几种天然生物防腐剂及其在化妆品中的应用现状

吕玉涛

摘   要：介绍了乳酸链球菌素、ε-多聚赖氨酸、曲酸、溶菌酶、纳他霉素等天然生物防腐剂的功能和特点以及在化妆品中的应用情况和前景。

关键词：天然生物防腐剂;化妆品;应用

在社会日益进步的今天，化妆品种类琳琅满目，功能选泽日趋多元，种类多样的营养成分被添加到化妆品的配方体系之中。这样营养物质丰富的化妆品成分，充分满足微生物在元素水平和营养要素水平上的生长要求，在适宜的条件下，微生物可在化妆品中大量繁殖，从而导致化妆品的变质、失效，甚至产生毒副作用。为保障化妆品的品质，需要在其配方体系中添加一定量的防腐剂来抑制微生物的生长和繁殖。化妆品可用的防腐剂类别较多，如抗真菌和革兰氏阳性细菌的对羟基苯甲酸酯类、抗细菌的苯甲醇、抗细菌和真菌的对氯间二甲酚以及作用范围较广的苯氧基乙醇，这些防腐剂大多为化学合成防腐剂，具有一定的毒性，如苯甲醇可被皮肤吸收，具有麻醉作用，对眼、上呼吸道、皮肤有刺激作用。为保障消费者的安全，保证化妆品的质量，国家严格限制化妆品中防腐剂的种类和用量，2015版的《化妆品安全技术规范》[1]的“表4—化妆品准用防腐剂”中对多种防腐剂在化妆品组分中的含量和种类及应用条件作了明确的规定。但还是会出现化妆品防腐剂违规使用和超标的案例，一些特殊肤质的消费者，即便使用了所含防腐剂在安全限量以内的化妆品，仍会产生皮肤过敏反应，长期使用含有化学防腐剂的化妆品会加速皮肤老化。

随着消费者对化妆品安全要求的提高，减少化妆品中化学合成防腐剂的应用，寻找新型、有效和安全的天然防腐剂成为化妆品研究的一个热点。天然防腐剂主要有3种制备来源：（1）以壳聚糖、鱼精蛋白和蜂胶等为代表的动物源防腐剂。（2）以植物精油、大蒜素和茶多酚为代表的植物源防腐剂。（3）通过微生物发酵后提取的微生物源防腐剂[2]。微生物源防腐剂又称天然生物防腐剂，具有低剂量、高效率、适用pH范围宽、无特殊感官性状、不会使微生物产生抗性、安全性高等优点。笔者主要介绍乳酸链球菌素（Nisin）、聚赖氨酸（Poly-lysine）、曲酸（Kojic acid）、溶菌酶（Lysozyme）和納他霉素（Natamycin）等天然生物防腐剂的来源、功能特点以及在化妆品工业中的应用和前景。

1    乳酸链球菌素

乳酸链球菌素（Nisin）也称乳酸链球菌肽，是利用微生物发酵工程技术，以蛋白质类原料，经乳酸链球菌发酵后，制备得到的一种纯天然、高效、安全的生物活性抗菌肽，由34个氨基酸组成，分子质量3 354 Da。Nisin的防腐原理是干扰细菌细胞壁中肽聚糖层的形成，使磷脂化合物与细胞壁、质膜的合成停滞[3]，导致细胞内含物和ATP外泄，使细胞裂解。Nisin有效抑菌质量浓度小于100 μg/mL，可有效抑制革兰氏阳性菌（包含芽孢）生长和繁殖，如链球菌属、乳酸杆菌属、葡萄球菌属等，但对革兰氏阴性菌、真菌和病毒一般无抑制作用。Nisin可以通过与其他天然生物防腐剂或螯合剂（如柠檬酸、EDTA、山梨醇、吐温20等）复配，协同增加防腐效能，大大增加抗菌性。

