一种基于液晶乳化剂技术防晒乳液的制备以及性能研究

贾凯，于钰

（1.青岛优度生物工程有限公司，山东青岛 266101；2.中国海洋大学 海洋生命学院，山东青岛 266101）

导致皮肤衰老的外源性因素中紫外线的作用是最强的，紫外线所导致的衰老称为光老化，光老化的皮肤在临床上除了会出现皮肤松弛、明显干燥和脱屑之外，还会出现皮肤增厚、角化过度、色素沉着、毛细血管扩张等光老化特有表现，在组织学上光老化皮肤的特征是表皮萎缩，胶原蛋白和弹性蛋白减少[1-2]。使用防晒产品可有效防止光老化。

近些年防晒市场增速强劲，一方面是因为消费者不断增强的防晒意识，另一方面则是各大品牌陆续布局防晒市场，导致高倍防晒产品市场需求越来越大，为提高防晒指数，通常会在产品中加入大量防晒剂，但是大量防晒剂的添加会导致产品安全性降低、稳定性变差。层状液晶护肤品是近几年备受关注的新型护肤品，层状液晶具有油/液晶/水的结构，与人体皮肤的油/角质层/水的结构非常相似，可以提高产品稳定性、提供保湿作用、缓释活性成分和提供优异肤感[3]。

本研究旨在采用液晶乳化技术开发一种稳定性高、防晒性能好的防晒乳液，并对影响体系稳定性的因素进行研究，从中筛选较优配方及工艺。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

环五聚二甲基硅氧烷、聚甲基倍半硅氧烷，化妆品级，信越有机硅国际贸易（上海）有限公司；丁二醇、甘油，化妆品级，马来西亚斯文公司；生育酚乙酸酯，化妆品级，帝斯曼有限公司；红没药醇，化妆品级，默克光电材料（上海）有限公司；EDTA 二钠，试剂级，国药集团化学试剂有限公司；苯氧乙醇、乙基己基甘油，化妆品级，美国亚什兰公司；甘油硬脂酸酯、PEG-100 硬脂酸酯，化妆品级，英国禾大公司；鲸蜡硬脂醇葡糖苷、鲸蜡硬脂醇，化妆品级，法国SEPPIC公司；黄原胶，化妆品级，广州市万露化工有限公司；聚丙烯酰基二甲基牛磺酸钠，化妆品级，瑞士科莱恩公司；丙烯酸（酯）类/丙烯酰氮共聚物钠，化妆品级，美国莱宝康公司；丙烯酸（酯）类、C10-30 醇丙烯酸酯交联聚合物钠，化妆品级，美国路博润公司；其余试剂均为化妆品级，巴斯夫（中国）有限公司。

Turbiscan Lab 稳定性分析仪，法国Formulaction 公司；UV-2000S 防晒指数测试仪，美国Labsphere 公司；Brookfield DV2T 粘度测试仪，美国博勒飞公司；IKA T18均质机，德国IKA 公司；tp-serie 电子天平，华志科学仪器有限公司；IKA RW20 digital 搅拌器，德国IKA 公司；HH-4 数显恒温水浴锅，常州智博瑞仪器制造有限公司。

1.2 防晒乳液的制备

配置步骤：将A 相组分加入油相锅中，加热至80 ℃，搅拌溶解均匀；将B 相组分加入乳化锅中，加热至80 ℃，搅拌溶解均匀；将油相加入水相搅拌，同时开启均质，均质速度10×103r/min，均质时间为8 min。乳化结束后边搅拌边降温，当温度降至50 ℃加入C 相、D 相组分，搅拌均匀，降至室温，得乳液。

1.2.1 样品成分对乳液稳定性的影响

各样品的成分配比见表1。其中样品1 ～5 考察了乳化剂种类和用量，样品3、6、7、8 考察了增稠剂种类。

表1 防晒乳液配方

1.2.2 乳化温度对乳液稳定性的影响

按照样品3 配方，考察不同乳化温度（70 ℃、80 ℃、90 ℃）对产品稳定性的影响。

1.2.3 均质速率对乳液稳定性的影响

按照样品3 配方，考察不同均质速率（7×103r/min、10×103r/min、13×103r/min）对产品稳定性的影响。

1.3 稳定性测试

产品采用Turbiscan Lab 稳定性分析仪对其稳定性进行评价，利用880 nm 近红外光源，通过检测样品投射光和背散射光的光强值变化来反映样品的稳定性。取20 g 样品装入样品瓶，待仪器准备好后，根据设定的条件，读取图像结果。实验条件：温度40 ℃，波长是880 nm，0.5 h 扫描一次。

