2021年第1期广东化工
郑中博，丛远华，冯春波*
(上海家化联合股份有限公司科创中心，上海200082)
[摘要]化学合成来源的防腐剂虽然在化妆品中应用广泛，但是其往往具有潜在的安全性风险和刺激性。相比而言，天然来源的具有防腐性能的原料因为安全性更好，往往更受研发人员和消费者的喜爱。聚赖氨酸作为天然的具有防腐性能的原料，可以作为化妆品中的防腐功效成分。
研究表明，基于化妆水产品的防腐挑战测试结果，说明聚赖氨酸在产品中的添加可以显著的提升防腐效果。
[关键词]防腐剂；天然；聚赖氨酸；化妆品
[中图分类号]TQ [文献标识码]A
[文章编号]1007-1865(2021)01-0025-02
Study on a Naturally Derived Preservative: ε-Polylysine
Zheng Zhongbo, Cong Yuanhua, Feng Chunbo*
(R&D Center, Shanghai Jahwa United Co., Ltd., Shanghai 200082, China)
Abstract: There is a growing recognition that the continuous use of chemical synthetic preservatives in cosmetics industry may cause various hazards to human being health. Safe natural preservatives had become the priority in cosmetics industry to improve the safety of food products for decades. Our research indicated that ε-polylysine has good potential to be as a natural preservative. Based on the findings of challenge test results, the proposed use of ε-polylysine as a preservative in cosmetics indus
try is considered to be effective.
Keywords: preservatives；natural；polylysine；cosmetic
1 背景介绍
产品的安全性在各个行业都非常重要，例如保健品、药品、化妆品。对于化妆品而言，由于产品在使用过程中容易受到微生物的污染而变坏。菌检指标已经成为化妆品在质检过程中的重要指标。合格的化妆品，必须保证其在生产、储存、运输以及消费者的使用过程中，菌检指标符合国家和行业要求[1]。
化学合成来源的防腐剂，因为在抗菌方面有显著效果，同时价格相对划算，例如尼泊金酯类、苯氧乙醇、双咪唑烷基脲等，目前已经应用广泛[2]。近些年来，由于市场和消费者对绿天然产品的偏爱，化学合成来源的防腐剂往往受到应用限制[3]。事实上，部分化学合成的防腐剂被报道具有一定的安全性风险和对皮肤产生刺激性，尤其是对眼部周围肌肤和损伤表皮[4]。在化妆品行业，通过临床数据表明，防腐剂往往会成为一种潜在的致敏原。针对这些风险，各国政府或组织都会通过制定一些法律或者标准来限制或禁止某些防腐的使用，例如：碘代丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)、甲基异噻唑啉酮(MIT)、卡松CG、尼泊金酯等等。因此，对于安全有效和天然来源的防腐研究，已经成为化妆品行业的研究热点。
图1 聚赖氨酸的结构式
Fig.1 Chemical formula ofε-polylysine
聚赖氨酸(ε-聚赖氨酸，INCI为Polylysine，简称ε-PL)是一种天然来源的氨基酸聚合物，具有安全、生物可降解、无毒等特点。聚赖氨酸是由L-赖氨酸(人体必须氨基酸)的分子单元组合而成，其结构式如图1所示。
聚赖氨酸分子结构和常规的蛋白质结构中的酰胺键连接位置不同，其是通过ε位的氨基和羧基形成化学键的[5]。化妆品行业中应用到的聚赖氨酸，分子量为4700左右。
聚赖氨酸是一种阳离子的聚合物，由于其分子结构中的氨基容易带有正电荷。当聚赖氨酸溶解在水中时，容易与细菌的细胞膜产生左右，从而显示出抑菌功效。大量研究表明，聚赖氨酸对酵母菌、真菌、革兰氏阴性或者革兰氏阳性细菌均有限制的抑制作用[6]。
在我们之前的研究中，报道一种非常有效的防腐剂组合物(苯氧乙醇+对羟基苯乙酮)[7]。本研究中，聚赖氨酸将首次作为防腐剂，应用到化妆水剂型的产品中。同时对产品的防腐挑战、稳定性等方面，也进行了深入的探究。
2 材料和方法
2.1 材料
聚赖氨酸(ε-PL，纯度＞94 %)由中狮化学惠赠得到。本研究采用美国型培养物收集(ATCC)的标准微生物菌株。革兰氏阴性菌Escherichia coli ATCC 25922，Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853；革兰氏阳性菌Staphylococcus aureus ATCC 29213；酵母菌Candida albicans ATCC 10231，霉菌Aspergillus brasiliensis ATCC 16404应用于防腐效能评价测试。细菌、酵母菌、霉菌的培养条件如表1所示。对于微生物接种物，通过温和搅拌将细胞收集到0.1 %蛋白胨水中，并调整以产生约为0.1 %的悬浮液。
表1 培养液制备的培养条件
Tab.1 Culture Conditions for Preparation of Inocula
菌种培养介质温度时间
Bacteria Soybean Casein Digest (Tryptic Soy) Agar Nutrient Broth
Nutrient Broth
30~37 ℃18~48 hours
Yeasts Sabouraud Dextrose Agar 25~35 ℃24~48 hours Molds Potato Dextrose Agar Sabouraud Dextrose Agar 20~30 ℃7~28 days