Nisin作为食品防腐剂已经得到较为广泛的应用，已在60多个国家和地区批准使用。联合国粮食及农业组织/世界卫生组织（FAO/WHO）于1969年确认Nisin为高效、安全、可靠的食品防腐剂。1983年，美国食品药物管理局（Food and Drug Administration，FAD）确定Nisin为公认安全产品（Generally Recognized as Safe，GRAS）并批准使用[4]。我国于1990年批准使用，可用于肉制品加工、乳制品和酸性罐头食品中，能够有效阻止耐热性孢子的萌发和毒素的形成。在化妆品中，Nisin作为防腐剂已被纳入2015年版的《已使用化妆品原料名称目录》，广泛应用在洁面膏、面霜、面膜、乳液、化妆水、精华液、眼唇部护理以及毛发护理类的化妆品中，在这些化妆品中，Nisin与一些螯合剂协同组成防腐体系。

2    ε-多聚赖氨酸

ε-多聚赖氨酸（ε-PL）是由白色链球菌（Streptomyces albulus）发酵产生的一种含有25～30个L-赖氨酸残基的同型单体聚合物，由L-赖氨酸的ε-氨基与另一L-赖氨酸的α-羧基形成ε-酰胺键连接而成[5]。ε-多聚赖氨酸为淡黄色粉末，吸湿性强，略有苦味，易溶于水，微溶于乙醇，是赖氨酸的直链状聚合物。ε-PL是目前天然防腐剂中具有优良防腐性能的微生物类防腐剂，其抑菌机理是呈高聚合多价阳离子态的ε-PL能破坏微生物的细胞膜结构，引起细胞内的物质、能量和信息传递中断，还能与胞内的核糖体结合，影响生物大分子的合成，最终导致细胞死亡。ε-PL具有广谱抑菌性，对革兰氏阳性和阴性菌如枯草杆菌、乳酸菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等的繁殖有较强的抑制作用，对细菌的最小抑菌质量浓度均小于100 μg/mL，其对酵母菌和霉菌也有一定的抑制作用，与盐酸、柠檬酸、苹果酸、甘氨酸和高级脂肪甘油酯等合用有增效作用。分子质量在3 600～4 300的ε-PL的抑菌活性最好，当分子质量低于1 300时，ε-PL失去抑菌活性。作为防腐剂，ε-PL具有安全性能高、在水中的溶解性极强、热稳定性好、使用范围广等优点，在中性和微酸性环境条件下均有较强的抑菌性，由于对热稳定，故加入后可热处理，能抑制一些耐热性芽孢杆菌等。良好的水溶性和热稳定性使ε-PL在实际应用上具有较大的竞争力。

1989年，日本在添加剂目录表中把ε-PL归属于一种天然添加剂，并允许使用。自2003年起，FDA已正式批准ε-PL作为天然食品添加剂。在化妆品中，聚赖氨酸作为防腐剂已被纳入我国2015年版的《已使用化妆品原料名称目录》，而ε-PL尚未录入此名录中。鉴于其良好的抗菌性能和安全性，韩国、日本和欧美的化妆品企业已将ε-PL用作防腐剂，在一些化妆水、面霜、乳液和卸妆液类的产品中使用。ε-PL作为安全、环保、高效、广谱的杀菌剂，在日化产业会有较大的应用空间。另外，ε-PL具有很强的吸湿能力，在化妆品中可用作保湿剂，也可与丙烯乙二醇结合形成水凝胶，制备高吸水性聚合物材料，应用于一次性纸尿裤和卫生巾等日化产品中[6]。

3    曲酸

曲酸是米曲霉在发酵蔗糖等原料的过程中产生的一种具有抗抑菌、抑制酪氨酸酶活性、抗细胞增殖、增强免疫细胞活力、清除自由基等功能的生物活性有机酸，化学名为5-羟基-2-羟甲基-1，4-吡喃酮。曲酸对细菌的抑制作用主要是抑制了脱氧核糖核酸（DeoxyriboNucleic Acid，DNA）复制所需的一些酶的活力，使细菌不能大量繁殖。其作为防腐剂，具有水溶性好、热稳定性高、受酸碱度影响小等优点。目前，曲酸的防腐功能已经广泛地应用到食品中。曲酸已被纳入在我国2015版的《已使用化妆品原料名称目录》中，因曲酸对人体皮肤黑色素的生成具有很强的抑制作用[7]，而且安全、无毒、不会产生白斑后遗症，在实际使用中更多的是被用在美白类化妆品中。如曲酸被配入化妆水、面膜、乳液和护肤霜中，制成能有效治疗雀斑、老人斑、色素沉着、粉刺的化妆品[8]。但曲酸有较强的致敏性，可能产生刺激性、接触性皮炎，在化妆品中的添加量一般为0.5%～2.0%，所以其防腐功能大多是作为美白功能的副功能被间接地引入到化妆品中。

