糖类同分异构体在高保湿配方中的表现

＊赵冰怡 王晓芝 丛琳 李雪竹 陈临婧 Dominik Imfeld

（1.上海新高姿化妆品有限公司 广东 510000 2.广州澳希亚实业有限公司 广东 510000 3.帝斯曼维生素（上海）有限公司 上海 201203 4.帝斯曼营养产品有限公司 凯泽劳斯特 瑞士）

皮肤角质层的水分含量对维持皮肤健康美丽，防御外界各种刺激，防止皮肤老化具有重要的意义。健康的皮肤角质层含有一定量的天然保湿因子，其含水量一般在15%～20%，当含水量小于10%时皮肤表现干燥、粗糙、皲裂[1]。皮肤角质层中水分含量的维持依靠皮肤的水合作用和屏障作用[2]。水合作用主要依赖于角质形成细胞内和基质间的天然保湿因子（Natural Moisturizing Factor，NMF）,后者是具有吸水特性的小分子复合物，能够有效吸收锁住水分[3]。屏障作用主要依靠角质层的“砖墙结构”，角质层的“砖墙结构”由“砖墙”(角质形成细胞)和“灰浆”(角质细胞间隙中脂质，主要由神经酰胺、角鲨烯、胆固醇和游离脂肪酸组成)构成，限制皮肤水分流失，抵挡有害刺激物和过敏原。

化妆品可通过添加保湿剂补充角质层水分。保湿剂一般可分为吸湿剂、封闭剂、润肤剂三类。吸湿剂是一类与NMF和人体蛋白质、多糖相似的成分，促使角质层水分和皮肤深层水分增加，包括甘油、尿素、乳酸和透明质酸等；封闭剂是一类不溶性的脂类物质，涂抹后在皮肤表面形成一层疏水膜减缓角质层的经皮水分流失，包括羊毛脂、凡士林、胆固醇等；润肤剂则通过填充角质形成细胞间的空隙来光滑肌肤，包括硅油、油酸、凡士林、植物油等。一般保湿剂可以从空气中吸收水分达到保湿效果，但当寒冷干燥时反而会从皮肤里层吸收水分使得皮肤更加干燥；封闭剂和润肤虽然保湿效果好，但因形成的封闭性脂膜不透气，对皮肤的代谢和消费者使用有一定的阻碍作用[4]。因此与皮肤角质层保湿成分相似，具有调节角质层的吸收水能力以及加强细胞间脂质屏障结构的保湿剂是理想的保湿成分。

糖类同分异构体是将可食用玉米糖转化为与人皮肤角质层中发现的碳水化合复合物（NMF）相似的糖复合物而制成的。它可与角质细胞角蛋白中赖氨酸的ε-氨基结合，这种独特的绑定机制使其作为保湿活性成分不易被冲走，持续改善皮肤水合作用，直到角质形成细胞自然老化脱落而终止（如图1）[5]。故糖类同分异构体可在短时间内促进角质层的水合作用和保水能力，改善皮肤脱屑问题。同时DNA检测表明，糖异构体可有效刺激和改善皮肤屏障中起关键作用的基因表达：通过刺激丝蛋白和透明质酸合成酶-3的基因表达，提高了NMF和透明质酸水平，改善皮肤的水合作用能力；通过刺激叶黄素和酸性鞘磷脂酶的基因表达，刺激神经酰胺的合成，增强角质层构造[5]。上文对皮肤保湿原理和糖类同分异构体的作用机制进行了说明，该研究将其应用于高保湿配方中进行半脸测试，通过人体保湿评价数据和先进的可视化彩色成像技术评价糖类同分异构体的保湿功能。

图1 糖类同分异构体的作用机理[5]

1.实验部分

(1)实验参数、仪器与原料

皮肤角质层含水量电容值：皮肤水分含量电容测试仪， Corneometer ® CM825，Courage & Khazaka，在测试基准确认和产品应用3h后，左半边脸30位点×3次重复测试；皮肤角质层含水量电导值：皮肤水分含量电导测试仪，DermaLab ® Combo Hydration Probe，在测试基线确认和产品应用3h后，左半边脸30位点×3次重复测试。

VISIA-CR，数据整理、计算及成像。

Pentavitin，INCI名称为糖类同分异构体、水、柠檬酸、柠檬酸钠，质量规格中显示质量分数分别是61%、38%、 0.5%、0.5%，购于帝斯曼营养产品有限公司。其他均为常规试剂和配方原料。

