异构丁二醇在水剂配方中的协同防腐作用.pdf

分析与测评2023年8月第4期Aug.2023,No.4香料香精化妆品FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS144www.ffc-www.ffc-收稿日期：2022-12-08；修回日期：2023-02-08作 者上海力精实业有限公司，上海 201315 张 明 王 煚异构丁二醇在水剂配方中的协同防腐作用摘 要通过微生物挑战试验，在化妆品水剂配方中加入异构丁二醇，研究异构丁二醇的协同抗菌作用。结果表明：在纯水配方的防腐挑战试验中，异构丁二醇质量分数不小于 6%时就可通过挑战；以异构丁二醇质量分数 6%为基准，制备精华液，发现异构丁二醇质量分数 6%的添加量可以大幅度地降低其他非传统防腐剂的添加量，从而降低对羟基苯乙酮在配方中的析出和己二醇刺激热感的风险。相比其他常见二元醇安全性更高、刺激性更低的优点，异构丁二醇可成为化妆品中防腐体系的选择。关键词防腐 异构丁二醇 化妆品 协同防腐Synergistic Antimicrobial Activity of Isomeric Butanediol in Aqueous FormulationZHANG Ming WANG Jiong(Shanghai Lijing Industrial Co.,Ltd.,Shanghai 201315,China)Abstract:Through microbial challenge tests,isomeric butanediol was added to aqueous formulation of cosmetics to study its synergistic antimicrobial activity.The experimental results showed that in the challenge test of pure aqueous formulation,when the mass fraction of isomeric butanediol was no less than 6%,it could pass the challenge test and be regarded as the benchmark to prepare the essence solution.The experiment found that the addition of 6%isomeric butanediol could significantly reduce the addition of preservatives,thereby reducing the risk of p-hydroxyacetophenone precipitation in the formula and hexanediol stimulating the heat sensation.Combined with the advantages of higher safety and lower irritation of isomeric butanediol compared with other common diols,it could be the choice of anti-corrosion system in cosmetics.Keywords:antimicrobial isomeric butanediol cosmetics synergistic antimicrobial activity化妆品中含有的水分和营养物质有利于微生物的生长 1-2，从而导致皮肤问题。防腐剂可以抑制微生物的生长，保证化妆品的质量，但也可能引起皮肤过敏等症状。目前为敏感肌肤设计的化妆品配方中，经常避免使用 51 种传统防腐剂 3，关注化妆品的零防腐和防腐剂的可替代性，不含传统防腐剂的产品逐渐成为化妆品行业的热点趋 势。目前市场上主要有 3 种零防腐剂类型的化妆品：无菌化妆品、创新产品和使用替代防腐剂。无菌化妆品在高温下进行消毒，整个生产过程在无菌环境中进行，并设计了独特的无空气无菌包装，以帮助保持配方清洁。创新产品在配方中使用“胶凝”水，去除水带来的微生物污染 4-5。这是一个高度创新的防腐技术，确保配方或包装零细菌。