化妝品防腐劑作用機理

1、化妝品防腐劑作用機理1、防腐劑的定義 簡而言之，防腐劑就是指可以阻止微生物生長的物質(zhì)。在化妝品中，防腐劑的作用是保護產(chǎn) 品，使之免受微生物污染，延長產(chǎn)品的貨架壽命；確保產(chǎn)品的安全性，防止消費者因使用受微生物 污染的產(chǎn)品而引起可能的感染。化妝品受到微生物污染引起變質(zhì)，一般情況下，在外觀就能夠反應(yīng) 出來。如霉菌和酵母菌經(jīng)常在產(chǎn)品的包裝邊沿等地方出現(xiàn)霉點；受微生物污染的產(chǎn)品出現(xiàn)混濁、沉 淀、顏色變化、PH值改變、發(fā)泡、變味，如果是乳化體則可能出現(xiàn)破乳，成塊等。如果防腐劑添加 的量不夠，則可能出現(xiàn)微生物適應(yīng)周圍的生長環(huán)境，產(chǎn)生抗藥性，從而導(dǎo)致防腐失效。2、防腐劑的作用機理化妝品中微生物的生存和繁殖是依

2、賴于一些環(huán)境因素的：物理方面的有溫度、環(huán)境PH值、滲透壓、輻射、靜壓；化學(xué)方面的有水源、營養(yǎng)物質(zhì)（C N、P、S源）、氧、有機生長因子?；诖?，可以簡單總結(jié)防腐劑的作用機理有：1）在一些油膏類等含水量很低的產(chǎn)品中，微生物一般情況下是很難生長的；2）對于大多數(shù)細菌來說，最適合生長的 PH范圍是接近中性（），強酸及強堿不適合微生物的 生長，比如常見的果酸產(chǎn)品，防腐效果通常會平行好過中性產(chǎn)品；3）提高或降低滲透壓會可導(dǎo)致細胞膜的破裂，也可引起膜的收縮和脫水；4）另外表面張力也是影響微生物生長的原因之一，在一些表面活性劑用量很高的配方中，微生 物也是不容易生長，在這個方面，陽離子表面活性劑表現(xiàn)比較突出

3、，而陰離子及非離子對微生物的 生理毒性則很小。5） 在一般情況下，細菌最適宜生產(chǎn)的溫度為 30C37C,而霉菌及酵母菌為 20C 25C，所以 可以采用高溫消毒的方法，但個別芽胞菌在適應(yīng)環(huán)境后，生成保護膜，即使80 C90C高溫下短時 間內(nèi)也無法將其殺滅。防腐劑對微生物的作用，只有在足夠的濃度與微生物直接接觸的情況下，才能產(chǎn)生作用。防腐 劑最先是與細胞外膜接觸，吸附，穿過細胞膜進行細胞質(zhì)內(nèi)，然后才能在各個部位發(fā)揮藥效，阻礙 細胞繁殖或?qū)⑵錃⑺?。實際上，主要是防腐劑對細胞壁和細胞膜產(chǎn)生的效應(yīng)，另外是對影響細胞新 陳代謝的酶的活性或?qū)毎|(zhì)部分遺傳微粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。3、防腐劑的分類大多數(shù)的防腐劑都

4、是通過與細胞膜接觸后，與細胞壁的某些組份，主要是與蛋白質(zhì)反應(yīng)，破壞微生物細胞的保護結(jié)構(gòu)或干擾細胞的新陳代謝，影響細胞的正常生長秩序，從而達到防腐的目的， 陽離子則主要是通過影響其滲透壓，使細胞膜破裂，收縮和失水，從而進行殺菌。按目前化妝品領(lǐng)域比較常用的幾十種防腐劑，并對其按活性物進行分類。1）、咪唑烷基脲ISP 公司的 Germall115、Germall n、Germabenn -E、Germallplus、GermalllS-45 。在杰美系 列中，主要成份是咪唑烷基脲類，是一個甲醛的供體，在應(yīng)用的過程中通過緩慢釋放甲醛而達到殺菌的目的。Germall115的主要成份為咪唑烷基脲，其抗菌活

5、性比Germall n （雙咪唑烷基脲）差，Germabenn -E為尼泊金酯類的復(fù)配物，在對付霉菌、酵母菌方面比單組分方面有優(yōu)勢。Germallplus 、GermallIS-45 為碘代丙炔基丁基甲氨酸酯的復(fù)配物，市場反應(yīng)效果也不錯，但是注 意避免配方中可能存在的抑制其活性的成分，另外防腐劑中1%的碘代丙炔基丁基甲氨酸酯水溶性較差，在操作時，如果未用有機溶劑進行溶解，也可能會影響其防腐效果。GermallIS-45 是的 ISP 公司銷售的較新的品種，其中增含有尼泊金甲酯5%，此舉增強了對霉菌、酵母菌抑制能力。2）、已內(nèi)酰脲LONZA公司的glydantplus 、DMDMHNIPA公司的

