化妆品中无添加防腐体系的研究

化妆品中无添加防腐体系的研究

随着消费者对化妆品安全性和环保性的要求不断提高，无添加防腐体系在化妆品中的应用越来越受到关注。本文综述了近年来无添加防腐体系的研究进展，包括抑菌类化合物、植物源和微生物源防腐剂等方面的研究成果，并对其应用前景进行了展望。

从广义上讲，凡能杀灭或抑制霉腐微生物，阻止其繁殖生长进而防止保护对象发生腐朽变质的物质均称为防腐剂。该定义范围很广，以至于日常生活中的酒精、食盐等常见的物质都可称之为防腐剂。显然，这与化妆品行业中“防腐剂”的概念有很大出入，根据《化妆品安全技术规范》(2015版)中化妆品准用的防腐剂表中的注解：表中所列防腐剂均为加入化妆品中以抑制微生物在该化妆品中生长为目的的物质，化妆品中其他具有抗微生物作用的物质，如某些醇类和精油(essential oil)，不包括在本表之列。本文所述的“无添加防腐体系”是指：既不在《化妆品安全技术规范》(2015版)中化妆品准用的51个防腐剂之列，又不在该规范化妆品禁用的1290种物质之列的具有一定抗微生物、起防腐作用的物质。

国内对无防腐体系的研究和应用已有十余年，随着生活水平的提高，“无添加”化妆品越来越受追捧，目前常用的无添加防腐体系已有多种。本文根据其来源及性质对近年来无防腐体系的相关研究进行了分类，介绍了多元醇保湿剂、乳化性表面活性剂、有机酸、酮类等抑菌类化合物、部分植物抑菌剂及微生物源抑菌剂，并对所涉及的抑菌剂的抑菌性能及抑菌机理及应用前景进行综述，为无防腐体系在化妆品中的进一步选择应用提供参考依据。

无防腐体系的分类

1.1 抑菌类化合物

1.1.1 多元醇保湿剂

常被用作防腐剂有戊二醇、己二醇、丙二醇、丁二醇、辛二醇等多元醇及具有醇羟基的乙基己基甘油等。这类物质的亲水基团能捕捉水分子，具有良好的保湿作用；同时，它们能破坏微生物的细胞膜，从而有一定的抑菌性能。由于丁二醇和丙二醇的防腐性能较弱，单独用作防腐体系，在配方中的添加量往往需要达到30%以上，因此常与其他防腐物质配合使用。

常用的防腐性能较好的多元醇有1,2-戊二醇、1,2-己二醇和辛甘醇等，随着自身碳链的增长，烷二醇类物质的抑菌能力增加，气味增强，刺激性增强，但水溶性变差，流动性减弱。另外，乙基己基甘油用于化妆品中，不仅能保湿和改善化妆品的皮肤感觉，还能抑制微生物的生长及繁殖。另外，由于其具有的类似于表面活性剂的结构，结构式如图1所示，其中具有的羟基、醚键等极性亲水基团和非极性烃链疏水基团能通过影响微生物细胞膜的界面张力，使防腐剂更加有效进入微生物细胞内，显著提高传统防腐剂抑菌生物功效。

1.1.2 乳化型表面活性剂

脱水山梨醇辛酸酯不仅可用作乳化剂，还可用作防腐增效剂来提高防腐剂性能。异山梨醇单辛酸酯是脱水山梨醇辛酸酯中抗微生物的有效成分。异山梨醇单辛酸酯的抑制真菌能力极强，远胜于其抑制细菌能力。山梨坦辛酸酯是具有表面活性的双亲分子，能通过和细菌细胞膜上的双亲分子进行接触，松动细菌细胞膜，打开细菌细胞膜中的缺口，方便其他防腐剂进入细菌中，从而杀死细菌。山梨坦辛酸酯本身抑菌能力并不强，优势在于能增效传统防腐剂，但在产生抑菌作用的过程时，本身并未受到损失，可重复起作用，其结构式如图2所示。这类乳化剂的复配使用具有重要的现实意义，具有较好的开发前景。