1.4 体外防晒指数测试方法

防晒指数（SPF）是防晒护肤品中一项重要的指标，关乎到产品的合格和使用，UV-2000S 防晒指数测试仪能够快速对化妆品防晒指数（SPF）进行测量。取适量样品均匀涂抹于基片，且均匀涂布样品，将基片放入仪器，读取测试结果。

2 结果与分析

2.1 防晒乳液稳定性

防晒乳液为不透明、黏度高、流动性好的乳液，高倍防晒乳液配方中包含大量防晒剂，其主要面临的稳定性问题为分层、析水、絮凝，需要控制的关键技术指标为乳化剂的浓度、乳化工艺的控制等。

传统防晒乳液的稳定性评价主要是通过肉眼观察分层、析水、絮凝等情况，Turbiscan 多重光技术在测试样品稳定性时，不需要提前处理样品，可实时观测样品稳定性。TSI（Turbisan Stability Index）为稳定性动力学参数，也可代表产品稳定性，TSI 指数越小，代表产品稳定性越好。

2.1.1 乳化剂种类和用量对产品稳定性的影响

防晒乳中乳化剂的作用是分散乳化，如果乳化、分散不完全，紫外线吸收剂容易发生聚集，降低防晒指数，因此选择的乳化剂应该使紫外线防护剂在体系里稳定均匀，合适的乳化剂能使乳液分散的更均匀，可以在皮肤上良好地分散和铺展[4]。在乳化剂的选择中，可以选择层状凝胶结构或液晶结构的乳化剂以及非离子乳化剂[5]。

根据形成液晶结构的乳化剂进行分类，大概有六类：蔗糖酯类、卵磷脂类、葡萄糖苷类、橄榄酯类、磷酸酯类、硬脂酰类[3]。蔗糖多硬脂酸酯/鲸蜡醇棕榈酸酯（Emulgade Sucro Plus）是一种天然来源的蔗糖酯水包油乳化剂，具有良好的温和性、电解质相容性和增稠性。鲸蜡硬脂基葡糖苷/鲸蜡硬脂醇（MONTANOV 68）是从植物来源物质中衍生的葡萄糖苷类乳化剂。除了乳化剂，配方中需要助乳化剂，硬脂酰谷氨酸钠是一种温和的阴离子表面活性剂，有一定的乳化作用，有实验表明当乳液中加入0.3%硬脂酰谷氨酸钠时，体系液晶结构明显，改善样品外观，样品细腻晶亮，因此本产品中选用0.3%硬酯酰谷氨酸钠作为助乳化剂[6]。

本试验选择蔗糖多硬脂酸酯/鲸蜡醇棕榈酸酯和鲸蜡硬脂醇葡糖苷/鲸蜡硬脂醇与硬脂酰谷氨酸钠搭配，固定紫外线防晒剂种类和质量分数，通过两种液晶乳化剂的不同配比，对比乳化剂种类和用量对产品稳定性的影响。从图1 中可以看出样品3 的稳定性最好，其次是样品4。通过稳定性实验发现乳化剂添加量对稳定性有一定的影响，3%乳化剂添加量的样品稳定性（样品2 和4）略差于2%乳化剂添加量的样品（样品1 和3），可能是液晶乳化剂需要合适的添加量才能在油水界面有序排列，形成液晶相，乳化剂的添加量高，多余的乳化剂起到增溶作用，导致乳化难以完成[7]。高含量的乳化剂可能使均质完成的膏体较为坚硬，乳化结束后在加入C相时难以搅拌均匀，或者需要长时间的搅拌才能使料体均匀，而长时间的搅拌降低了产品的稳定性。从稳定性实验结果可以看出，采用液晶乳化剂制备的产品（样品1 和3）的稳定性优于甘油硬脂酸酯/PEG-100 硬脂酸酯（样品5），可能是因为采用液晶乳化剂制备的产品，液晶能形成稳定的多层结构，降低液滴之间的范德华力，液晶结构在油水届面形成界面膜，其厚度和强度优于一般乳化剂，使防晒剂更加稳定[7]。

