1、化妆品防腐剂的研究进展综述1.1 防腐剂1.1.1 防腐剂的定义防腐剂就是指可以阻止微生物生长的物质。即对以腐败物质为代谢底物的微生物的生长具有持续的抑制作用。重要的是它能在不同情况下抑制最易发生的腐败作用，特别是在一般灭菌作用不充分时仍具有持续性的效果。对纤维和木材的防腐用矿油、煤焦油、丹宁，对生物标本用甲醛、升汞、甲苯、对羟基苯甲酸丁酯、硝基糠腙衍生物或香脂类树脂。1.1.2 防腐剂的分类1.1.2.1 弱有机酸常用的有醋酸、乳酸、苯甲酸和山梨酸等，对细菌、真菌均有抑制作用。 在溶液中，弱酸随 pH 不同在解离和未解离状态间存在动态平衡。在低 pH 值情况下该类防腐剂有最大抑菌活性，因为此
2、时分子多数处于未电离状态，未电离的有机弱酸分子是亲脂性的，因此可自由透过原生质膜。进入细胞内后，在高pH 环境下，分子解离成带电质子和阴离子，不易透过膜而在细胞内蓄积。防腐剂分子不断扩散入细胞直到达到平衡，引起细胞内 H的失控，改变细胞内 pH状态及蓄积毒性阴离子，抑制细胞的基础代谢反应，最终达到抑菌目的。 细菌对弱酸的适应性通常是其本身固有的而非诱导产生的。G菌细胞壁只有肽聚糖层，巨大芽孢杆菌营养细胞的细胞壁可通过 30000D 的分子，因此，防腐剂极易进入这些细胞内部，即细胞固有的适应性也较弱。G菌的适应性则较复杂，因为它们具有内外壁，外壁层(脂多糖层)在控制细胞对防腐剂或其他小分子物质的
3、亲和性方面起着很关键的作用。 在很多情况下，细菌也可经诱导产生适应性，如 E.coliO157:H7 经 pH2.0 强酸条件处理后诱导其耐酸反应可对苯甲酸产生一定抗性。一些 G菌，如单核细胞增生李斯特菌，在 pH5.0 温和酸性条件下放置后，可大大增强其在 pH3.0 时的耐酸性。推测是细胞有一复杂的耐酸防御系统，使其可在低 pH 值下存活。 真菌也同样会对有机弱酸产生适应性。对酵母的适应性研究表明可能细胞膜上的 HATP 酶和转移子 Pdr12 起着重要的作用，它们可分别将细胞内的 H和防腐剂阴离子排出细胞，从而维持细胞正常的新陈代谢。1.1.2.2 过氧化氢 在乳中发现乳过氧化物酶系统对
4、细菌和真菌都有较强抗菌作用，许多 G和 G菌可以被乳过氧化物酶系统抑制，G通常比 G更敏感。该系统在氢过氧化物和硫氰酸盐的存在下可发挥最大活性，过去也将过氧化氢直接加入食品中，但由于对 VC 破坏太大，现在很少直接用于食品，而多用于包装材料的灭菌。 在合适的条件下，过氧化氢可产生活性单氧，它有极强的生物致死作用。另外，在分子氧的不完全还原过程中产生的超氧化自由基，与过氧化氢和痕量金属离子(如 Fe2)协同作用可产生极具杀伤力的羟基自由基。过氧化氢的抑菌效果与使用浓度、环境 pH、温度等有关，例如在室温下杀芽孢能力很弱，而在高温时则很有效。过氧化氢对芽孢的杀伤机制还不明确，对真菌和细菌营养细胞的
5、致死性与细胞 DNA 损伤有关。细菌和真菌通过多种途径保护自身免受氢过氧化物伤害。许多细菌依靠过氧化氢酶降低过氧化氢毒性，但过氧化氢向细胞内有很高的扩散速率，少量细胞时，细胞自身的过氧化氢酶没有足够的活性来保护细胞，在细胞浓度较高时，过氧化氢酶阳性细胞则可产生足量的酶来保护大多数细胞免受伤害。细菌芽孢对氢过氧化物的耐受性一般认为是源于芽孢形成过程中合成的 / 酸溶性蛋白的存在，它们可保护休眠状态的 DNA 免受损伤。 酵母细胞有一整套抗氧化防御系统，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、细胞色素、过氧化物酶、硫氧还蛋白、谷氨酰胺半胱氨酸合成酶等。用低浓度过氧化氢处理后，酵母的许多应激系统会被激活，可