2.2 化妆水的配方
化妆水的配方设计和产品制备均在实验室进行。对于不同的配方，均进行防腐效能评价，以不同的防腐剂含量和组合物为区别。配方详细情况如表2所示：
[收稿日期] 2020-10-28
[作者简介] 郑中博(1987-)，男，温州人，博士研究生，主要研究方向为中草药化妆品的配方开发。
*为通讯作者：冯春波(1979-)，男，汉族，博士，高级工程师，从事中草药化妆品的研发。
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表2 化妆水配方
Tab.2 Toner formulation
编号原料名称
Toner 1
百分含量/%
Toner 2
百分含量/%
Toner 3
百分含量/%
Toner 4
百分含量/%
Toner 5
百分含量/%
Toner 6
杨政百分含量/%
1 水qsp 100 qsp 100 qsp 100 qsp 100 qsp 100 qsp 100
2 甘油 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
3 1,3-丁二醇 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00
4 EDTA二钠0.0
5 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
5 甜菜碱 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
6 透明质酸钠0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
7 聚赖氨酸- 0.10 0.05 - 0.10 0.10
8 对羟基苯乙酮0.40 0.40 0.40 0.40 0.20 0.20
9 1,2-己二醇- - - - - 1.00
10 苯氧乙醇0.10 - - - - -
2.3 产品的稳定性测试
所有制备的化妆水产品均会在不同的温度下考察稳定性，例如-18 ℃，4 ℃，25 ℃和48 ℃，一共考察8周时间。记录初始和最终的pH值、外观、气味和颜变化。
2.4 防腐挑战测试
将测试样品(50 g样品)置于无菌容器中，并接种细菌和真菌悬浮液，以获得约106 cfu/g的最终浓度。将样品轻轻混合以确保均匀的微生物分布，并在20~25 ℃的黑暗中培养。接触时间分别为0、7、14、21和28天后，将样品(1 g)移入9 mL生理盐水中，并在接种前进行连续的十进制稀释。用平板计数法测定TSA和SDA中的细胞活力，分别在37 ℃和25 ℃下培养1天或5天后计算细菌和真菌的CFU。
3 结果与讨论
3.1 化妆水的稳定性结果
在前后8周的时间内，不同配方制备的化妆水在气味、颜上均无明显异常。外观均是呈现透明澄清状态。
产品的酸碱度(即pH值)是稳定性的重要指标。对于化妆水而言，行业标准是需要符合4.0~8.0的范围。经过测试，所有配方制备的化妆水初始pH值均在5.0~7.0范围内，在不同温度(-18 ℃，4 ℃，25 ℃和48 ℃)下，放置后的pH值依然保持在5.0~7.0范围内。说明各个配方制备的化妆水在稳定性均是没问题的。
3.2 防腐挑战测试
对于toner 1和toner 2两个配方，其细菌的防腐挑战结果如图2a所示，在28天的考察周期内，细菌的数量在7天即出现显著的下降。这说明聚赖氨酸和苯氧乙醇具有相同的抑制细菌生长的能力。在真菌抑制方面，如图2b所示，聚赖氨酸的抑制能力比苯氧乙醇要稍微弱一下。但在21天后，真菌含量下降至安全浓度内。这说明聚赖氨酸作为防腐剂，其抑制细菌和真菌的能力，是可以接受的。
聚赖氨酸的用量对其生物活性有很大的影响，如图2c所示，对比了toner 2、toner 3和toner 4在细菌抑制方面的结果。对于不含聚赖氨酸的toner 4配方，其细菌下降是非常缓慢的。而含有0.1 %的聚赖氨酸(toner 2)和含有0.05 %的聚赖氨酸(toner 3)在细菌减少能力上基本没有差异，在7天后即可达到安全浓度以下。这说明添加聚赖氨酸对体系在细菌下降方面起到显著的效果。
不同的聚赖氨酸用量对真菌抑制情况也有所不同，如图2d 所示，0.1 %的聚赖氨酸(toner 2)能够使真菌稍微快速下降。说明了聚赖氨酸对真菌的抑制也能起到辅助的功效。
在聚赖氨酸/对羟基苯乙酮的防腐体系中，对羟基苯乙酮的用量对防腐效果也同样起着重要影响。如图2e所示，0.2 %对羟基苯乙酮含量的toner 5，其细菌含量在前21天均保持在较高的范围内，这对化妆品防腐是非常不利的。但是，0.2 %对羟基苯乙酮再搭配1%己二醇的toner 6，其细菌含量即可显著下降。说明对羟基苯乙酮含量对配方的细菌防腐能力起着重要作用，己二醇也能协助提升细菌防腐能力。在真菌
抑制方面，如图2f 所示，0.4 %的对羟基苯乙酮(toner 2)展现出最佳的真菌抑制活性。
通过上述的防腐挑战测试数据，表明0.1 %聚赖氨酸+0.4 %对羟基苯乙酮作为一种天然防腐剂组合，采用PCPC-PET研究方法，在28天的考察周期内，表现出优异的微生物抑制能力。
图2 细菌和真菌的减少情况
Fig.2 The reduction of bacterial and fungal viable cells
(下转第13页)
2021年第1期广东化工
第48卷总第435期www.gdchem · 13 ·
生物D3，并且得到了较为理想的产率。大豆黄素D1经结构修饰引入萘磺酸酯基后，药学性质得到了优化。经过对结果的分析，我们知道衍生物D3可能有相对较好的吸收转运特性和生物活性，为后续进一步对衍生物D3的药物活性的研究奠定相关基础。
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(上接第26页)
4 结论
在化妆品领域，天然防腐剂的开发和研究，可以替代或者减少化学合成防腐剂的使用。聚赖氨酸通过微生物发酵得到，是一种绿、天然的化妆品原料。我们的研究表明：天然防腐剂聚赖氨酸具有很好的抑菌功效，可以作为化妆水产品的防腐选择。
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