图1 乳化剂种类和用量对防晒乳液稳定性的影响

2.1.2 增稠剂种类对产品稳定性的影响

提高增稠剂含量可以提高乳液的稳定性，且增稠剂的分子量以及溶胀分散情况可能影响产品的均匀度。根据以上实验，筛选出最优乳化剂为质量分数2%鲸蜡硬脂醇葡糖苷/鲸蜡硬脂醇，在此基础上考察几种常用的水相增稠剂（聚丙烯酸钠、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸钠、丙烯酸（酯）类/丙烯酰氮共聚物钠、丙烯酸（酯）类/C10-30 醇丙烯酸酯交联聚合物钠）对产品稳定性的影响。

从图2 中可以看出，增稠剂的种类对防晒乳液体系影响较大，其中样品3（质量分数0.5%的聚丙烯酸钠）的TSI 指数较低，代表样品较为稳定，说明在鲸蜡硬脂基葡糖苷/鲸蜡硬脂醇为乳化剂的防晒乳液中，加入聚丙烯酸钠后稳定性提升。可能是聚丙烯酸钠的加入使分散介质黏度增加，降低分散相液滴运动速率，提高乳液稳定性[8]。

图2 增稠剂种类对防晒乳液稳定性的影响

2.1.3 乳化温度对产品稳定性影响

产品制备工艺关键控制点包含乳化温度，乳化剂和防晒剂的溶解度会随着温度变化而变化，进而对产品稳定性以及防晒剂的溶解度产生影响，按照样品3配方，考察不同乳化温度对产品稳定性的影响。从图3 中可以看出，乳化温度为80 ℃时，TSI 指数最低，产品稳定性最好，表明此条件下油相中的防晒剂可以溶于油脂，且乳化剂溶解完全，样品稳定性表现良好。乳化温度为70 ℃时，TSI 指数较高，稳定性较差，可能是此温度下乳化剂及防晒剂未乳化完全。乳化温度为90 ℃时，TSI 指数较高，稳定性较差，可能是因为温度高造成分子热运动加强，对界面膜造成一定影响。

图3 乳化温度对防晒乳液稳定性的影响

2.1.4 均质速率对产品稳定性影响

产品制备工艺关键控制点包含均质速度，均质速度决定乳化粒径和料体均匀度，粒径越小，乳化体越稳定。按照样品3 配方通过设定不同的均质速度，观察产品稳定性。从图4 中可以看出，均质速率在10×103r/min 时，样品稳定性较好，说明在这个均质速率下产品分散均匀度好，乳液粒径小，有助于提高体系稳定性。均质速率过小，存在乳化不完全、均匀度差、粒径大的风险。均质速率过大，可能会破坏高分子增稠剂的结构，从而影响产品的稳定性。

图4 均质速率对防晒乳液稳定性的影响

2.2 防晒指数测试

本试验选择样品3、样品5 作为实验样品，比较两种乳化剂制备而成的防晒霜的体外SPF、PA 值。通过表2 可以看出鲸蜡硬脂基葡糖苷/鲸蜡硬脂醇制备的防晒乳防晒指数高于普通乳化剂。分析原因是液晶结构具有双折射性，对防晒乳液的防晒值可以起到增效作用，将液晶乳化剂用于防晒产品，可以提升防晒产品防晒值，避免加入过多防晒剂[9-10]。

表2 体外防晒指数测试

3 结论

基于液晶乳化技术，制备水包油防晒乳液，对配方中乳化剂种类及用量、增稠剂种类以及乳化温度和均质速率等因素进行研究，探讨其对防晒乳液稳定性、功效性的影响。得到最佳配方工艺是质量分数2.0%的鲸蜡硬脂基葡糖苷/鲸蜡硬脂醇（MONTANOV 68）、质量分数0.5%的聚丙烯酸钠、乳化温度80 ℃、均质速率10×103r/min。