化妆品配方中少用或不用防腐剂的选择

第九届中国化妆品学术研讨会论文集

化妆品配方中少用或不用防腐剂的选择

Ravi Pillai1, Gerhard Schmaus2

1Symrise Inc., 300 North St., Tetrboro, NJ 07608, USA 2Symrise AG, Mühlenfeldstr. 1, D-37603 Holzminden, Germany

【摘 要】 化妆品中使用的防腐剂如对羟基苯甲酸酯类和甲醛释放体可能会造成皮肤不良反应，如刺激症状或接触性过敏，近来对其安全性的关注也越来越多，因此对化妆品防腐剂替代原料的研究引起了人们极大兴趣。本文总结了我们对1,2-烷烃二醇类与防腐剂及其他化合物复配的抗菌性能所作的研究进行讨论，以评估其作为防腐剂和辅助防腐剂使用的潜在可能性。通常烷烃二醇类在化妆品中被用作保湿剂。研究表明，1,2-己二醇与1,2-辛二醇的协同混合物及其与抗氧化剂环庚三烯酮酚复配有助于各类化妆品配方制剂的防腐保存。这些结果为化妆品配方设计师在配制不含苯甲酸酯和甲醛释放体的产品时提供了更多的选择。 【关键词】 防腐剂；不含对羟基苯甲酸酯类；烷烃二醇；协同复配；化妆品

OH OH

1,2-己二醇 1,2-辛二醇

图1 1,2-己二醇和1,2-辛二醇的结构式和电荷分布

引言

化妆品中使用的防腐剂如对羟基苯甲酸酯类和甲醛释放体可能会造成皮肤不良反应，如刺激症状或接触性过敏，近来对其安全性的关注也越来越多，因此对化妆品防腐剂替代原料的研究引起了人们极大兴趣[1,2]。本文总结了我们对1,2-烷烃二醇类与防腐剂及其他化合物复配的抗菌性能所作的研究进行讨论，以评估其作为防腐剂和辅助防腐剂使用的潜在可能性。通常烷烃二醇类在

化妆品中被用作保湿剂，此外，众所周知这些二研究表明，1,2-己二醇与1,2-醇还具有抗菌活性[3]。

辛二醇的协同混合物及其与抗氧化剂环庚三烯酮酚复配有助于各类化妆品配方制剂的防腐保存。这些结果为化妆品配方师在配制不含苯甲酸酯和甲醛释放体的产品 、减少有风险的防腐剂提供了更多的选择，使配制不含防腐剂的配方成为可能。

材料与方法

合成高纯度直链1,2-烷基二醇。其他化合物由

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供应商提供。首先以琼脂稀释法测定1,2-链烷二醇的最小抑菌浓度（MICs) [4]。在第二次筛选阶段，考察了一些结构不同的化学物质对提高二醇防腐作用的效力。为评价防腐功效，我们采用欧洲药典第4版（2002) [4]中的标准挑战实验方法。我们分别考察不同的配方类型即阴离子o/w乳液、非离子型o/w乳液、水凝胶和香波中评价原料的防腐功效。测定28天内的微生物减少情况，并在第0、2、7、14和28天时计算每mL 的菌落数（cfu ）。

结果与讨论

经过对纯的二醇和二醇混合物最小抑菌浓度（MICs ）以及防腐功效的系统测定 ，结果表明，大多数情况下1,2-烷烃二醇的复配使用较单独使

用二醇具有更低的MIC 值 ，尤其是在1,2-己二醇和1,2-辛二醇的二元混合物测试中，我们观察到高抑菌活性（图1,2）。

1） 最小抑菌浓度

在不同的应用类型中，对1,2-己二醇、1,2-辛二醇及相应混合物进行与化妆品相关的微生物最小抑菌浓度值测定（表1, 2）。通过Kull 方程式[5]计算1,2-链烷二醇复配物的协同系数，从而确定不同1,2-链烷二醇复配物的协同作用。基于最小抑菌浓度计算得到的绝大部分协同系数（SI ）均 1代表有拮抗效应。

表 1 在不同应用类型下(如除体臭、除脚臭、抗痤疮和祛屑)，1,2-己二醇、1,2-辛二醇针对与化妆品相

关的微生物的最小抑菌浓度值

对与化妆品防腐功效测试相关的微生物进行最小抑菌浓度测试也得到SI

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计算得到的协同系数均

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表 2 1,2-己二醇、1,2-辛二醇及相应混合物对化妆品防腐功效测试相关微生物的最小抑菌浓度(MIC)值