6、 DMDIMH本類產(chǎn)品也是甲醛供體。glydantplus是碘代丙炔基丁基甲氨酸酯的復(fù)配物，碘代丙炔基丁基甲氨酸酯的含量為5%此外LONZA還提供據(jù)稱活性物達 50%的 liquidglydantplus （丙二醇溶液），也需注意配方中的還原劑等組分可能會對其 產(chǎn)生抑制作用。3）、異噻唑啉酮羅門哈斯公司的 KathonCG 950, LONZA公司的 isocilpc , S&M公司的 EUXYLK1O0 EUXYLK727本類產(chǎn)品也是甲醛供體。LONZA公司的isocilpc 是由二種異噻唑啉酮組成，配方中增加23%勺鎂鹽進行增效，主要是改變滲透壓。K727是甲基二溴戊二腈的復(fù)配物。而EUX

7、YLK1O0則是苯甲醇的復(fù)配物，這對于氣相部分也有相當(dāng)?shù)姆栏芰Α?）、尼泊金酯類（對羥基苯甲酸酯）浙江圣效、ISP公司的liquaparoil 、S&M公司的EUXYLK300 NIPA的phenonip等。本類防腐 劑是目前應(yīng)用最廣泛的防腐劑之一，但用量相對較大，隨著碳鏈的增長，其水溶性相逐漸變差，影 響其在水相中的分配率。其防霉效果比較突出。尼泊金甲酯水溶性最好，常可以直接添加在水相； 而尼泊金乙酯、丙酯、丁酯和異丁酯則傾向于溶解在油相中。尼泊金甲酯是適用于酸性體系的防腐劑，當(dāng)pH5時，本身具有77%的最高抑菌活性，pH7時為63%,當(dāng)時接近50%。所以，體系中尼泊金酯的活性可以主要通過

8、降低體系的pH值得到改善，通常是或更低，雖然有時他們也能在pH值略高些的體系中保持其功效。5）、季銨鹽 -15這類產(chǎn)品目前只有 DowChemical 公司的 Dowicil200 。 Dowicil200 不會稀放甲醛,但其抗氧化還 原能力比 ISP 公司的杰美要好。在一些易變色的配方中通常的作法可以添加少量的亞硫酸鹽進行預(yù) 防。6）、國產(chǎn)凱松-CG（化學(xué)結(jié)構(gòu)同第3類）浙江圣效的CY-1、山東明達的 MD-2000、江蘇新科的新科-99、陜西華潤的 KS-1、西安先鋒的 XF-1。本類產(chǎn)品也是甲醛的供體。在使用方面對PH值比較敏感，在偏酸性的環(huán)境中能發(fā)揮非常好的防腐作用,用量很少,大約 %就

9、能發(fā)揮很好的作用。但在堿性環(huán)境中,則會失去其防腐活性。在本類 產(chǎn)品中,為增加其防腐活性,其中會添加鎂鹽,以提高其滲透壓,故在使用本產(chǎn)品的時候必須考慮 原料之間的相容性問題,以免發(fā)生沉淀,特別是在透明產(chǎn)品中,要十分小心。此外,胺類、硫醇、 硫化物、亞硫酸鹽、漂白劑也可使凱松失活。7）、另外還有苯甲酸 / 苯甲醇及衍生物防腐劑、醇類及衍生物防腐劑, 其中比較有代表性的有苯氧基乙醇,它是很好的溶劑和防腐劑,在防腐劑的配制中經(jīng)常被作為溶劑來溶解其他油溶性的防腐劑,但它本身可作為一個乳化劑,所以在使用時要考慮其對產(chǎn)品自身 的影響。而也需要注意苯氧乙醇在某些高pH值情況下出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況。8）苯甲酸 /苯

10、甲酸鈉 / 山梨酸鉀苯甲酸 / 苯甲酸鈉 / 山梨酸鉀主要用在食品方面，所以把它們列在一起。其防腐作用機理是：苯 甲酸類防腐劑是以其未離解的分子發(fā)生作用的，未離解的苯甲酸親油性強，易通過細胞膜，進入細 胞內(nèi)，干擾霉菌和細菌等微生物細胞膜的通透性，阻礙細胞膜對氨基酸的吸收，進入細胞內(nèi)的苯甲 酸分子，酸化細胞內(nèi)的儲堿，抑制微生物細胞內(nèi)的呼吸酶系的活性，從而起到防腐作用。這類防腐劑也屬于酸性體系有效的類別，山梨酸和苯甲酸于pH7時無活性，于pH5時分別呈現(xiàn)出 37和 13的活性，因此它們應(yīng)在偏酸性的介質(zhì)中應(yīng)用。9）布羅波爾布羅波爾（ Bronopol ）是 2- 溴-2- 硝基 -1,3- 丙二醇的