4    溶菌酶

溶菌酶是一种能水解细胞壁中黏多糖的碱性酶[9]。溶菌酶的来源有多种，如鸡蛋清溶菌酶、植物源溶菌酶、动物源溶菌酶、微生物源溶菌酶等，不同来源的溶菌酶，其抑菌谱各不相同。该酶化学性质稳定，具有抗菌、消炎、抗病毒等作用，且具备良好的热稳定性和酸碱稳定性。其抑菌机制主要是通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之间的β-1，4糖苷键，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂，内容物逸出而使细菌溶解。溶菌酶对革兰氏阳性菌具有较强的杀菌作用，与EDTA-二钠或壳聚糖复配时，可以增强其抑菌作用[9]。目前，溶菌酶作为天然蛋白质型防腐剂，用作食品防腐，安全、高效且无毒，已广泛用于肉制品、乳制品、水产品和饮料等食品的防腐保鲜。在我国2015版的《已使用化妆品原料名称目录》中，溶菌酶作为抗菌剂已被纳入，并在多种类型的化妆品中使用，但其用量在《化妆品安全技术规范》中并未作出相应规定。溶菌酶用在化妆品中有强化皮肤抗菌力、抑制細菌繁殖、消炎退肿的作用[10]，可使多种微生物细胞分解，杀灭致病微生物，尤其是对痤疮杆菌有较强的杀灭作用，使化脓性痤疮的创伤组织得以修复和再生。另外，溶菌酶用于口腔卫生用品中，可以预防多种牙齿疾病和龋齿[11]。

5    纳他霉素

纳他霉素是一种广谱、高效的抗真菌剂，是由链霉菌发酵大豆蛋白提取物生成的多烯烃大环内酯，其分子是一种具有活性的环状四烯化合物，为白色或奶油色、无味的结晶粉末。其抑菌机理是纳他霉素分子的疏水部分即大环内酯的双键部分以范德华力和甾醇分子结合，形成抗生素-甾醇复合物，破坏细胞质膜的渗透性。分子的亲水部分即大环内酯的多醇部分在膜上产生水孔，损伤膜的通透性，从而引起菌内物质的泄露而死亡[12]，由于细菌细胞膜缺乏甾醇类物质，所以对霉菌和酵母菌均具有极强的抑制性，但对细菌和病毒无效。

纳他霉素作为食品防腐剂，以其高效安全的特性，被各国广泛应用于食品防腐。美国FDA允许纳他霉素作为食品添加剂使用，并将其归类为GRAS产品之列。我国1996年食品添加剂委员会对纳他霉素进行评价并建议批准使用，现已列入食品添加剂使用标准[13]。因2015年版的《化妆品安全技术规范》中把抗生素列为化妆品禁用物质，目前，纳他霉素在化妆品中的应用仍属空白，但作为高效的抗真菌剂，如果将纳他霉素与其他生物防腐剂复配使用，能够更好地保障化妆品的质量安全。

6    结语

天然生物防腐剂的制备相对于化学防腐剂的合成更加绿色环保，且在安全性上具有一定的优势，但应用受限于其防腐剂的抑菌特性、抑菌谱的范围和价格的高低等因素。用天然生物防腐剂替代化妆品中的化学防腐剂，以达到安全、有效、无毒副作用的目的，实现尚需时日，还需继续优化各种天然生物防腐剂的制备条件，降低制备成本，深入探索其功能特性，研究天然生物防腐剂间或与其他化学合成防腐剂之间的复配效果，方能使天然生物防腐剂在化妆品防腐领域中发挥重要的作用。

[参考文献]

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