抗污染化妆品的配方设计和功效评价

李燕燕 李玉凤 杜俊平

郑州轻工业大学材料与化学工程学院(河南郑州 450002)

污染是指地球环境受到物质的污染，这些物质会干扰人类健康、生活质量以及生态系统的功能[1]。多年来，空气污染的增加对人类皮肤产生了重大影响[2]。皮肤是人体最大的器官，任何影响皮肤健康的因素都会影响整个身体。对皮肤有不利影响的主要空气污染物包括紫外线辐射、多环芳烃、挥发性有机化合物、氮氧化物、颗粒物质、臭氧和香烟烟雾。

紫外线辐射是一种物理污染物，会导致皮肤老化(光老化)，使皮肤出现皱纹、失去弹性、色素不均等[3-4]。吸烟与皮肤癌、痤疮和皮肤恶性肿瘤有关[5]。多环芳烃会导致皮肤癌、痤疮、日光性皮炎的发生[6]。

化妆品是指以涂抹、喷、洒或者其他类似方法施于人体(皮肤、毛发、指趾甲、口唇齿等)，以达到清洁、保养、美化、修饰和改变外观，或者修正人体气味，保持良好状态目的的产品。2015年中国国际化妆品原料展览会上，各类抗污染、抗PM2.5的原料需求量呈现爆发式增长，标榜抗污染、抗雾霾的化妆品如雨后春笋，层出不穷。根据抗污染的作用机理，可将抗污染化妆品所用的原料分为以下几类：防护类，清洁类，修复舒缓类，清除自由基和抗氧化类等。防护类化妆品原料可在皮肤表面形成一层膜，减少空气中污染物黏附在皮肤上，从而减少对皮肤的伤害。皮肤直接暴露在被污染的空气中，空气中的污染物会附着在皮肤表面，一些细小微粒会进入毛孔，造成毛孔堵塞，甚至损伤细胞[7-8]。清洁类化妆品原料通过去除皮肤表面污染物的方式实现抗污染，属于“先污染后治理”的范畴。修复舒缓类化妆品原料也属于“先污染后治理”的范畴，这类原料需要达到3方面的效果：(1)具有良好的舒缓敏感的作用，缓解肌肤受到的刺激，增强肌肤耐受性，降低敏感度；(2)有效修复皮肤屏障，恢复肌肤健康状态；(3)需要加强皮肤屏障，提高自身抵抗能力。大气污染中的颗粒物质、紫外线、臭氧均能让肌肤产生炎症，诱导自由基的生成[9]。现代医学认为皮肤衰老大多与自由基损伤有直接关系，而紫外线照射可诱发产生高浓度活性氧(ROS)，黑色素的形成也与自由基等密切相关[10]。因此，清除自由基是抗污染的一条途径，起到这个作用的植物原料有小柴胡、蓝莓、石榴、卡卡杜李、橄榄等提取物，海岸松提取物，白芷醇提物等[11]。

目前，市面上有很多抗污染原料和抗污染产品。添加抗污染原料的化妆品宣称具有抗污染功效，而抗污染化妆品属于非特殊用途化妆品，其功效评价目前没有公认的规则。资料显示，皮肤损伤大多通过研究污染物伤害皮肤途径以及对皮肤造成的不良反应来进行评价，如堵塞毛孔、氧化应激反应、皮肤屏障受损、炎症的发生等。化妆品功效评价往往先对皮肤造成伤害，然后利用化妆品减缓伤害。抗污染化妆品的本质是帮助健康皮肤提高抵抗污染的能力，本研究结合感官评价和涂覆化妆品后皮肤对颗粒物的吸附能力进行双途径比较筛选，进而取得优异的抗污染化妆品配方。