1.1.3 其他类

无论是多元醇还是乳化型表面活性剂，这些抑菌类物质均为多羟基结构，实际上酚羟基类、有机酸类、酮类一般都具有相似的性质。辛酰氧肟酸(CHA)抑制真菌效果较好，其抑菌原理是：CHA对Fe2+和Fe3+具有高效选择性螯合作用，通过控制铁离子能抑制霉菌的生长。铁是微生物生长的关键元素，微生物能从环境中捕获Fe3+并将它转化为Fe2+，CHA通过螯合Fe3+，防止霉菌获得铁元素，从而阻止霉菌的生长。由于辛酰肟酸为有机酸，因此CHA只能在pH小于或等于7时发挥抑菌效能。对羟基苯乙酮能增效防腐，兼具抗氧化、抗刺激性等多重功效。其抗氧化性及抑菌性来自于羟基基团，结构式如图3所示。对羟基苯乙酮存在于天然植物茵陈蒿中，具有清利湿热，利胆退黄等药用价值。可用于各类配方，包括防晒剂和香波，兼容性好。

表1为以上部分抑菌剂的最低抑菌浓度和几种传统防腐剂的最低抑菌浓度对比。由表1可以看出，除乙基己基甘油外，其他几种“无添加防腐剂”的抑菌效果都不十分理想，最小抑菌浓度明显高于传统的苯氧乙醇、苯甲醇、苯甲酸等。

1.2 抑菌类植物

1.2.1 抑菌类植物的种类

国内外研究者从不同植物中提取抑菌物质，对它们的抑菌性能做了研究，并尝试应用于化妆品中。例如，植物中的木姜子挥发油、丁香油等提取液；一些中草药如肉桂、甘草等，其中都有些具有防腐效果的活性成分。这些活性成分不仅抑菌，还普遍低毒甚至无毒，若代替传统防腐剂添加到化妆品，能大大降低对皮肤的刺激，迎合现代人们“绿色、环保、安全”的理念。

早在1979年，刘颖等就发现，大蒜对多种细菌和真菌有较强的抑菌作用，大蒜中含有的大蒜素实质上就是一种植物抑菌素，但由于技术和实验条件的限制，当时并未对其成分及抑菌性能有进一步研究。1996年，王红星等在纯培养基上测定了丁香油、山苍子油、柠檬桉油、小叶桉油、香茅油、柏木油等6种植物精油的MIC和MBC，其中丁香油、山苍子油、柠檬桉油抗菌性较强，抑霉效果和苯甲酸、山梨酸、丙酸相似，比冰乙酸、富马酸好。朱顺英采用GC-MS对木姜子、野菊花、青蒿等16种植物中的18种植物挥发油成分进行了定性定量分析，并采用了滤纸片琼脂平板扩散法测定挥发油的抗菌活性，研究发现木姜子挥发油抗菌能力最强。

廖玉婷等研究了不同浓度的绿茶和桑叶提取物接种不同浓度的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌悬液一段时间后，用平板菌落计数法测定细菌浓度，并采用D值计算法快速评价了它们的抑菌效果，实验表明绿茶提取物对两种代表性细菌的抑菌效果远好于桑叶。张秀珍用带毒平板法和生长速率法测定了穿破石、白莲蒿、乌蕨和垂穗石松四种植物甲醇提取物的抗菌活性，并尝试用质谱、核磁共振谱等分析方法鉴定植物中抑菌活性成分的结构，发现四种植物中，穿破石和白莲蒿甲醇提取物的抑菌效果较好，但其活性成分有待进一步研究。

啤酒花目前主要应用于啤酒酿造中，主要是为了抑菌以延长啤酒的保存期限。由于其良好的抑菌性能，受到国内外研究者的广泛关注。Mizobuchi S、Sakamoto K、高志明和Wilson等先后对啤酒花的主要成分、作用机理及抑菌成分进行了分析研究。1984年，Mizobuchi S等发现啤酒花所含的蛇麻酮、葎草酮、黄腐酚及其它黄酮类化学成分，对结核杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌等有抑制作用；2003年，Sakamoto K发现由于蛇麻酮的脂溶性强，分布系数大，容易进入结核杆菌的蜡膜而起到特殊的亲和作用，产生抑制结核杆菌的功能，作用要强于葎草酮；2012年，高志明通过研究并结合相关资料得出，啤酒花的主要活性成分为啤酒花的苦味树脂、多酚类和啤酒花精油。Wilson等发现啤酒花中的一种叫β-酸的物质能抑制多种微生物，可用于化妆品中用作抑菌剂使用。