6、保护细胞耐受以后更高浓度的过氧化氢。 1.1.2.3 螯合剂食品中常用的螯合剂有：柠檬酸盐、乳酸盐、焦磷酸盐和 EDTA 等，其防腐作用主要是通过与其它防腐剂协同作用而实现的。对于 G菌，螯合剂起 G外膜渗透剂的作用，EDTA 可从 G部分除去含脂多糖的外壁层，还能帮助溶解类脂化合物，特别是脂肪酸，从而增加了其对化学防腐剂的敏感性。对 G菌的抑制作用则主要是由于和金属离子结合。当溶液 pH 下降时 EDTA 螯合重金属离子的能力下降，抑菌活性也随之下降。柠檬酸盐由于其 Ca 螯合活性可抑制分解蛋白质的 C.botulinum 的生长。对于真菌，EDTA 通过螯合 Zn 可抑制酵母的生长，推测是
7、阻碍了正常细胞壁的合成。 1.1.2.4 其他小分子有机物 许多小分子有机物有很好的防腐作用，如肉桂酸、对羟基苯甲酸酯等。实际上，有许多抗菌成分是在植物中天然存在的，牛至、丁香、荔枝等中都可提取到有抗菌作用的物质，包括香草酚、阿魏酸、对烯丙基茴香醚、愈创木酚等。这些成分一般为疏水物质，能使细胞膜功能紊乱甚至使细胞膜破裂，最终导致微生物死亡。对苯甲酸、肉桂酸和苯甲醛等定量结构活性相关的研究中发现，由反相 HPLC 测的亲脂性参数与它们抗单核细胞增生李斯特菌性能有显著关系。Helander 等测试香芹酚、麝香草酚、贡蒿萜酮和肉桂醛等对 E.coliO157:H7 的效果，他们指出麝香草酚和贡蒿萜酮
8、降低 E.Coli 胞内 ATP 含量，而同时胞外ATP 增加，这可能暗示细胞膜成分已被破坏。 由于许多化合物带浓烈的风味，使其在食品中的应用受到限制，例如洋葱和大蒜中的异硫氰酸酯有较强抗菌作用，其衍生物烯丙基异硫氰酸酯和甲基异硫氰酸酯早已作为杀虫剂在农业上使用了，在食品中则由于其风味问题而妨碍了其应用。对异硫氰酸酯，推测其抗菌活性与通过氧化裂解二硫键钝化细胞外酶有关，而且反应性硫氰酸盐自由基可增加抗菌活性。 关于微生物对这些抗菌成分产生适应性的机制还不很明确，可能是在微生物中存在抗药性泵可以排除进入微生物的防腐物质而保护微生物免受抑制。在G菌中已知多药抗性蛋白指令系统包括中性化合物泵(Emr
9、AB)及双亲性阴阳离子泵(AcrAB)，在 G金黄色葡萄球菌中 NorA 多适应性泵负责排出合成的两性分子的阳离子化合物如溴乙啡啶及植物来源的抗生素如黄连素和非洲防己碱。 1.1.2.5 肽类防腐剂大多数天然抗菌肽的抑菌作用是由于干扰细胞膜功能，如 ceropin 和 nisin 等能在细菌细胞膜上形成电势依赖通道，导致细胞内小分子溢流而使细胞死亡，这些肽的离子通道形成能力是抑制微生物的重要原因。 有的抗菌肽作用的靶结构则为细胞壁。微生物细胞壁对维持微生物细胞生存是特有的和重要的结构，这些结构不出现在人体中，因此是引起微生物失活最理想的目标。从细胞外降解细菌细胞壁的酶，如溶菌酶，已被用作食品防