替代防腐剂不在我国 化妆品安全技术规范（2015 年版）的防腐剂清单中，但又能充分发挥其防腐杀菌功能，堪称“无添加”防腐剂。例如辛乙二醇、辛二醇和乙基己基甘油 6，可以如防腐剂一样使用，起到化妆品防腐的作用。分析与测评张 明，等作 者 简 介张明（1981），男，硕士，工程师，主要从事化妆品配方开发。联系电话：15821561949E-mail:DOI:10.20099/j.issn.1000-4475.2022.0288第 4 期分析与测评张 明，等：异构丁二醇在水剂配方中的协同防腐作用145www.ffc-近年来，大量研究揭示了二元醇在化妆品中的抗菌作用。例如含有 C46饱和二元醇的化妆品可长期保存 7，不滋生细菌；烷基二元醇用于个人护理产品，部分邻位二元醇（1,2-己二醇和 1,2-辛二醇）也能表现出良好的防腐效果 8；1,2-戊二醇具有广谱抗菌活性，敏感皮肤也可使用 9；高含量丙二醇可产生快速杀菌效果，比二丙二醇和三乙二醇抑菌效果更好 10；1,3-丁二醇在质量分数为 15%时，对金黄色葡萄球菌具有一定的抑制作用 11。烷二醇类物质抑菌能力随自身碳链延长而增强 12。丙二醇的防腐性能较弱，在配方中的添加量往往需要达到 30%（质量分数）以上才具有防腐效果，而 1,2-戊二醇、1,2-己二醇和辛甘醇防腐性能更好 13。在保湿霜体系中，多元醇与中药提取物的组合起着协同的防腐作用，使其组合具有广谱抗菌活性，能有效抑制细菌和真菌的生长 14。这些研究说明，含有多元醇的化妆品具有很强的防腐能力。异构丁二醇是一种新型二元醇，其化学名称为 2-甲基-1,3-丙二醇，英文简写 MPDiol，具有独特的支链，对称的二醇结构 15。为探讨其对化妆品防腐的影响，进行了微生物抑菌试验，为零防腐化妆品的开发提供了依据和方向，以满足日化工业的更高要求。1 试验部分1.1 主要试剂与仪器材料：异构丁二醇（GC，98.0%），上海力精实业有限公司；金黄色葡萄球菌 ATCC6538、大 肠 埃 希 氏 菌 ATCC8739、铜 绿 假 单 胞 菌ATCC9027、白色念珠菌 ATCC10231、巴西曲霉ATCC16404，美 国 MicroBioLogics；艾 格 LT100肉汤、沙氏葡萄糖琼脂培养基（SDA）、胰酪大豆胨琼脂培养基（TSA），青岛海博生物；精华配方，自制。仪器：ME104 型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；BSC-1360B2 型生物安全柜，上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；LRH-250 型生化培养箱、MJ-250-I 型霉菌培养箱，齐欣科学仪器；YXQ-100A 型压力蒸汽灭菌器，上海博迅医疗生物仪器股份有限公司。1.2 精华液的制备按照表 1 的配方，将原料按比例加入烧杯，最后加入去离子水，在水浴中加热至 95 ，搅拌溶解，降温出料。表 1 精华类护肤品基础配方成分 INCI名称质量分数/%编号 1-1编号 2-0编号 2-1编号 2-2水加至 100.00 加至 100.00 加至 100.00 加至 100.00葡萄糖4.004.004.004.00汉生胶0.100.100.100.10琼脂0.050.050.050.05对羟基苯乙酮0.100.240.240.24己二醇00.360.360MPDiol10.0006.006.001.3 微生物挑战试验1.3.1 培养基的制备培养基按常规方法 16制备。称 取 艾 格 LT100 肉 汤 37.4 g，加 热 溶 解 于1 000 mL 蒸馏水中，121 高压灭菌 15 min，备用。称取 SDA 65.0 g，加热搅拌溶解于 1 000 mL纯水中，121 高压灭菌 15 min，冷却至 50 左右时，倾入无菌平皿，备用。称取 TSA 40.0 g，加热搅拌溶解于 1 000 mL纯水中，分装于三角瓶，121 高压灭菌 15 min，备用。1.3.2 试验菌液的制备 17分别接标准菌种在培养基上扩增，菌种需在36 条件下培育 24 h，白色念珠菌和巴西曲霉置于 28 的培养箱中分别培育 48 h 和 7 d，然后分别添加到相应浓度的洗脱液中进行洗脱，通过比色浊度法制成每 1 mL 中含活细菌数约为 108标准菌的细胞悬液，并用微生物限度检查法分别测定每 1 mL 标准菌的细胞悬液中细菌数量。