2) 依据欧洲药典第4版进行防腐剂挑战性试验

a) 1,2-链烷二醇及二醇复配物

相同浓度下，相比于单独使用1,2-链烷二醇，1,2-链烷二醇的复配物具有更高的时间-杀菌效率和微生物杀灭率。其中，1,2-戊二醇、1,2-己二醇和1,2-辛二醇的复配物具有较高的效力[6]。这清楚地表明，在防腐挑战性试验中，使用1,2-链烷二醇复配物比单独使用某种二醇更为有效，这也证实了1,2-链烷二醇具有协同效应。

b) 二醇混合物(1,2-己二醇/1,2-辛二醇, 1:1)与常用防腐剂如对羟基苯甲酸酯类、山梨酸钾或丁基氨基甲酸碘代丙炔酯的复配物(标准o/w乳液)

经防腐挑战性试验确认，1,2-己二醇和1,2-辛二醇的1:1(w/w)的混合物具有优异的抗菌功效。如图2所示，将0.5%的1,2-己二醇和1,2-辛二醇的混合物应用于标准阴离子型o/w乳液中，其对革兰氏阴性菌如大肠杆菌或绿脓杆菌，革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌以及白色念珠菌等具有较高的抑菌活性。相反，其对于真菌如黑曲霉的生长抑制作用较弱，只有在经过较长时间段后才能达到完全杀灭。因此，在接下来的试验中，我们将该二醇混合物与常用防腐剂如山梨酸钾或

图 2: 依据欧洲药典规范对1,2-己二醇/1,2-辛二醇混合物(1:1, w/w))进行防腐挑战性试验，结果表明其对黑曲

霉的抑制作用较弱

丁基氨基甲酸碘代丙炔酯进行复配，检测其抗菌效力。

试验结果显示，在化妆品配方中，将低浓度的二醇混合物与山梨酸钾或丁基氨基甲酸碘代丙炔酯复配使用，可减少配方中这两种防腐剂的用量 (图3)。这表明，使用二醇作为防腐助剂，在满足产品防腐功效的同时可有效降低化妆品对皮肤的刺激率和过敏率。

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其与二醇的复配物都可观察到一定的抗菌效果。但在7天内，除环庚三烯酚酮外，没有一种物质能使每mL 的黑曲霉菌落形成单位减少3个对数

cfu/g级，因此不具有足够的防腐功效。在筛选试验中，不管是以0.6%的浓度单独作用还是以包含0.2%环

庚三烯酚酮和0.4%二醇混合物的复配物形式作用时，环庚三烯酚酮均具有极佳的抗菌活性 (表3)。

这使我们得以进行详细的研究，以确定环庚三烯酚酮的用量是否可以进一步降低，同时观察二醇

cfu/g

混合物与环庚三烯酚酮之间是否存在协同效应。

d) 环庚三烯酚酮与1,2-己二醇/1,2-辛二醇混合物复配使用后的协同抗菌活性

通过进行进一步的挑战性试验考察环庚三烯酚酮和环庚三烯酚酮/二醇复配物的抗菌功效。制备3种标准阴离子o/w配方，分别包含0.5%的1,2-己二醇/1,2-辛二醇混合物(1:1, w/w, 配方A)，0.01%的环庚三烯酚酮(配方B)，以及0.5% 1,2-己二醇/1,2-辛二醇混合物(1:1, w/w)和0.005%环庚三烯酚酮(配方C)。如图4中所示，配方C 具有较佳的结果。该配方在2天内菌落的形成单位数量从280,000减至2,900，7天内降至0，这意味着该配方在极短的时间内即可轻松达到令cfu/mL值减少3个对数级的目标。相反，单独使用0.01%环庚三烯酚酮的配方，2天后的cfu/mL值仍为72,000，而7天后为2,000。这清楚地表明1,2-己二醇/1,2-辛二醇/环庚三烯酚酮的混合物具有协同抗菌功效。