10、腐剂。溶菌酶水解 N乙酰胞壁酸和 N乙酰葡萄糖胺之间的 1，4 糖苷键，对G的抗菌活性最强，因为这些细菌细胞壁只有肽聚糖层，容易被水解。 1.2 化妆品用防腐剂1.1.1 化妆品用防腐剂的功能在化妆品中，防腐剂的作用是保护产品，使之免受微生物污染，延长产品的货架寿命；确保产品的安全性，防止消费者因使用受微生物污染的产品而引起可能的感染。化妆品受到微生物污染引起变质，一般情况下，在外观就能够反应出来。如霉菌和酵母菌经常在产品的包装边沿等地方出现霉点；受微生物污染的产品出现混浊、沉淀、颜色变化、PH 值改变、发泡、变味，如果是乳化体则可能出现破乳，成块等。如果防腐剂添加的量不够，则可能出现微生物适
11、应周围的生长环境，产生抗药性，从而导致防腐失效。大多数的防腐剂都是通过与细胞膜接触后，与细胞壁的某些组份，主要是与蛋白质反应，破坏微生物细胞的保护结构或干扰细胞的新陈代谢，影响细胞的正常生长秩序，从而达到防腐的目的，阳离子则主要是通过影响其渗透压，使细胞膜破裂，收缩和失水，从而进行杀菌。1）. 使微生物蛋白变性或凝固微生物体内有大量的蛋白质，凡能破坏蛋白质立体构型的因素，均能使蛋白质变性或凝固。2）. 干扰微生物的酶系统微生物胞内酶的作用与其活性基团有关，凡能改变或破坏胞内酶活性基团功能的物质，均能抑制微生物酶的活性。3）. 改变细胞膜的通透性阳离子表面活性剂和酚类作用于微生物后，可改变细胞膜
12、结构，干扰其正常功能，进而死亡。1.1.2 化妆品用防腐剂的分类按目前化妆品领域比较常用的几十种防腐剂，并对其按活性物进行分类。1)、 咪唑烷基脲ISP 公司的 Germall 115、Germall 、Germaben -E、Germall plus、Germall IS-45。在杰美系列中，主要成份是咪唑烷基脲类，是一个甲醛的供体，在应用的过程中通过缓慢释放甲醛而达到杀菌的目的。Germall 115的主要成份为咪唑烷基脲，其抗菌活性比 Germall （双咪唑烷基脲）差，Germaben -E 为尼泊金酯类的复配物，在对付霉菌、酵母菌方面比单组分方面有优势。Germall plus、Ge
13、rmall IS-45 为碘代丙炔基丁基甲氨酸酯的复配物，市场反应效果也不错，但是注意避免配方中可能存在的抑制其活性的成分，另外防腐剂中 1%的碘代丙炔基丁基甲氨酸酯水溶性较差，在操作时，如果未用有机溶剂进行溶解，也可能会影响其防腐效果。Germall IS-45 是的 ISP 公司销售的较新的品种，其中增含有尼泊金甲酯 5%，此举增强了对霉菌、酵母菌抑制能力。2)、 已内酰脲LONZA 公司的 glydant plus、DMDMH，NIPA 公司的 DMDMH。本类产品也是甲醛供体。glydant plus 是碘代丙炔基丁基甲氨酸酯的复配物，碘代丙炔基丁基甲氨酸酯的含量为 5%。此外 LON
14、ZA 还提供据称活性物达 50%的 liquid glydant plus（丙二醇溶液），也需注意配方中的还原剂等组分可能会对其产生抑制作用。3)、 异噻唑啉酮罗门哈斯公司的 Kathon CG、950，LONZA 公司的 isocil pc，S羟甲基）脲，活性比 Germall115 高 24 倍，该产品能与化妆品拼料相容，抗菌广谱；对假单胞菌、细菌、霉菌、酵母及变异革兰氏阴性菌均有效。三氯2羟基二苯醚，白色结晶粉末，熔点 5560。三氯生与目前世界上常用的抗菌剂洗必泰、PVP碘及 TCC 等相比，具有广谱、高效、不沾染产品、无任何刺激味等突出优点，是当今世界首屈一指的抗菌剂。三氯生杀菌机理