1.3.3 防腐挑战试验与评价标准采用一次性加菌的 28 天微生物挑战试验。每个检测样品中取 5 份试样，每份 30 g。在每个检测试样中加入 1 份试验菌液（0.5 mL），经充分混合拌匀，每隔 7、14、28 d 进行采样，测定样品含菌量并取其对数值再进行评价。样品通过防腐挑战测试的条件是：14 d 的细菌数量对数值下降不少于 2.0，14 28 d 的细菌数量没有上升，且14 28 d 内真菌数量没有增加；否则，视为不通 过。分析与测评2023 年 8 月香料香精化妆品146www.ffc-参考 ISO 11930：2019化妆品 微生物学 化妆品的抗菌防护评定和美国药典 XLII（2019年）的第 51 章微生物挑战测试方法。评判标准见表 2。表 2 ISO 11930：2019 防腐挑战试验的评价标准微生物对数值的减少值细菌白色念珠菌巴西曲霉检定时间7 d14 d28 d7 d14 d28 d14 d28 d分类 A 3 3&NI 3&NI 1 1&NI 1&NI 0c 1&NI分类 B/3 3&NI/1 1&NI 0 0&NI注：a.本测试的对数值偏差不超过 0.5；b.NI 表示与前一阶段结果相比没有增长；c.0 代表相比接种量无增长。2 结果与讨论2.1 异构丁二醇在水剂中的防腐性能异构丁二醇在水剂中对混合细菌和混合真菌的防腐挑战测试结果列于表 3。异构丁二醇在质量分数为 3%时，对大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌有很好的抑制作用，对真菌白色念珠菌的抑制作用不明显，导致防腐试验失败；在异构丁二醇质量分数为 5%时，对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用，对铜绿假单胞菌有良好的抗菌作用，对真菌白色念珠菌和巴西曲霉无明显的抑制作用，没有通过防腐挑战。异构丁二醇在质量分数为 6%时，对大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌有明显的杀菌作用，对白色念珠菌和巴西曲霉抗菌作用强，能通过防腐挑战试验。异构丁二醇在防腐体系中的质量分数为 7%、8%或 9%时，对大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌有很强的抗菌作用，对白色念珠菌和巴西曲霉有明显的抗菌作用。综合考虑配方的安全性和化妆品原料成本，配方中异构丁二醇的质量分数必须不低于 6%才可有效抑制真 菌。2.2 异构丁二醇在精华配方中的协同防腐性能为了验证异构丁二醇的协同防腐作用，我们将其与化妆品中常用的无添加防腐组合（对羟基苯乙酮、己二醇）混合制作精华液，并加入营养表 3 异构丁二醇在水剂中的防腐挑战试验结果异构丁二醇质量分数/%测定时间/d残余菌量/（CFU g 1）结果大肠埃希氏菌铜绿假单胞菌金黄色葡萄球菌白色念珠菌巴西曲霉3721038104 1021021105未通过1431014103 102101110528 101101 102102110557 108103 1021021105未通过14 104103 10 10110528 10 10 10210221056731021103 1061012105通过14 101103 10 10210528 10 10 10 10210577 104103 1061011105通过14 10 10 10 10210528 10 10 10 102105873102 10 10 102105通过14 10 10 10 10210528 10 10 10 104104973102 10 10 102105通过14 10 10 10 10110528 10 10 10 101105第 4 期分析与测评张 明，等：异构丁二醇在水剂配方中的协同防腐作用147www.ffc-物质葡萄糖、琼脂。在添加营养物质的 4 种精华配方中，异构丁二醇的防腐能力见表 4 7。从表格中可以看到，3 种含有异构丁二醇的精华配方均通过防腐挑战试验（见表 4、6、7）。