幾種天然生物防腐劑及其在化妝品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

呂玉濤

摘? ?要：介紹了乳酸鏈球菌素、ε-多聚賴氨酸、曲酸、溶菌酶、納他霉素等天然生物防腐劑的功能和特點(diǎn)以及在化妝品中的應(yīng)用情況和前景。

關(guān)鍵詞：天然生物防腐劑;化妝品;應(yīng)用

在社會(huì)日益進(jìn)步的今天，化妝品種類琳瑯滿目，功能選澤日趨多元，種類多樣的營養(yǎng)成分被添加到化妝品的配方體系之中。這樣營養(yǎng)物質(zhì)豐富的化妝品成分，充分滿足微生物在元素水平和營養(yǎng)要素水平上的生長(zhǎng)要求，在適宜的條件下，微生物可在化妝品中大量繁殖，從而導(dǎo)致化妝品的變質(zhì)、失效，甚至產(chǎn)生毒副作用。為保障化妝品的品質(zhì)，需要在其配方體系中添加一定量的防腐劑來抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖?；瘖y品可用的防腐劑類別較多，如抗真菌和革蘭氏陽性細(xì)菌的對(duì)羥基苯甲酸酯類、抗細(xì)菌的苯甲醇、抗細(xì)菌和真菌的對(duì)氯間二甲酚以及作用范圍較廣的苯氧基乙醇，這些防腐劑大多為化學(xué)合成防腐劑，具有一定的毒性，如苯甲醇可被皮膚吸收，具有麻醉作用，對(duì)眼、上呼吸道、皮膚有刺激作用。為保障消費(fèi)者的安全，保證化妝品的質(zhì)量，國家嚴(yán)格限制化妝品中防腐劑的種類和用量，2015版的《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》[1]的“表4—化妝品準(zhǔn)用防腐劑”中對(duì)多種防腐劑在化妝品組分中的含量和種類及應(yīng)用條件作了明確的規(guī)定。但還是會(huì)出現(xiàn)化妝品防腐劑違規(guī)使用和超標(biāo)的案例，一些特殊膚質(zhì)的消費(fèi)者，即便使用了所含防腐劑在安全限量以內(nèi)的化妝品，仍會(huì)產(chǎn)生皮膚過敏反應(yīng)，長(zhǎng)期使用含有化學(xué)防腐劑的化妝品會(huì)加速皮膚老化。

隨著消費(fèi)者對(duì)化妝品安全要求的提高，減少化妝品中化學(xué)合成防腐劑的應(yīng)用，尋找新型、有效和安全的天然防腐劑成為化妝品研究的一個(gè)熱點(diǎn)。天然防腐劑主要有3種制備來源：（1）以殼聚糖、魚精蛋白和蜂膠等為代表的動(dòng)物源防腐劑。（2）以植物精油、大蒜素和茶多酚為代表的植物源防腐劑。（3）通過微生物發(fā)酵后提取的微生物源防腐劑[2]。微生物源防腐劑又稱天然生物防腐劑，具有低劑量、高效率、適用pH范圍寬、無特殊感官性狀、不會(huì)使微生物產(chǎn)生抗性、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。筆者主要介紹乳酸鏈球菌素（Nisin）、聚賴氨酸（Poly-lysine）、曲酸（Kojic acid）、溶菌酶（Lysozyme）和納他霉素（Natamycin）等天然生物防腐劑的來源、功能特點(diǎn)以及在化妝品工業(yè)中的應(yīng)用和前景。

1? ? 乳酸鏈球菌素

乳酸鏈球菌素（Nisin）也稱乳酸鏈球菌肽，是利用微生物發(fā)酵工程技術(shù)，以蛋白質(zhì)類原料，經(jīng)乳酸鏈球菌發(fā)酵后，制備得到的一種純天然、高效、安全的生物活性抗菌肽，由34個(gè)氨基酸組成，分子質(zhì)量3 354 Da。Nisin的防腐原理是干擾細(xì)菌細(xì)胞壁中肽聚糖層的形成，使磷脂化合物與細(xì)胞壁、質(zhì)膜的合成停滯[3]，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物和ATP外泄，使細(xì)胞裂解。Nisin有效抑菌質(zhì)量濃度小于100 μg/mL，可有效抑制革蘭氏陽性菌（包含芽孢）生長(zhǎng)和繁殖，如鏈球菌屬、乳酸桿菌屬、葡萄球菌屬等，但對(duì)革蘭氏陰性菌、真菌和病毒一般無抑制作用。Nisin可以通過與其他天然生物防腐劑或螯合劑（如檸檬酸、EDTA、山梨醇、吐溫20等）復(fù)配，協(xié)同增加防腐效能，大大增加抗菌性。