15、是先吸附于细菌细胞壁，进而穿透细胞壁，与细胞质中的脂质、蛋白质反应，产生不可逆变性，杀死细菌。因此杀菌效果好、具有速效作用。三氯生是一种非离子型化合物，与皮肤（蛋白质）有良好的亲和性，能与各种日化产品常用原料共同使用，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、酵母、病毒等都具有广泛、高效的杀灭和抑制作用，具有杀菌持效作用好，与日化产品配伍性强的特点。另外；三氯生还具有显著的杀病毒、消炎、除体臭等多种功能。正是由于三氯生的高效、速效、多功能赋予了产品高附加值，良好的配伍性拓宽了应用领域，使近年来以三氯生为抗菌剂的日化产品以惊人的速度频频亮相于国内外市场。目前世界上已有 50 多个国家应用三氯生杀菌剂，
16、开发出200 余种日化产品，产品遍及日化、医药、材料等众多领域。其建议添加量为，口腔卫生品 0.3，个人护理品 0.30.5,洗涤用品 0.150.3。 8、甘宝素：甘宝素，又名活性甘宝素、二唑酮，英文名：Climbazole，化学名：1（4氯苯氧基）1（咪唑1基）3，3二甲基2丁酮，白色或灰白色晶体，熔点：9597，被称为第二代高效去屑止痒剂。甘宝素是德国 Bayer 公司 1977 年开发上市的高效杀菌剂新品，国内于上世纪 9O 年代初研制开发。该产品具显著的去屑止痒功能和良好的配伍性能，用其配制的香波不会产生沉淀、分层、变色、刺激皮肤等弊端，具有多种
17、抗真菌性能，对产生人体头皮屑的主要真菌卵形芽抱菌具有独特作用，对引起人体口腔齿龋炎、牙周炎的白色念珠苗也有明显抑制作用。已成为中高档济发香波、香皂、药皂、药物牙膏和嗽口液等日化用品的首选杀菌剂之一。在香波等中推荐使用浓度为 0.50.8，可溶于醇类溶剂或非离子表面活性剂中使用，溶解温度 70。 9、三氯卡巴：又名三氯碳酸苯胺，英文名：Triclocarban，化学名称：3,4,4三氯二苯基脲，白色结晶粉末，熔点：250255。该杀菌剂在美、欧洲、日本等国被广泛使用，国内于上世纪 90 年代初研制开发。该产品对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、霉菌等具有良好的杀灭
18、和抑制作用。具有杀菌谱广、酸碱稳定性优良、与日化产品配伍性好、具有多功能性等特点。可用作各类日用化学品的杀菌有效成分。在日化产品中，推荐使用浓度为 0.20.5。 从目前国内外日化产品发展趋势看，高效、广谱、配伍性良好、具有多功能的高档杀菌、消毒、防霉剂品种将成为日化产品杀菌功能助剂的主流品种。进一步系统地研究和整理各类杀菌、消毒、防霉剂的杀（抗）菌、杀（抗）病毒谱，系统比较其各种功能和使用性能，深入研究其在流行病防治中的作用仍将是今后一段时期的重要课题。根据国内市场预测，未来几年我国各类主要日化产品对杀菌剂三氯生、凯松、咪唑烷基脲、活性甘宝素、三氯卡巴
19、、3,5二甲基对氯苯酚等具有高效、广谱、特效的主要品种将有较大的需求，这对传染病防治有重要意义。13 结论：化妆品防腐应注意的问题防腐剂的复配性通常来讲，某一种防腐剂只是对某一特定菌落才有杀灭或是抑制效果的，所以，出于下列考虑，有必要进行化妆品配方中的防腐剂复配研究。1）拓宽抗菌谱：某种防腐剂对一些微生物效果好而对另一些微生物效果差，而另一种防腐剂刚好相反。两者合用，就能达到广谱抗菌的防治目的。2）提高药效：两种杀菌作用机制不同的防腐剂共用，其效果往往不是简单的叠加作用，而是相乘作用，通常在降低使用量的情况下，仍保持足够的杀菌效力。3）抗二次污染：有些防腐剂对霉腐微生物的杀灭效果较好，但残效期