1 实验部分

1.1 实验原料

乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，广州市德松化工有限公司；尿囊素、三乙醇胺、羟苯甲酯，昆山市双友日用化工有限公司；卡波姆，路博润特种化工制造(上海)有限公司；甘油，马来西亚泰柯集团；丙二醇，陶氏化学公司；生物糖胶F-1000，广州仙婷化妆品原料有限公司；十六烷基葡糖苷、鲸蜡硬脂醇、甘油硬脂酸酯、PEG-100硬脂酸酯、C13～14异链烷烃、月桂醇聚醚－7、聚丙烯酰胺、花生醇和山嵛醇(和)花生醇葡糖苷、椰油基葡糖苷(和)椰油醇、鲸蜡硬脂基葡糖苷、山梨坦硬脂酸酯、甘油硬脂酸酯，赢创特种化学(上海)有限公司；鲸蜡醇乙基己酸酯，上海虹久企业发展有限公司；矿油，杭州石化有限责任公司；生育酚乙酸酯，荷兰皇家帝斯曼集团；红没药醇、姜根提取物，德之馨香精香料(南通)有限公司；环五聚二甲基硅氧烷(润肤剂)，道康宁公司；苯氧乙醇、乙基己基甘油(防腐剂)，英国托尔公司。实验选用的抗污染原料分别以EX，LI，RE，PR表示。

1.2 仪器

T 18 digital ULTRA-TURRAX®均质机、EUROSTAR 100 digital悬臂搅拌器，艾卡(广州)仪器设备有限公司；80-4离心机，常州国华电器有限公司；SPX-150B-Z生化培养箱，上海博迅医疗生物仪器股份有限公司。

1.3 配方设计原则

化妆品配方基本模块包括乳化体系、功效体系、增稠体系、抗氧化体系、防腐体系、感官修饰体系和安全保障体系7个模块。

按照GB 7916—1987《化妆品卫生标准》的规定，结合气候、地区、目标人群、使用方式等，确定目标产品信息，见表2。

表2 设计产品相关信息

1.4 产品性能评价

产品性能评价包括感官评价、理化指标评价、保湿性能评价和抗污染效果评价。

感官评价是按照一般使用方法将产品用于人体指定部位，以人的感官感知测定产品性质或调查喜好程度。感官评价指标及评分范围如表3所示。

表3 感官评价指标及评分范围

理化评价包括耐热试验、耐寒试验、离心试验、pH测定、耐热耐寒交替试验等。

皮肤含水率逐渐降低是衰老外观的病理机制之一。当角质层的含水率低于10%时，皮肤干燥脱屑，角质细胞层出现裂隙。皮肤屏障被损坏后，皮肤很容易受到外界污染的影响，因此维持皮肤的含水率，保证角质层的屏障功能(即保湿)是化妆品的基础功效。在化妆品开发过程中需要对保湿效果进行测试。保湿效果可以通过测定皮肤水分含量(MMV)和经表皮水分散失(TEWL)来评价，所用仪器为皮肤水分分布测试仪。

防止空气中污染物附着在皮肤表面从而达到保护皮肤免受侵害是一条抗污染途径[12]。所以，抗污染效果评价可以从减少污染物黏附出发，测试方法是将涂有样品的玻璃板放置于污染环境中48 h，使用偏光显微镜测试空白组和添加了抗污染原料的产品抗污染物黏附情况。

2 结果与讨论

2.1 基础配方设计

根据产品特点，油相原料不可过多使用清爽型油脂，可选用CIO、白油，水相原料主要选用螯合剂EDTA-2Na、保湿剂等。制备工艺如下：

(1)称量水相(A相)：依次称取EDTA-2Na、卡波姆940(丙烯酸交联树脂)、甲酯、尿囊素、F-1000、甘油、丙二醇，搅拌(预分散)，加入一定量水，搅拌。

(2)称取油相(B相)：依次称取油相原料。

(3)将水相加热至微沸后，加热油相。

(4)待油相完全溶解后，将水相倒入油相中，搅拌。均质2～3 min，加入聚丙烯酰胺(C相)，再均质2～3 min。

(5)使用机械搅拌散热至室温。

(6)加入常温相(D相)原料，继续搅拌至均匀。

根据基础配方，参考资料中配方后，改变乳化剂种类和用量，设计配方12个，其中部分不符合产品要求，对符合目标的样品进行感官评价、理化指标测试及稳定性测试，并绘制雷达图，见图1。

