实用化妆品防腐技术概述

徐　良

作者简介

教授级高级工程师徐良是我国日化行业技术资深专家，尤其在我国化妆品研究开发领域具有很高的知名度，他从事化妆品、洗涤产品研究开发及其管理20余年。拥有“W/O/W型多项乳液的研制”及“脂质体及其化妆品的开发”等50余项科研成果 其中获得三项“北京市科技进步奖”、一项“北京市青年科技发明一等奖”。近年来发表论文50余篇，合著有《皮肤科学与化妆品功效评价》、《健康相关产品卫生行政许可申报受理指南》等。

徐良教授现任北京日化研究所所长、国家洗化用品质检北京站站长、卫生部卫生标准化委员会委员、中国香料香精化妆品工业协会常务理事、中国香料香精化妆品工业协会标准化委员会委员、中国光生物学及光化学专业委员会委员。

一、化妆品中的微生物与化妆品防腐

1.化妆品防腐的定义：

保护化妆品成品在保质期内免受细菌、霉菌和酵母菌的污染

2.化妆品防腐的必要性

化妆品被微生物污染后，会发生以下不良变化：

变味、变色、粘度变化、产生气体以及使透明体系混浊、产生沉淀等。

更为严重的还会产生致病菌并通过化妆品基质危害人体，例：金黄色葡萄球菌会产生外毒素，侵害皮肤。

3.微生物的基本概念

微生物：是一个广义的概念，泛指生物界中存在的体形微小、构造简单的低等生物。

主要包括：细菌、霉菌、酵母菌、放线菌、立克次氏体及病毒等。

微生物的特点是体积小、面积大；生长旺盛、繁殖快；适应性强、易变异； 分布广、种类多（天空、大海，无处不在；土壤中已发现10万种以上）。

4.化妆品中常见的微生物：

化妆品中常见的微生物分为细菌、霉菌和酵母菌三类。

A 细菌：分革兰氏阳性与革兰氏阴性菌。从形态上分为球菌（葡萄球菌、链球菌等）、杆菌（绿脓杆菌、大肠杆菌等）、螺旋状菌等。

被细菌污染的化妆品会产生分层、混浊及异味等现象。

B 霉菌：喜欢在阴暗、潮湿的环境中生长，易在空气中传播。

化妆品被霉菌污染后，会产生霉斑（常出现在包装容器及内容物表面），有霉臭味。

C 酵母菌：

化妆品被酵母菌污染后，会产生一种发酵所特有的酸味，另外还会导致产品混浊、分层、变色。

5.微生物在化妆品中生长所需的物质：

外界的水，空气以及化妆品基质中使用的原料如：脂肪酸、脂肪醇、酯类、蛋白质与氨基酸、羊毛脂及其衍生物、维生素、纤维素、淀粉、植物提取物、糖类（蔗糖、葡萄糖、粘多糖）、无机盐等。

7.化妆品被微生物污染的途径——化妆品的一、二级污染

A 化妆品在生产过程中受到的微生物污染：化妆品微生物的一级污染；

B 消费者在使用过程造成的微生物污染：化妆品微生物的二级污染。

(1) 化妆品微生物的一级污染

包括设备、原料、制造及包装四个方面，而制造及包装过程又涉及生产环境与操作人员。

a设备输送泵、管线、乳化机、灌装机等，是微生物聚集之处，要定期清洗、消毒。

b原料是微生物的重要污染源，对重点原料（如：动植物源性原料、水）可在检测的基础上进行灭菌处理。

c制造环境定期进行环境灭菌消毒；制造过程中物料的加热灭菌处理等。

d包装包装车间的空气净化，二次更衣；包装材料的清洗、消毒。

(2) 化妆品微生物的二级污染

消费者在取用时，手指上的微生物可引发产品污染；经常开启瓶盖，空气中的微生物也可污染内容物。

在化妆品制造过程中添加适量的防腐剂成分或采用无水配方。

二、化妆品用防腐剂

1．防腐剂的概念

能够稳定地发挥作用、破坏微生物或阻止化妆品内微生物生长的物质。可以在一定时间内（通常14天）使99.9%以上的微生物失去活性。

与杀菌剂的区别：

快速、强效的发挥作用，可在极短的时间(30秒)内，杀灭99.99%以上的微生物。

有些杀菌剂在低浓度时可用作防腐剂。

2．影响或降低防腐剂效能（活性）的因素

A 防腐剂的使用浓度：一般地，浓度越高效能越强

B 与微生物的接触时间：一定时间后起作用，也许几天后。

C 体系的PH值：大多数防腐剂在酸性环境的活性大于在碱性环境的活性；例如：Bronopol（布罗波尔）在PH=4时，十分稳定；在PH=6时，其活性可保持1年；而在PH=7时，活性只能保持几个月。