11、簡稱，具有廣譜抑菌作用，能有效地抑制 大多數(shù)細菌，特別是對革蘭氏陰性菌抑菌效果極佳。在高溫和堿性條件下不穩(wěn)定，在太陽光照下顏 色變深。布羅波爾可與大多數(shù)表面活性劑配伍，但當(dāng)在化妝品原料中含有-SH 基團的物質(zhì)，如半胱氨酸等，會降低布羅波爾的抑菌活性。另外，金屬鋁也能降低布羅波爾的抑菌活性。10）IPBCIPBC的英文名稱3-iodo-2-propynyl-butyl-carbamate，主要成分為碘代丙炔基氨基甲酸丁脂，具有廣譜抗菌活性，尤其是對霉菌及酵母菌有很強的抑殺作用。配伍性佳，可與化妝品中存在 的各種組分相配伍，試驗結(jié)果表明其抑菌能力不受化妝品中表面活性劑、蛋白質(zhì)以及中草藥等添加 物的

12、影響。11）三氯新三氯新的 INCI 命名為 Triclosan ，用量低時可作為防腐劑使用。用量高時，由于對對引起感染 或病原性革蘭氏陰性菌、真菌、酵母及病毒（如甲、乙肝、狂犬病毒、艾滋病毒HIV）等具有廣泛、高效的殺滅及抑制作用，所以可也用在消毒類產(chǎn)品中。在高濃度用量時，作為殺菌劑使用，其機理是可直接破壞細菌細胞膜，造成胞質(zhì)中蛋白質(zhì)及核 酸的不可逆變性，導(dǎo)致低分子量的細胞內(nèi)溶物滲出，細菌死亡。在低濃度用量時，作為抑菌劑使用，其機理是作用在細菌細胞膜上，阻礙細菌對生長必需的氨 基酸、尿嘧啶等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而抑制細菌的產(chǎn)生，在極低濃度時勢（MIC）而能發(fā)揮這種作用。防腐劑的種類繁多，不勝枚

13、舉，這里是列舉了化妝品領(lǐng)域中比較常用的種類?？偟膩碚f，大部 分的防腐劑都對強氧化還原的化學(xué)試劑敏感，因為他們是通過與微生物細胞中的各個靶點進行化學(xué) 反應(yīng)，干擾細胞的新陳代謝，破壞細胞的結(jié)構(gòu)。而季銨鹽類等是通過影響微生物細胞的滲透壓進行 防腐的。而因在使用防腐劑時，應(yīng)考慮配方中各個組分對防腐劑的影響，才能使防腐劑發(fā)揮最大的 作用。4、無添加防腐劑隨著科研水平的進步，業(yè)界對防腐劑的安全性研究也越來越深入，許多傳統(tǒng)有被使用的防腐 劑，都被證實具有一定的負面作用。所以，安全的“無添加”防腐劑的產(chǎn)品概念，這些年從日本傳 入以來，甚受市面歡迎。只是由于技術(shù)層面的原因，仍未完全普及。但是，如果某一天，配方師

14、們 解決了不含防腐劑體系的防微生物問題，相信“無添加”的產(chǎn)品會占有更大的市場比例。防腐劑的隱憂包括：DMDMH擔(dān)心釋放的甲醛；卡松系列：含氯，可能對某些膚質(zhì)有刺激；布羅波爾：可能導(dǎo)致致癌物質(zhì)亞硝胺的形成；IPBC:可能導(dǎo)致攝入碘；尼泊金酯類：近年來對尼泊金酯類的關(guān)注越來越多，主要集中于兩點。一點是對羥基苯甲酯酯 類的苯環(huán)，在極低的濃度能被檢測出來，而且由于其是親脂性的，所以在脂肪組織中的某種累積可 能會發(fā)生。另一點是對羥基苯甲酸防腐劑類，特別是對羥基苯甲酸丁酯，在特定的測試系統(tǒng)中已經(jīng) 證實能顯示某種模擬女性激素雌激素的能力。從對羥基苯甲酸甲酯到n- 對羥基苯甲酸丁酯和異羥基苯甲酸丁酯，雌激素活