(2)受试人群

参照排除标准筛选11名健康中国女性志愿者，平均年龄为33.5岁±7.6岁（最低年龄18岁，最高年龄40岁），要求脸颊处皮肤状态为中度干燥至干燥状态（眼睛外缘下方垂直3cm处的平均电容≤45AU），测试使用添加糖类同分异构体的化妆水和乳液。已向每位志愿者说明参与该研究的目的和风险，并签署书面知情同意书。

(3)实验准备

①志愿者筛选

在测试基准确认之前的2天内，不允许志愿者将任何化妆品涂抹在面部。允许这两天内志愿者使用不含油、保湿剂等成分的温和非皂基洁面产品清洗面部。实验前24h志愿者避免进行桑拿浴、游泳以及密集高强度运动。

②温度条件

所有测试均在严格控制的环境条件下进行，温度21.0℃± 1.0℃，相对湿度50±5%。

③测试位点确定

左侧脸部30个测试部位（详见图2和表1），平行三次进行测量，误差应保持在5CU范围之内。

图2 面部30个测试位点图

表1 面部30个测试位点说明

④测试产品全成分及制样

化妆水的配方全成分为：水、一水柠檬酸、柠檬酸三钠、尿囊素、泛醇、EDTA二钠、甜菜碱、苯氧乙醇、黄原胶、透明质酸钠、双丙甘醇、聚乙二醇-32、双甘油、聚甘油-3、甘油、甘油聚醚-26、甲基葡糖醇聚醚-10、1,2-己二醇、1,2-戊二醇、烟酰胺、糖类同分异构体、柠檬酸、柠檬酸钠、PEG-60氢化蓖麻油、香精。糖类同分异构体配方添加量为0.30%。

乳液的配方全成分为：水、丁二醇、异壬酸异壬酯、氢化聚异丁烯、甘油三（乙基己酸）酯、环五聚二甲基硅氧烷、环己硅氧烷、烟酰胺、1,2-戊二醇、1,2-己二醇、花生醇、山嵛醇、花生醇葡糖苷、葡萄糖、鲸蜡硬脂醇、聚二甲基硅氧烷、柑橘（CITRUS RETICULATA）果皮提取物、糖类同分异构体、柠檬酸、柠檬酸钠、甘油硬脂酸酯、PEG-100 硬脂酸酯、苯氧乙醇、乙基己基甘油、C10-18 脂酸甘油三酯类、生育酚乙酸酯、聚丙烯酸酯-13、聚异丁烯、聚山梨醇酯-20、山梨坦异硬脂酸酯、卡波姆、香精、尿囊素、泛醇、氨甲基丙醇、黄原胶、EDTA二钠、透明质酸钠。糖类同分异构体配方添加量为0.60%。

按照常规制样方法制备料体并分装。

(4)实验方法

①志愿者进入休息室，使用与环境温度相同的蒸馏水仔细清洁面部皮肤，干燥20min，然后在温度21.0±1.0℃，相对湿度50%±5%的标准实验环境下休息30min后进行测试。

②志愿者在左侧脸部30个测试部位取点测量。皮肤角质层含水量电容法，平行测量三次，误差控制在5C.U.之内；皮肤角质层含水量电导法，平行测量三次，误差控制在10μS。

③志愿者在调查员的指导和监督下使用受试产品。全脸使用，包括眼睑和鼻子。志愿者先使用0.6ml化妆水，等待 2～3min后，再涂抹0.6g的乳液。

④志愿者在标准实验环境中等待3h，调查员再次测量志愿者左侧面部30个位点的皮肤电导值和电容值。每个位点每次平行进行三次测试。皮肤的电导值和电容值可以反应皮肤的水合状态。

⑤生成3D面部保湿彩色成像。每一个预先确定的30个位点在VISIA-CR面部成像仪上进行提前定点，3D面部保湿彩色成像即通过VISIA-CR面部成像仪将面部3D图像和皮肤电容值结合在一起而得到。为了达到数据与人脸的拟合效果，研究人员特意开发了一种算法，该算法在30个皮肤位点数据嵌入后可自动检测皮肤像素，并在每一个像素点插入模拟数值。这样就为志愿者形成了完整的、连续的、3D面部保湿彩色图，反应皮肤的水合状态。选用蓝色表示良好的皮肤状态，选用红色表示欠佳的皮肤状态。

2.结果与讨论

采用电容测试法表征皮肤的水合状态是基于水具有很高的介电常数（大约为81），远远高于其它物质（大约为7），测试探头与皮肤接触后，电容值的变化可以反映皮肤角质层中的含水量，角质层含水量越高，其电容量也越高；反之亦然[6]。采用电导测试法表征皮肤的水合状态是基于角质层含有大量的电解质，存在于水中的电解具有导电性，这种现象也存在于皮肤表面，其相关系数达到0.99，电导的变化可以灵敏地测定角质层的水分含量，从而评价保湿类化妆品的保湿功效[6]。

