中的成分。

1.3 基于實體語法系統建立化妝品配方模型

實體語法系統[21]（EGS）是針對生物復雜系統建模而建立的一種形式語法系統，可以描述復雜系統的組成單位、組織方式、變化規律。實體語法系統可用四元組G=（V，F，P，S）表示。采用實體語法系統進行中藥化妝品配方的設計，V表示組成天然藥物化妝品的成分，如水、甘油等;F表示成分之間的關聯關系;P表示推理引擎，即所編寫的各種推理規則;S包括所有實體以及輸入的初始條件。化妝品配方的總體結構分為功效體系、乳化體系、防腐體系、增稠體系、抗氧化體系和感官修飾體系等6大體系[22]。基于實體語法系統與化妝品配方結構，在配方規律的基礎上，進行化妝品的配方設計。步驟如下：①數據整理。將關聯結果中出現的所有成分按功效分類，并與配方結構進行匹配。②編寫推理規則。將功效成分按照其功效依次加進配方中，并以關聯規則的結果為限制條件，將與功效成分一起出現的各類乳化成分加進配方中，再以關聯規則結果為限制條件，將和功效成分或者和乳化成分一起出現的其他類成分加進配方中，依次類推，最后將具有的結構體系成分都加入配方中。③利用推理引擎，得出新的配方結果。

1.4 新配方產品的人體功效性評價

基于建立的中藥化妝品配方模型設計祛痘加美白化妝水的新配方。祛痘類化妝品的效果可以通過微生物抑菌試驗及人體功效性方法進行評價[23-25]，由于配方含有抑菌作用的薄荷醇，因此選用人功效性評價的方法進行效果驗證。①試用人群：年齡20～29歲，有輕至中度痤瘡;試用前1個月內未服用抗生素，未進行其他痤瘡治療。共招募8名符合條件的受試者，排除條件符合《化妝品接觸性皮炎診斷標準及處理原則》。②方法：受試者在潔膚后，在痤瘡部位以擦拭、按摩等方式直至皮膚完全吸收，早晚2次，連續試用3周。

1.5 統計學方法

采用SAS 9.2軟件進行數據分析處理，計量資料以均數±標準差（x±s）表示，試用前后采用配對t檢驗。以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 中藥化妝品的組方規律

采用WEKA 3.8軟件中的Apriori算法對各類各種劑型的化妝品組成以置信度≥80%，支持度≥10%，計數≥2為條件進行計算。以化妝水類的關聯規則結果為例來闡釋配方規律的發現，祛痘類化妝水成分關聯結果見表1，美白類化妝水成分關聯見表2。

2.2 基于實體語法系統建立的中藥化妝品配方

以祛痘洗面奶為例，在祛痘類中藥化妝品配方規律的基礎上利用實體語法系統得到16個祛痘洗面奶的新配方。見表3。

2.3 祛痘加美白個性化化妝品配方

基于建立的中藥化妝品配方模型，進行祛痘加美白化妝水配方設計。見表4。6個配方中均存在水楊酸、北美金縷梅、甘草酸二鉀、水、甘油、EDTA二鈉、羥苯甲酯、檸檬酸鈉、庫拉索蘆薈葉提取物，因此保留這9種成分。泛醇、薄荷醇和變性乙醇都是通過鎮靜、舒緩肌膚、抗菌的相似功效達到祛痘的效果。由于泛醇略帶異臭，變性乙醇對皮膚刺激性較大，溶解表皮脂質，長期使用會造成皮膚黯淡無光澤，將其舍去。薄荷醇具有止癢、止痛、清涼等效果，在香煙、化妝品、牙膏、口香糖和藥物中應用廣泛，具有促滲透劑作用，因此選擇薄荷醇。熊果苷和光果甘草根提取物在抑制黑色素過程中通過抑制酪氨酸酶的活性達到美白效果，但熊果苷美白效果更好，因此選用熊果苷。最終篩選的祛痘加美白化妝水的配方結果為2號。

2.4 人體功效性評價結果

2.4.1 視覺評估結果? 2號配方化妝水試用前后的面部照片對比（局部圖）見圖1。試用者面部痤瘡嚴重，病灶數較多且皮膚暗沉，使用此化妝水3周后，臉部痤瘡數減少，膚色變白有光澤。

2.4.2 試用前后數據處理? 試用前痤瘡病灶數（28.625±15.918）個，試用后痤瘡病灶數（20.125±12.999）個，試用前后比較差異有統計學意義（P < 0.05）。

3 討論

支持度指某類化妝品中同時出現2個或2個以上的成分在該類全部化妝品中出現的概率。關聯結果中的每個規則稱為成分群，置信度在80%以上。在美白化妝水組成關聯結果表2中出現了“熊果苷，羥苯甲酯，丁二醇，甘油，水”等成分群。說明在美白化妝水中添加熊果苷后可能會添加羥苯甲酯，丁二醇等成分。表3的16個祛痘洗面奶新配方中除了合理的祛痘功效成分和穩定滲透體系的乳化體系外，在防腐體系、抗氧化體系、增稠體系中均選擇一種安全有效的成分，在安全和抗敏感方面具有一定的優勢。

本研究設計的祛痘美白化妝水（配方2）交由廣州名宇化妝品公司進行制備。如圖1，試用者試用后的痤瘡紅色病變區域面積較試用前明顯減小，炎性色素沉著較試用前有明顯改善。1、2、4、5、8號受試者試用前痤瘡病灶均呈現炎性皮損和膿包，在試用后皮損明顯消失或減輕，膿包也逐漸消失或變小，尤其是5號的炎性皮損和紅斑基本消失，皮膚變得白嫩有光澤。3、6、7號試用者面部痤瘡有所減輕，皮膚在試用后更加光亮。8號試用者在試用前屬于重度痤瘡患者，臉部結節數有3個，炎性皮損也較為嚴重，有大量的膿包和丘疹，試用后炎癥減輕，丘疹和膿包變小。8名試用者均表示涂抹后感覺清涼舒適，對于新生的炎性膿包涂抹后漲疼感有所減輕，皮膚較試用前有光澤，體驗感覺良好。

基于關聯規則與實體語法系統建立了祛痘加美白的中藥化妝品配方模型，根據模型設計的中藥化妝品經驗證效果良好。因此，本研究方法可以避免人為因素的影響為設計出安全、客觀、有效的中藥化妝品配方提供了一定的參考價值。同時此方法可以用于研究其他類中藥化妝品配方的設計，擴大中藥在美容方面的應用。

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（收稿日期：2019-03-08? 本文編輯：李亞聰）