20、有限，而另一类防腐剂的杀灭效果不大，但抑制作用显著，两者混用，既能保证贮存和货架质量，又可防止使用过程中的重复污染。4）提高安全性：单一使用防腐剂，有时要达到防腐效果，用量需超过规定的允许量，若多种防腐剂在允许量下的混配，既能达到防治目的，又可保证产品的安全性。5）预防抗药性的产生：如果某种微生物对一种防腐剂容易产生抗药性的话，它对两种以上的防腐剂都同时产生抗药性的机会自然就困难得多。防腐剂的化学相容性在防腐剂的使用中，需要十分注意体系各原料与其的相容性。相容性是指防腐剂可以与内容物的组分、包装材料、特定物质等发生作用，引起效果降低甚至失效或相反，增效的过程，如果是失效的相容性，则需引起重视。
21、下面列出的方面仅供参考，需要在实际配方研发和生产过程中，不断加以积累、总结和补充，方能尽可能全面的掌握防腐剂的化学相容性问题。1）化妆品中的某此组成材料如碳水化合物、滑石粉、金属氧化物、纤维素等会吸附防腐剂，降低其效力。2）产品中含有淀粉类物质，可影响尼泊金酯类的抑菌效果。3）高浓度的蛋白质（氨基酸）一方面可能通过对微生物形成保护层，降低防腐剂的抑菌活性，另一方面又能促进微生物的增长。4）金属离子如 Mg2+、Ca2+、Zn2+，对防腐剂的活性有很大的影响，一般情况下，过量的金属离子在香料、润滑剂、天然或敏感的化合物中易形成难溶物或发生催化氧化反应。5）防腐剂可和化妆品的某些组分形成氢键（如山
22、梨酸与某些组分）或螯合物（如增稠剂中的铁离子），通过“束缚”或“消耗”的方式，降低防腐体系的效能。6）少量表面活性剂剂能增加防腐剂对细胞膜的通透性，有增效作用，但是量大时会形成胶束，吸引水相中的防腐剂，降低了防腐剂在水相中的含量，影响了其杀菌效能。7）某些防腐剂和表面活性剂如硫酸盐（酯）、碳酸盐（酯）、含氮表面活性剂作用、和色素荧光染料作用、和包装材料（塑料、金属、橡胶）作用，在影响防腐剂效力的同时，也损害产品的品质。8）非离子以及高乙氧基的物质都会影响尼泊金酯类的活性9）亚硫酸盐则会影响异噻唑啉酮和甲基二溴戊二腈的活性，有些人可能说我的配方里面不含有亚硫酸盐，应该没事。但是，别忘了，比如亚硫
23、酸钠是一种常见的原料脱色剂，不妨跟原料供应商确认一下，原料当中是否含有亚硫酸盐。10）某些塑料可以吸附防腐剂的活性（比如尼泊金酯类）。因此对产品在其最终包装中进行测试来确保其充分的防腐是非常重要的。11）防腐剂对去离子水的表面张力，产品的发泡性，组分的溶解性，色素的显色性，香料的香味，活性因子的生物活性等多方面的影响或潜在影响都应该在考虑之列。而在相容增效方面，最典型的例子就如：如果配方中含有超过 15的乙醇就不需要添加其它防腐剂。同样，在防晒及针对尿疹的配方中所含的氧化锌，其本身就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剂的效果甚至可以通过与游离的水的结合，控制微生物生存所需的环境，从而起到少添加甚至不需要添加其它防腐剂的效果。而在体系方面的讨论，则主要集中在诸如在油包水，硅油包水或者不含水的产品中是否需要防腐剂等方面。事实是，即使我们知道微生物的生长离不开水，即使我们知道这些体系的外相不含有水，但是不要忽略了空气中的湿气，少量的湿气可能只是停留在产品的表面但这已经足以引起产品的微生物污染。所以，苯氧乙醇等具有一定挥了性的蒸气压的防腐剂，对这种性质的微生物污染可以起到防范的作用。