实验基准测试数值显示，面部眼睛下方18号位点的皮肤水合值为24.8AU±2.8AU，该数据可清楚地反映志愿者的皮肤状态为干燥状态，并且面部皮肤的平均水合值为45.1AU±1.9AU，显示志愿者群体属于中等干燥的皮肤状态。以电导值、电容值反应的皮肤水合状态实验数据如表2、表3以及图3、图4。

图3 不同面部区域的皮肤电导数值（白色色柱为基线值，灰色色柱为3h后数值）

图4 涂抹3h后不同面部区域的皮肤水合绝对增加值（以电导增加值表示）

表2 使用水和乳液3h后的电导数据

表3 使用化妆水和乳液3h后的电容数值

面部图谱数据显示，使用电导值这一参数表征的面部水合增长率73.9%±7.2%，略高于使用电容值这一参数表征的面部水合增长率55.6%±5.9%。涂抹产品3h后，面部平均皮肤水合度为247.3±16.2AU，与初始基线值相比增长了73.9%，表现出非常良好的皮肤水分增加。额头、鼻子、脸颊和下巴区域，皮肤角质层的电导率增长率分别为86.2%±9.1%、72.4%±7.1%、59.6%±6.3%和65.1%±8.7%，而皮肤角质层电容增长率分别为43.8%±5.6%、34.3%±5.1%、 79.2%±10.2%和45.9%±6.7%。面部所有部位的皮肤水合作用均得到改善水平（p＜0.001）。基线数值显示前额区域是全脸最干燥的区域，使用含有糖类同分异构体的样品后皮肤水分含量增长率最高。采用电导值和电容值两种表征方法对含有糖类同分异构体的化妆品进行保湿功效评价，3h后皮肤各区域的水分含量均明显提高，保湿效果十分显著。

另外，本研究利用11名志愿者面部成像，进行交叉拟合，合成了3D面部保湿彩色成像图，可以更加直观、形象地表现应用含有糖类同分异构体的试样前后人体面部水分含量值的变化状态，如图5。通过B（基准线映射图）和D（水分含量增加率）的面部颜色视觉对比，含有糖类同分异构体的保湿配方对前额、下巴、鼻唇沟处的皮肤水合状态具有明显改善作用。在脸部既定区域的短距离内呈现显著的电导值梯度，这与其它彩色成像研究结果保持一致[7]。

图5 3D面部保湿彩色成像图

针对糖类同分异构体的保湿作用国外机构已有研究，它具有以下功能：（1）提高皮肤水分含量；（2）强化皮肤屏障功能。Voegeli等以3mg/cm2涂抹量采用两款分别含有5%的Pentavitin和5%甘油的o/w配方测试[5]。结果表明含有Pentavitin的配方比含有甘油的配方皮肤水含量更高，且相比空白对照皮肤的水合能力提高了38%。另一项人体功效研究也可证实糖异构体可增强皮肤屏障的功能和提供水合作用[5]。采用胶带连续撕拉20次破坏小腿既定区域皮肤屏障，然后每天两次使用1% Pentavitin进行为期4周的治疗，并与未处理的皮肤情况进行比较。根据Kligman[8]进行临床分级测量和评估皮肤，以经皮水分流失率（TEWL）评估屏障的修复情况。结果表明1%的Pentavitin水溶液4周后可以减少20%的经皮水分流失增强皮肤屏障功能；皮肤干燥症状减少20%；照片显示的皮肤外观显著改善；消费者调研显示皮肤柔软度、光滑、脱屑和瘙痒改善50%，紧致度提升30%，皮肤健康性能提高20%；且糖异构体的治疗解决方案可以持续72h有效。这些已有的研究成果与本实验中人体面部3D面部保湿彩色成像数据不谋而合，共同说明了Pentavitin中含有的糖类同分异构体所具有的保湿及屏障修护功效，以及一定的舒缓作用。

3.结论

糖类同分异构体是一款理想的保湿剂，是今后保湿剂研究和开发的方向。糖类同分异构体是通过特定的结合机制调节角质形成细胞的水合性能及细胞间的脂质屏障结构来维护角质层的含水量。本文单用0.30%含量的化妆水和0.60%含量的乳液作用3h后，有效改善前额及鼻区皮肤状态，显著增加了皮肤水合性能。说明这两款配方是针对均匀和补充的面部水分含量的优秀解决方案，预计多次使用添加糖类同分异构体这两款高保湿产品后角质层会趋于正常成熟。与本研究匹配的3D面部保湿彩色成像图对保湿化妆品功效评价的实时性、可视性及兼容性带来了卓越的创新灵感。