D 固体粒子对防腐剂的吸附：可使其活性降低。

例如：5%的淀粉对0.1%尼泊金甲酯的吸附作用，会使尼泊金甲酯的活性降低10%；

5%高岭土对0.1%的卡松的吸附作用，会使卡松的活性降低26%。这一现象应该引起做粉类产品的配方师足够重视。

E 防腐剂的油水分配系数：

在乳化体中，微生物通常会被吸附在在油 —— 水界面或在水相活动，因此，防腐剂的溶解性很重要；好的防腐剂应有高的水溶性，即低的油水分配系数。

F 配方中的一些物质对防腐剂的“封闭”作用：一些原料特别是一些非离子型表面活性剂、水溶性聚合物等，可与某些防腐剂胶合，降低其水中游离防腐剂的浓度，进而使其活性降低。

F-1：防腐剂的增量系数（R）：由于一些非离子型表面活性剂等物质对防腐剂的胶合作用，使体系中游离防腐剂的含量降低，这时的体系中防腐剂的总量与游离防腐剂含量之比即为R值。

也即：在一些非离子表面活性剂、水溶性聚合物等体系中，要保持原有的防腐作用，应添加的防腐剂量的倍数。

R= 所需防腐剂的总浓度 / 游离防腐剂的浓度

F-2：举例：

非离子表面活性剂存在时，一些防腐剂的增量系数（R值）

F-3：应用：

例如，尼泊金甲酯的最小抑菌浓度（MIC）为0.08%，在含有5%吐温—80的体系中，尼泊金甲酯最小抑菌浓度（MIC）增加为：0.08% x R=0.08% x 4.5 = 0.36% 。

以上说明，防腐剂的使用必须考虑体系中其它原料的影响；另外，一些原料对防腐剂的“封闭”作用还是很强的。

为了消除封闭作用配方师可以采取增加防腐剂的用量和建立解“封闭”体系，即选择一些有效成分加入上述体系中，降低或解除“封闭”作用，常用的此类物质有：乙二醇、丙二醇、乙醇、异丙醇等。

3．防腐剂使用的安全性与我国的相关法规

（1）需要指出的是，防腐剂是易导致皮肤安全性问题的化妆品原料之一，许多国家对它的使用都作了严格的规定。

例如，欧盟就规定了其允许使用的防腐剂清单，而美国虽然没有规定允许使用的防腐剂清单，但CTFA组建的化妆品成分评审专家组（简称CIR），对用于化妆品的各种成分（包括防腐剂）的安全性进行评审，并公开发表其评估报告，极具权威性，各厂家都会参照执行。日本则在其化妆品原料标准（JSCI）列出了允许使用的防腐剂清单。