精华配方1-1 在第 14 d 时，大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的数量指数下降超过 2.0，14 28 d 细菌数量不增加，白色念珠菌和巴西曲霉在14 28 d 内没有增加，样品通过防腐挑战试验；精华配方 2-1 在第 7 d 时，细菌大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌数量大幅下降，真菌白色念珠菌和巴西曲霉的数量在 14 28 d 内无增加，抗菌作用明显；精华配方 2-2 在第 14 d 时，大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌数量的对数值下降超过 2.0，14 28 d 内白色念珠菌和巴西曲霉不增加，抑菌效果好。对照组精华配方 2-0（见表 5）在第 14 d 时，金黄色葡萄球菌数量的对数值下降低于 2.0，低于抑菌标准，抑菌效果不理想，没有通过防腐挑战试验。结合精华配方 2-0 和 2-1，异构丁二醇的缺少，直接影响低浓度对羟基苯乙酮和己二醇的抗菌能力；结合精华配方 2-0 和 2-2，即使没有己二醇的参与，对羟基苯乙酮和异构丁二醇也能起到抗菌效果；结合精华配方 1-1 和 2-2，减少对羟基苯乙酮的添加量，同时增加异构丁二醇还能起到抗菌效果；结合精华配方 2-1 和 2-2，异构丁二醇的添加，可显著降低对羟基苯乙酮（通常添加量约质量分表 4 精华配方 1-1 的防腐挑战试验结果测试菌种结果（对数值的减少值）结论（分类 B）7 d14 d28 d大肠埃希氏菌2.7 4.5 4.5通过铜绿假单胞菌 4.5 4.5 4.5通过金黄色葡萄球菌1.43.2 4.6通过白色念珠菌3.3 4.4 4.4通过巴西曲霉2.71.63.1通过表 5 精华配方 2-0 的防腐挑战试验结果测试菌种结果（对数值的减少值）结论（分类 B）7 d14 d28 d大肠埃希氏菌2.7 4.5 4.5通过铜绿假单胞菌 4.5 4.5 4.5通过金黄色葡萄球菌1.42.7 4.6未通过白色念珠菌3.3 4.4 4.4通过巴西曲霉2.71.63.1通过表 6 精华配方 2-1 的防腐挑战试验结果测试菌种结果（对数值的减少值）结论（分类 A）7 d14 d28 d大肠埃希氏菌 4.5 4.5 4.5通过铜绿假单胞菌 4.5 4.5 4.5通过金黄色葡萄球菌 4.6 4.6 4.6通过白色念珠菌 4.4 4.4 4.4通过巴西曲霉2.11.22.4通过表 7 精华配方 2-2 的防腐挑战试验结果测试菌种结果（对数值的减少值）结论（分类 B）7 d14 d28 d大肠埃希氏菌 4.5 4.5 4.5通过铜绿假单胞菌 4.5 4.5 4.5通过金黄色葡萄球菌3.2 4.6 4.6通过白色念珠菌0.9 4.4 4.4通过巴西曲霉2.81.32.8通过数 0.5%）、己二醇添加量（通常添加量约质量分数0.6%），同时也能顺利通过防腐挑战。根据试验结果，精华配方 2-1 的抗菌效果最好。说明在精华配方中，异构丁二醇、对羟基苯乙酮和己二醇混合可以协同增效，对微生物具有明显的抗菌作用。3 结论在纯水剂中，异构丁二醇添加量达到质量分数 6%时，具有广谱抗菌作用，对常见细菌和真菌有不同程度的抑菌作用，具有良好的防腐效果。随着异构丁二醇质量分数的增加，从 7%逐渐上升到 9%，抗菌效果逐渐增强。异构丁二醇具有一定的防腐能力，同时异构丁二醇防腐能力的强弱，与其含量正相关。异构丁二醇与非传统防腐剂的搭配中，异构丁二醇的添加可显著降低对羟基苯乙酮（通常添加量约质量分数 0.5%）、己二醇（通常添加量约质量分数 0.6%）的添加量，顺利通过防腐挑战。新型多元醇异构丁二醇具有协同防腐能力，其机理与其他多元醇类似。多元醇主要作用于细胞膜，通过破坏微生物细胞膜，改变膜渗透性，导致囊泡破裂，细胞液渗透，导致微生物死亡，从而达到防腐作用 18-19；其优异的协同防腐能力得益于其具有特殊的支链和对称的分子结构，使得防腐能力进一步加强。为了进一步验证异构丁二醇的协同防腐性（下转第 154 页）企业与市场2023 年 8 月香料香精化妆品154www.ffc-www.ffc-种科技手段进行验证，如前文提到的脑电波技术或核磁共振技术等等，因此使用该种香精技术的新型个护产品有望在今后被不断地研发，在个人护理市场中占领一席之地。参考文献童迎春.日化香精在染发产品中的应用 J.