该试验还进一步证实了含有1,2-链烷二醇和环庚三烯酚酮的混合物相比单独使用环庚三烯酚酮或二醇混合物而言，能更加有效地提高化妆品配方的抗菌功效。

图 3 依照欧洲药典规范， 将1,2-己二醇/1,2-辛二醇混合物(1:1, w/w)与0.2%的山梨酸钾或0.02%的丁基氨基甲酸碘代丙炔酯复配，进行防腐挑战性试验

c) 筛选与1,2-己二醇/1,2-辛二醇混合物复配使用后，对黑曲霉有较佳抗菌功效的化学物质

为了增强1,2-链烷二醇混合物对真菌的抗菌功效，我们将它与香水和化妆品中多种常用物质复配，其中包括螯合剂如2-羟基-2,4,6-环庚三烯-1-酮(环庚三烯酚酮)，除臭剂如乙基己基甘油、甘油月桂酸或丁基辛酸，UV防晒剂如二苯甲酮-1和二苯酮-2，祛屑剂甘宝素，合成香料如2,2-二甲基-3-苯基-1-丙醇、4-甲基-4-苯基-2-戊醇、2-苄基庚醇或丙酮香叶酯、对羟基苯乙醇和聚甘油-3-辛酸酯。这些化合物中有部分已被报道具有一定的抗菌活性。但我们的筛选试验结果显示，这些物质中大部分无论是单独使用或是与二醇混合物复配使用时对于黑曲霉都不具有强的抑菌活性。如表3所示，某些情况下这些化合物本身或 · ·260

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表 3 根据欧洲药典第4版(2002)的挑战实验方法对若干化学物质抑制黑曲霉的活性进行筛选: 28天后

的cfu/mL值

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例49.5:49.5:1, w/w/w)添加到各产品中，进行挑战试验。结果见图5。

结论

上述试验表明，直链1,2-烷基二醇复配尤其是1,2-己二醇和1,2-辛二醇的混合物表现出优秀的协同抗菌功效。而且将1,2-链烷二醇混合物与常用防腐剂配合使用能降低化妆品配方中防腐剂的浓

度。因此，我们开发了一种新的协同增效混合物，1,2-己二醇/1,2-辛二醇和环庚三烯酮酚(浓度比例49.5:49.5:1, w/w/w)，这一混合物在多种不同类型的化妆品配方中对黑曲霉表现出极好的抗菌效果。

根据相关报道，1,2-烷烃二醇如1,2-戊二醇、1,2-己二醇和1,2-辛二醇可作为良好保湿剂用于化妆品配方。这些二醇，尤其是1,2-戊二醇，有很长的安全使用记录，而且积累了很多的安全性数据

[7]

醇/1,2-辛二醇/环庚三烯酮酚混合物对黑曲霉的协同抗菌效果; 第0、2、7、14和28天时的cfu/mL值

f ） 1,2-己二醇/1,2-辛二醇/环庚三烯酮酚混合物在不同化妆品配方中的抗菌效果评价

不同类型的化妆品配方的对于微生物的生长有显著影响，这对配方师而言是个常识。为了验证1,2-己二醇、1,2-辛二醇和环庚三烯酮酚的协同复配物是否可用于不同类型的化妆品配方以抑制微生物生长，我们在不同类型的化妆品配方中进行了一系列挑战试验。试验中，将0.5%的1,2-己二醇、1,2-辛二醇和环庚三烯酮酚混合物(浓度比 · ·262

。另一方面，许多常用防腐剂在安全性上有越来

越多的争议，由此产生的对安全性防腐剂的需求也越来越大。我们的研究结果表明，两种1,2-烷烃二醇的协同复配物及其与常用防腐剂的复配物可以减少或替代有争议的防腐剂。因此我们的试验

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结果对化妆品工业的发展具有显著的意义。 S ÖFW 131(6): 13-22, 2005 [3] EP1269983

[4] European Pharmacopoeia 4th Edition (2002)

[5] F.C.Kull et al., Applied Microbiology 9, 538-541 (1961) [6] EP1478231

参考文献:

[1] EP 0655904

[2] Pillai R, Schmaus G, Lange S, Röding J., 1,2-pentanediol

a multifunctional ingredient for personal care applications.

图 5 根据欧洲药典第4版(2002)的挑战实验方法，比较1,2-己二醇/1,2-辛二醇混合物(1:1, w/w)与1,2-己二醇/1,2-辛二醇/环庚三烯酮酚混合物(49.5:49.5:1, w/w/w)在不同类型产品中对黑曲霉的抑制效果: 第0、2、4、7、14和28天时的cfu/mL值

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