1.2.2 部分抑菌植物的成分分析及抑菌性研究

随着分析化学、结构化学和分析仪器的快速发展，可以对天然植物中含有的抑菌、杀菌有效成分进行分离纯化和结构鉴定。以下对上述所涉部分抑菌植物的进一步研究展开论述。

朱顺英通过对野菊花、青蒿、野艾、白莲蒿、白苞蒿、黄花蒿、锈苞蒿、茵陈蒿、羽裂蟹甲草、防风、华中前胡、毛当归、鸭儿芹、大叶独活、红茵香、木姜子等16种植物进行研究，发现其中绝大多数挥发油中主要组分都是萜类。野菊花、青蒿、野艾、白莲蒿和白苞蒿的挥发油中氧化单萜的含量较高；黄花蒿挥发油中主要含萜烯类；锈苞蒿挥发油中主要含氧化萜类；茵陈蒿挥发油主要含苯炔类；羽裂蟹甲草挥发油和其他属有所不同，萜烯类是其主要组分；伞形科防风和华中前胡的挥发油中单萜含量很高，但具体高含量组分又有所不同；毛当归和鸭儿芹的挥发油中主要含萜烯类物质；大叶独活的倍半萜含量很高；红茵香和樟科木姜子的出油率高，且油均无色，但两者挥发油组分不同。实验采用滤纸片琼脂平板扩散法进行挥发油抑菌圈测定，经对比发现实验中所用植物挥发油对革兰氏阳性菌和真菌的抗菌能力比革兰氏阴性菌强。其中，木姜子的挥发油抗菌能力最强，具广谱性；红茵、白莲蒿、锈苞蒿、羽裂蟹甲草、防风、大叶独活和鸭儿芹等植物次之。

李文茹利用GC/MS气质联用技术分析了多种精油的主要化学成分及其抑菌性能，实验发现肉桂精油和木香精油抑菌性能较好。李文茹发现，肉桂、山苍子、香茅和迷迭香等4种植物精油的化学成分主要是醛类和醇类；丁香精油的主要化学成分是丁香油酚；大蒜精油化学成分基本上都是含硫的醚类，其中二烯丙基三硫醚(大蒜素)含量最高。抗菌活性结果显示，6种植物精油的抗真菌活性由强到弱依次为：肉桂＞大蒜＞丁香＞山苍子=香茅＞迷迭香，抗细菌活性由强到弱依次为：肉桂＞山苍子＞丁香＞香茅=迷迭香＞大蒜。

黄德峰的研究结果表明，5种菊科精油总体上抑菌效果是：木香精油＞艾叶精油＞佩兰精油＞苍术精油＞白术精油。其中木香的主要成分是巴西菊内酯(12.74%)，艾叶的主要成分是斯巴醇(12.48%)，佩兰的主要成分是石竹烯(39.18%)。菊科植物精油有较好的抑菌活性和抗氧化性，此发现有助于更深一步研究菊科精油。

崔海英研究发现，百里香、迷迭香、甘草、意大利蜡菊、贯叶连翘5种提取液对4种致病菌有明显的抑菌效果；MIC均为0.5%。肉桂提取液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC为0.2%，有较好的抑菌效果；而豆蔻的植物提取液的MIC均大于0.5%，抑菌作用并不明显。根据专利复配后的天然植物型抑菌剂(体积浓度为0.01%的6种香辛料乙醇提取液，0.1%柠檬酸，0.05%柠檬酸钠，0.005% EDTA，以及15%乙醇加入无菌水中，摇匀后所得)对6种致病菌都具有显著的抑菌效果，其杀菌率达到99.99%。