香料香精化妆品,1 2011(2):49-51.CAMPBELL L,WIESEN A.Restorative commons:creating 2 health and well-being through urban landscapes M.Madison:USDA Forest Service,2011.孙旻恺,金荷仙.日本植物香气对人体健康影响研究进展 J.3 世界林业研究,2020,33(5):108-112.金荷仙.梅、桂花文化与花香之物质基础及其对人体健康的4 影响 D.北京:北京林业大学,2003.高翔,姚雷.特定芳香植物组合对降压保健功能的初步研究5 J.中国园林,2011,27(4):37-38.HYUNJU J,SUSAN R,EIJIRO F,6 et al.Physiological and psychological response to floral scent J.Hort Science,2013,48(1):82-88.吴凌峰.四种芳香植物自然香气的助眠作用初步研究 J.上7 海农业科技，2011(4):22-24.周勤梅,谯明鸣,彭成,等.紫苏叶挥发油舒张血管作用及其8 活性物质探究 J.天然产物研究与开发,2019,31(11):1949-1953,2000.王晴艺,金荷仙.紫苏植株香气对人体生理和心理健康的影9 响 J.浙江林业科技,2021,41(1):98-102.石井海鈴,川上保子,大久保滋夫.睡眠下10 芳香吸入身体影響 J.生物試料分析,2019,42(2):123-129.上江洲香代子,林由香,藤本麻里,等.11 香行動及影響 J.活水論文集(健康生活学部),2013(56):103-107.安正鎬.香主観的12 身体的覚醒度及影響 J.法政大学大学院紀要,2019(82):11-21.RODRIGUEZ A,ANGEL M,DEL M.Classification model of 13 arousal and valence mental states by EEG signals analysis and Brodmann correlations J.International Journal of Advanced Computer Science and Applications,2015,6(6):230-238.能，我们还考察了异构丁二醇与辛酰羟肟酸己二醇的抑菌体系（质量分数为异构丁二醇 6%、辛酰羟肟酸 0.03%、己二醇 0.38%），同样顺利通过防腐挑战试验。进一步说明异构丁二醇的添加可以适量降低原化妆品配方中防腐成分的添加量，在一定程度上降低配方成本，同时使产品更加安全、温和。参考文献刘树葆,张蕾,臧跃,等.保湿二元醇化妆品防腐功能评价1 C.杭州:第七届中国化妆品学术研讨会,2008.王佳慧,张红强,张佳美.一种化妆品复配防腐体系的研究2 J.中国洗涤用品工业,2022(6):56-60.胡梅.化妆品防腐及防腐体系的构建 C.上海:第九届中国3 化妆品学术研讨会,2012.高宇婷,葡萄多酚水凝胶的制备及在化妆品中的应用 D.上4 海:上海应用技术大学,2021.WANG R,WANG X X,ZHAN Y J,5 et al.A dual network hydrogel sunscreen based on poly-glutamic acid/tannic acid demonstrates excellent anti-UV,self-recovery,and skin-integration capacities J.ACS Applied Materials&Interfaces,2019,11(41):37502-37512.王小洪,徐晓明,陈斌,等.一种化妆品复配防腐体系的研究6 J.香料香精化妆品,2019(1):51-58.陈爱菊.二元醇用于化妆品防腐 J.浙江化工,1983(1):55-7 56.SYMRISE,林文强,李成亮.保湿二元醇的防腐功能 J.中8 国化妆品,2007(2):96-97.方瑞欣.无添加无防腐剂化妆品的研制与生产 J.日用化学9 品科学,2006(9):37-40.ROBERTSON O H,APPEL E M,PUCK T T,10 et al.A study of the bactericidal activity in vitro of 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