（2）我国2007年版的“化妆品卫生规范”将防腐剂归纳在限用物质中，共有56种防腐剂被允许在我国使用，并规定了具体的限用量。

例如：尼泊金酯类， 单一酯限用量为：0.4%，混合酯：０.8%；（均以酸计）

双（羟甲基）咪唑烷基脲，限用量为0.5%，DMDM乙内酰脲的限用量为0.6%。

（3）使用原则：从安全及经济角度考虑，在保证化妆品在保质期内不被微生物污染的前提下，使用最少量的防腐剂。

（4）影响配方中防腐剂安全性的因素包括：

防腐剂的种类、纯度、稳定性（光、温度）、加入量以及与其它化妆品原料的配伍性等。

三、化妆品防腐体系及其建立：

1．理想的化妆品防腐体系应该具备一下特点：

* 对人体及环境安全，无毒、无刺激性，世界范围内可使用；

* 在生产及使用过程中稳定；

* 广谱的抗菌活性，对细菌、霉菌及酵母菌均有良好的抑制作用；

* 与化妆品原料的配伍性好；

* 在较宽的PH值范围内的有效；

* 良好的性能价格比。

2．防腐剂的复合使用

对大多数配方来讲，单独使用一种防腐剂很难达到上述建立理想的防腐体系的要求，所以，就目前而言，在配方中复合使用两种以上的防腐剂是十分必要的。

在具体实践中，配方师有两种方式可选择：

* 自己选择多种防腐剂单体，在配方中复合使用。

* 选择复配好的防腐剂成品，直接在配方中添加使用。

前者需要更多的防腐效果的评价试验及配方师的经验。

3．化妆品防腐体系建立要点：

A 明确防腐体系应用的产品类型

因为不同类型的产品对安全性的要求也不相同，欧盟在其预先考虑有效性的表中已将应用产品划分为：留在型产品、洗去型产品、婴儿护肤品、气溶胶、去头屑产品及眼部化妆品6类；配方师在一些安全性要求较高的产品（如婴儿护肤品）中建立防腐体系时就要特别注意防腐剂的安全性问题。

B 选择产品销售地区法规允许使用的防腐剂

在我国，要选择化妆品卫生规范中被允许使用的防腐剂品种。

C 考虑配方最终的PH值

因为PH值对许多防腐剂的活性都有很大的影响，所以在操作中配方师可以：

按照配方的PH值选择防腐剂；调整配方的PH值，使防腐剂效果得以充分发挥。

D 考虑防腐剂的油水分配系数

防腐体系中，尽量要有油水分配系数小的防腐剂；因为，研究表明产品中的微生物主要存在于水相及油水界面处。

E 考虑配方中的非离子表面活性剂等物质对防腐剂的“封闭”作用。

F 考虑防腐体系中的防腐剂与配方中其它原料的配伍性

G 考虑防腐体系中防腐剂之间的增效作用

H 考虑配方中的其它原料对防腐体系的增效作用

例如：EDTA—2Na在含有尼泊金酯的防腐体系中，可有效提高其抑制革兰氏阴性菌的有效性，特别是对绿脓杆菌的作用。就此，防腐剂的加入量得以降低。

I 考虑生产中原料的卫生状况

假如，生产中所使用的原料已经带菌（去离子水、天然提取物、天然的高分子聚合物等），建立防腐体系时，要考虑加入的防腐剂将有一部分被“消耗”。

J 考虑配方中可被微生物利用的营养物质的种类与含量。

K 考虑产品生产与销售地区的气候因素

例如，在湿度较大的地区如我国广东省，要考虑提高防腐体系对霉菌的抑制能力。

4．建立防腐体系的评价手段

（1）防腐剂防腐效果的评价 ——防腐剂的筛选

A 抑菌圈试验：

原理：细菌或霉菌在适宜的培养基上，经培养后能迅速生长。在培养基平板中央放置一个用防腐剂处理过的圆形滤纸片，防腐剂向四周渗透就会形成抑菌圈。通过测量抑菌圈的大小，就可以判断防腐剂的防腐性能。

B 最小抑菌浓度（MIC）试验

最小抑菌浓度试验同样可以反映防腐剂的效力，MIC值越小，表明防腐剂的抑菌能力越大。

（2）产品中防腐体系的防腐效果评价 —— 防腐体系的确定

防腐挑战性试验

* 在通过抑菌圈试验、MIC试验初步评价防腐体系的防腐效果后，需要进一步评价实际产品中防腐体系的防腐效能，目前国内外大多采用防腐挑战性试验。

* 模拟消费者反复使用产品过程中受到高度微生物污染的可能性，选择微生物生长的最适宜条件，以反映实际产品中防腐体系的防腐能力。

* 由于防腐挑战性试验可以在较短的时间内完成且所需样品量很少，因此，可以使用相当多的微生物进行测试，而且可以同步评估多种样品。

（3）美国CTFA推荐的单次防腐挑战性试验：

* 由于防腐挑战性试验是一种经验性的方法，目前各国及相关组织对此尚无统一的规定。

* 目前较为常用的是美国CTFA推荐的、经典的、为期28天的单次防腐挑战性试验。

该方法的做法是，一次性在成品中接入若干种类、一定数量的微生物，将样品置于适当的温度下，定期抽样检测样品中残余的微生物，并根据微生物的数量变化情况来评价样品中防腐体系的防腐效果。（具体方法略）

编辑/胡迎春