15、性隨著烴基鏈長度而增加。當(dāng)然，也有一種論點是，對羥基苯甲酸類是功能 性酯，能被活體組織中存在的酶輕易水解，所以并不會對人體安全和生理系統(tǒng)帶來影響。三氯新:已被證實是對環(huán)境有負面影響的原料；5、防腐劑的復(fù)配性通常來講，某一種防腐劑只是對某一特定菌落才有殺滅或是抑制效果的，所以，出于下列考 慮，有必要進行化妝品配方中的防腐劑復(fù)配研究。1）拓寬抗菌譜:某種防腐劑對一些微生物效果好而對另一些微生物效果差，而另一種防腐劑剛 好相反。兩者合用，就能達到廣譜抗菌的防治目的。2）提高藥效:兩種殺菌作用機制不同的防腐劑共用，其效果往往不是簡單的疊加作用，而是相 乘作用，通常在降低使用量的情況下，仍保持足夠的殺菌

16、效力。3）抗二次污染:有些防腐劑對霉腐微生物的殺滅效果較好，但殘效期有限，而另一類防腐劑的 殺滅效果不大，但抑制作用顯著，兩者混用，既能保證貯存和貨架質(zhì)量，又可防止使用過程中的重 復(fù)污染。4）提高安全性:單一使用防腐劑，有時要達到防腐效果，用量需超過規(guī)定的允許量，若多種防 腐劑在允許量下的混配，既能達到防治目的，又可保證產(chǎn)品的安全性。5）預(yù)防抗藥性的產(chǎn)生:如果某種微生物對一種防腐劑容易產(chǎn)生抗藥性的話，它對兩種以上的防 腐劑都同時產(chǎn)生抗藥性的機會自然就困難得多。6、防腐劑的化學(xué)相容性在防腐劑的使用中，需要十分注意體系各原料與其的相容性。相容性是指防腐劑可以與內(nèi)容物 的組分、包裝材料、特定物質(zhì)等發(fā)

17、生作用，引起效果降低甚至失效或相反，增效的過程，如果是失 效的相容性，則需引起重視。下面列出的方面僅供參考，需要在實際配方研發(fā)和生產(chǎn)過程中，不斷 加以積累、總結(jié)和補充，方能盡可能全面的掌握防腐劑的化學(xué)相容性問題。1）化妝品中的某此組成材料如碳水化合物、滑石粉、金屬氧化物、纖維素等會吸附防腐劑，降 低其效力。2）產(chǎn)品中含有淀粉類物質(zhì)，可影響尼泊金酯類的抑菌效果。3）高濃度的蛋白質(zhì)（氨基酸）一方面可能通過對微生物形成保護層，降低防腐劑的抑菌活性， 另一方面又能促進微生物的增長。4） 金屬離子如 Mg2+、Ca2+、Zn2+,對防腐劑的活性有很大的影響，一般情況下，過量的金屬 離子在香料、潤滑劑、天

18、然或敏感的化合物中易形成難溶物或發(fā)生催化氧化反應(yīng)。5）防腐劑可和化妝品的某些組分形成氫鍵（如山梨酸與某些組分）或螯合物（如增稠劑中的鐵 離子），通過“束縛”或“消耗”的方式，降低防腐體系的效能。6）少量表面活性劑劑能增加防腐劑對細胞膜的通透性，有增效作用，但是量大時會形成膠束， 吸引水相中的防腐劑，降低了防腐劑在水相中的含量，影響了其殺菌效能。7）某些防腐劑和表面活性劑如硫酸鹽（酯）、碳酸鹽（酯）、含氮表面活性劑作用、和色素?zé)?光染料作用、和包裝材料（塑料、金屬、橡膠）作用，在影響防腐劑效力的同時，也損害產(chǎn)品的品 質(zhì)。8）非離子以及高乙氧基的物質(zhì)都會影響尼泊金酯類的活性9）亞硫酸鹽則會影響異噻

19、唑啉酮和甲基二溴戊二腈的活性，有些人可能說我的配方里面不含有 亞硫酸鹽，應(yīng)該沒事。但是，別忘了，比如亞硫酸鈉是一種常見的原料脫色劑，不妨跟原料供應(yīng)商 確認一下，原料當(dāng)中是否含有亞硫酸鹽。10）某些塑料可以吸附防腐劑的活性（比如尼泊金酯類）。因此對產(chǎn)品在其最終包裝中進行測 試來確保其充分的防腐是非常重要的。11）防腐劑對去離子水的表面張力，產(chǎn)品的發(fā)泡性，組分的溶解性，色素的顯色性，香料的香 味，活性因子的生物活性等多方面的影響或潛在影響都應(yīng)該在考慮之列。而在相容增效方面，最典型的例子就如：如果配方中含有超過 15的乙醇就不需要添加其它防腐劑。同樣，在防曬及針對尿疹的配方中 所含的氧化鋅，其本身就