图1 不同配方样品的感官评价图

配方1光泽度和铺展性较差；配方2黏感稍大；配方3吸收和黏感稍差；配方4光泽度和吸收性稍差；配方6水润感不足又不易挑出，使用感欠佳；配方7光泽度稍差，水润感不足；配方8水润感不足又不易挑出，使用感欠佳；配方9光泽度低且不好吸收。相对比而言，配方12最为均衡，肤感最佳，但样品稠度不够。为改善配方12的肤感，对其原料用量进行调整，将增稠剂卡波940的量从0.15%增加到0.20%，将聚丙烯酰胺的量从0.30%增加到0.50%，得到配方13，成分如表4所示。

2.2 抗污染原料筛选和配方设计

在配方13的基础上，针对不同原料功效、配伍性、价格等因素，选择了4种抗污染原料，分别以EX，LI，RE，PR表示。

4种抗污染原料的功效为：RE抗氧化、抗炎、抑制重金属的氧化应激；EX可以在皮肤上形成薄膜，螯合金属离子；LI能够减弱被红外线辐射后产生的氧化应激，降低细胞损伤，减少MPP1酶合成，减弱胶原蛋白降解；PR可以保护细胞膜，螯合重金属并清除自由基。为了达到更好的效果，需要几个原料进行复配。根据推荐用量设计配方14～17，具体如表5所示。

表4 配方13的组成

表5 抗污染成分添加量%

将配方14～17感官测试结果绘制成雷达图，见图2。

由于乳化体系一致，配方13，14，15，16，17肤感较为类似。

对5个样品进行保湿效果测试，绘制MMV值与涂抹时间关系图(见图3)、TEWL与涂抹时间关系图(见图4)。

图2 配方14～17样品的感官评价图

图3 MMV值与涂抹时间关系图

图4 配方14～17TEWL与涂抹时间关系图

由图3可看出，样品均有一定的补水锁水能力，涂抹样品后，MMV均升高，其中配方14 MMV变化幅度较大。

由图4可知，样品均能降低TEWL。涂抹样品后皮肤水分流失均有减少，说明样品具有保水锁水能力。其中，配方15效果最好，经表皮水分流失量从48.0 g/(m2·h)下降到11.2 g/(m2·h)，时间越长水分流失越少，在2 h后下降到9.7 g/(m2·h)。

防止污染物附着测试是使用偏光显微镜(放大100倍或250倍)测试涂有样品的玻璃板上污染物附着情况，结果如图5所示。

图5 不同样品在偏光显微镜下的测试结果

对比图5，污染物附着量最少的是配方14的样品，其次是配方16。表明这两个配方具有较好的抵抗污染物吸附的能力。

在保湿性能方面，减少水分流失量效果最好的是配方15，但配方15在涂抹样品2 h后MMV增长率为1.92%；配方14，15，16，17均有一定的保湿效果，但配方17在涂抹样品30 min后水分流失有增大的情况。结合图3，图4可知，从保湿效果来看，配方14和配方16为较佳配方。这表明保湿效果和抗污染测试具有互证关系，结论一致，这为抗污染测试提供了一种新的方法。根据抗污染物附着试验结果，污染物附着量最少的是配方14的样品。综上所述，配方14为较佳配方。

3 结论

对抗污染化妆品进行了配方设计和制备，探讨了化妆品保湿性能和抗污染性能评价。首先根据样品要求选取了基础配方，并对乳化体系进行了优化。选取了配方13作为后续抗污染化妆品性能评价的基础配方，根据抗污染原料进行了组分含量确定和产品制备，对制得的4个样品进行了感官评价，结果与空白样品配方13相近。然后对配方13～17进行了保湿性能评价和抗污染性能评价，二者结果高度类似，为抗污染评价提供了新的思路。