1.3 微生物源防腐剂

微生物源防腐剂早已经广泛应用于食物中，但是该类防腐剂在化妆品中的应用仍然较少。李馨恩等研究了嗜热链球菌发酵产物和曲霉发酵产物两种微生物源防腐剂，结果表明，单一微生物的发酵产物抑菌效果一般，但两者复配使用时，对细菌和霉菌具有较好的抑制效果。

无防腐体系的发展趋势

随着“绿色、环保、安全”等理念深入人心，消费者对化妆品成分的了解越来越充分，以及研究者对防腐剂安全性的相关研究逐渐深入，许多用量少、抑菌效果好、价格便宜的传统防腐剂已经被业内及消费者抵制。同时，由于化妆品中添加的活性物质不断丰富，需要重新对化妆品中防腐剂种类及添加量作出调整或更换。因此，如何选择既安全又有效的防腐剂成了许多配方工程师关注的焦点。

天然防腐剂的研究、开发和应用将会成为防腐剂领域研究的热点。但植物中精油含量较少，现有精油提取技术不完善，使精油的应用受限，现只有少部分植物抑菌剂投入使用。通过市场开发研究，植物源的消毒或抑菌产品已投入市场，如肉桂油已经广泛用于食品和化妆品防腐剂中。充分利用现代分析和化工技术，已经能将植物中有效杀菌成分的物质结构形式分析出来，构建分子结构、分子式和分子量，并进行人工合成。苦参碱的人工合成已经能够使得植物源抑菌物质融入到现代化工工艺中，制备成新的复方抑菌制剂，大大拓宽植物抑菌剂的用途。目前，在植物源抗菌产品细化、分析、制剂等工艺方面有待进一步探究。

复配的无添加防腐体系是当前研究的一个重点。抑菌剂中的有效成分相互协同，能更好地增效杀菌。此外，细菌产生耐药性机制多样，配伍的抑菌剂中的有效成分和抗菌机制不一样，可以多靶点多水平多层次起作用，共同抑制耐药细菌的存活和生长。但目前复配的无添加防腐体系在实际生产中应用仍然较少。一则由于无防腐体系较传统防腐剂成本较高；二则相关研究还较少，对于复配的无防腐体系配方研究更是少之又少。若能深入研究并大量应用于生产中，将大大提高化妆品的安全性。随着欧盟委员会及国家最新法规对防腐剂使用限度的调整，使用传统防腐剂的舆论压力越来越大，因此开发新的安全有效的抑菌剂十分紧要。随着科技的进步和实践的考验，有些列表中的防腐剂会被删除，而有些物质可能会进入列表。所以，法规范畴内的防腐剂是随着法规的修订动态可变的。

研究总结

总的来说，虽然抑菌植物在日用化工方面有广泛的应用价值，少数几种抑菌剂如肉桂油已经得到应用，部分植物中有效杀菌成分结构，如苦参碱也已被研究出来，进行了人工合成。但国内外对植物源抑菌剂的开发研究还是比较落后，不同研究者对植物抑菌剂的研究多集中在少数几种植物的研究，缺乏系统的研究，难以对不同的研究结果进行抑菌性能比较；多数植物有效抑菌成分结构仍未确定。而多元醇、乙基己基甘油，山梨坦辛酸酯等人工合成的产品由于是工业生产的，重点在于纯度的提升。

植物抑菌剂在化妆品中不能完全替代化学防腐剂，真正投入到市场上的品种不多，而且对抑菌活性成分的结构鉴定、抑菌机理和配伍等的研究也不够深入。虽然对人工合成的已知成分的无添加防腐体系研究较为透彻，但实际生产中完全使用其作为防腐剂的产品还较少，多数与传统防腐剂复配来达到抑菌的效果。

在“绿色、环保、安全”等理念的不断深入下，化妆品中绿色防腐将会受到人们的广泛关注和青睐。同时，随着化妆品使用性能的不断提高，化妆品研发和生产过程中生物活性剂、非离子型表面活性剂及蛋白质等物质的添加和多样化，使得化妆品对防腐剂的添加与使用提出了更高的要求。因此，复合型防腐剂将会成为化妆品中防腐剂添加与发展的主流，天然防腐剂将会是化妆品中防腐剂研发的趋势之一。