20、具有抗微生物的特性。配方中如果二醇含量高可以提升防腐劑的效果甚至 可以通過與游離的水的結(jié)合，控制微生物生存所需的環(huán)境，從而起到少添加甚至不需要添加其它防 腐劑的效果。而在體系方面的討論，則主要集中在諸如在油包水，硅油包水或者不含水的產(chǎn)品中是否需要防 腐劑等方面。事實是，即使我們知道微生物的生長離不開水，即使我們知道這些體系的外相不含有 水，但是不要忽略了空氣中的濕氣，少量的濕氣可能只是停留在產(chǎn)品的表面但這已經(jīng)足以引起產(chǎn)品 的微生物污染。所以，苯氧乙醇等具有一定揮了性的蒸氣壓的防腐劑，對這種性質(zhì)的微生物污染可 以起到防范的作用。7、防止過程污染配方人員在實驗室中設(shè)計好了滿足體系需要的防腐劑體系，

21、但有時仍然在消費者手中的時候， 生產(chǎn)了微生物問題，這主要就是由于過程污染的引入，破壞了原有的體系所致。所以，也應(yīng)該在產(chǎn) 品生產(chǎn)的各個過程中，注意防范過程污染源的引入。下面是可以加以控制的地方。1）防止原料的污染 化妝品原料種類繁多，主要包括各種表面活性劑類、動植物油脂類，動植物蠟類、脂肪酸及其 酯類、醇類、烴類、膠質(zhì)類、糖類、淀粉類、蛋白質(zhì)類、纖維素衍生物類、維生素類、無機鹽類和 粉劑填料類工業(yè)品。這些原料進廠前，大多未經(jīng)滅菌處理，并且具備微生物生長繁殖的條件。許多 革蘭陰性菌在多數(shù)表面活性劑的媒介中均能很好的生長，革蘭菌特別是單胞菌經(jīng)常出現(xiàn)在多數(shù)化妝 品原料中。另外，化妝品生產(chǎn)中使用大量的水

22、，也有可能將微生物帶入成品中。一般來講，原料的 質(zhì)量在很大程度上決定成品的質(zhì)量，所以，在化妝品的生產(chǎn)過程中必須建立原材料的檢測程序，制 定原料的微生物指標，采用嚴格的殺菌、除菌方法。原料貯存時容易污染，應(yīng)采用防潮容器，按規(guī) 定的溫度和使用期限使用。對受到微生物污染的原材料，一般采用熱殺菌、紫外線殺菌及過濾除菌、沉降除菌等方法。熱 殺菌方法對滅殺一般的微生物均十分有效。化妝品用水一般采用去離子水或蒸餾水，貯存幾天后會產(chǎn)生各種雜菌。為保證用水的質(zhì)量，應(yīng) 每日檢測水中的微生物，如果沒有明顯問題出現(xiàn)，可減少測試頻率，但這必須建立在已證明的有效 系統(tǒng)基礎(chǔ)上。但對水處理系統(tǒng)中微生物控制裝置及各用水點，每星

23、期至少進行一次微生物檢驗，假 如有某一取水點測試結(jié)果超標，必須進行全面分析，直到找出原因并采取果斷措施加以改正。2）防止環(huán)境和設(shè)備的污染 生產(chǎn)環(huán)境中空氣系統(tǒng)的設(shè)計針對工廠每一個區(qū)域的特殊要求而有所不同，它應(yīng)考慮在此區(qū)域進 行操作所需要空氣的質(zhì)量，這將要求幾種不同的空氣處理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的設(shè)計要基于每一服務(wù)區(qū) 域所需的空氣質(zhì)量。這些系統(tǒng)的設(shè)計必須要考慮幾個方面，包括進入空氣的質(zhì)量、溫度、濕度、交 換速度和系統(tǒng)設(shè)計對空氣純度的要求，并且要考慮進 / 出通風(fēng)口的位置，以及控制氣流模式的管道的 布置。在潮濕地區(qū)，需定期對墻壁、天花板、地板、鍋釜、攪拌漿、供料管和用具進行強力清洗和殺 菌消毒，因為這些地方有利于微生物的生長繁殖。常用的消毒劑有次氯酸鈉、甲醛、新潔爾滅、醋 酸洗必泰和乙醇等。3）防止包裝的污染包裝材料 （ 桶、瓶、蓋 ） 的不