Nisin作為食品防腐劑已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，已在60多個(gè)國家和地區(qū)批準(zhǔn)使用。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）于1969年確認(rèn)Nisin為高效、安全、可靠的食品防腐劑。1983年，美國食品藥物管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)AD）確定Nisin為公認(rèn)安全產(chǎn)品（Generally Recognized as Safe，GRAS）并批準(zhǔn)使用[4]。我國于1990年批準(zhǔn)使用，可用于肉制品加工、乳制品和酸性罐頭食品中，能夠有效阻止耐熱性孢子的萌發(fā)和毒素的形成。在化妝品中，Nisin作為防腐劑已被納入2015年版的《已使用化妝品原料名稱目錄》，廣泛應(yīng)用在潔面膏、面霜、面膜、乳液、化妝水、精華液、眼唇部護(hù)理以及毛發(fā)護(hù)理類的化妝品中，在這些化妝品中，Nisin與一些螯合劑協(xié)同組成防腐體系。

2? ? ε-多聚賴氨酸

ε-多聚賴氨酸（ε-PL）是由白色鏈球菌（Streptomyces albulus）發(fā)酵產(chǎn)生的一種含有25～30個(gè)L-賴氨酸殘基的同型單體聚合物，由L-賴氨酸的ε-氨基與另一L-賴氨酸的α-羧基形成ε-酰胺鍵連接而成[5]。ε-多聚賴氨酸為淡黃色粉末，吸濕性強(qiáng)，略有苦味，易溶于水，微溶于乙醇，是賴氨酸的直鏈狀聚合物。ε-PL是目前天然防腐劑中具有優(yōu)良防腐性能的微生物類防腐劑，其抑菌機(jī)理是呈高聚合多價(jià)陽離子態(tài)的ε-PL能破壞微生物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)、能量和信息傳遞中斷，還能與胞內(nèi)的核糖體結(jié)合，影響生物大分子的合成，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。ε-PL具有廣譜抑菌性，對(duì)革蘭氏陽性和陰性菌如枯草桿菌、乳酸菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等的繁殖有較強(qiáng)的抑制作用，對(duì)細(xì)菌的最小抑菌質(zhì)量濃度均小于100 μg/mL，其對(duì)酵母菌和霉菌也有一定的抑制作用，與鹽酸、檸檬酸、蘋果酸、甘氨酸和高級(jí)脂肪甘油酯等合用有增效作用。分子質(zhì)量在3 600～4 300的ε-PL的抑菌活性最好，當(dāng)分子質(zhì)量低于1 300時(shí)，ε-PL失去抑菌活性。作為防腐劑，ε-PL具有安全性能高、在水中的溶解性極強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在中性和微酸性環(huán)境條件下均有較強(qiáng)的抑菌性，由于對(duì)熱穩(wěn)定，故加入后可熱處理，能抑制一些耐熱性芽孢桿菌等。良好的水溶性和熱穩(wěn)定性使ε-PL在實(shí)際應(yīng)用上具有較大的競(jìng)爭(zhēng)力。

1989年，日本在添加劑目錄表中把ε-PL歸屬于一種天然添加劑，并允許使用。自2003年起，F(xiàn)DA已正式批準(zhǔn)ε-PL作為天然食品添加劑。在化妝品中，聚賴氨酸作為防腐劑已被納入我國2015年版的《已使用化妝品原料名稱目錄》，而ε-PL尚未錄入此名錄中。鑒于其良好的抗菌性能和安全性，韓國、日本和歐美的化妝品企業(yè)已將ε-PL用作防腐劑，在一些化妝水、面霜、乳液和卸妝液類的產(chǎn)品中使用。ε-PL作為安全、環(huán)保、高效、廣譜的殺菌劑，在日化產(chǎn)業(yè)會(huì)有較大的應(yīng)用空間。另外，ε-PL具有很強(qiáng)的吸濕能力，在化妝品中可用作保濕劑，也可與丙烯乙二醇結(jié)合形成水凝膠，制備高吸水性聚合物材料，應(yīng)用于一次性紙尿褲和衛(wèi)生巾等日化產(chǎn)品中[6]。

3? ? 曲酸

曲酸是米曲霉在發(fā)酵蔗糖等原料的過程中產(chǎn)生的一種具有抗抑菌、抑制酪氨酸酶活性、抗細(xì)胞增殖、增強(qiáng)免疫細(xì)胞活力、清除自由基等功能的生物活性有機(jī)酸，化學(xué)名為5-羥基-2-羥甲基-1，4-吡喃酮。曲酸對(duì)細(xì)菌的抑制作用主要是抑制了脫氧核糖核酸（DeoxyriboNucleic Acid，DNA）復(fù)制所需的一些酶的活力，使細(xì)菌不能大量繁殖。其作為防腐劑，具有水溶性好、熱穩(wěn)定性高、受酸堿度影響小等優(yōu)點(diǎn)。目前，曲酸的防腐功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到食品中。曲酸已被納入在我國2015版的《已使用化妝品原料名稱目錄》中，因曲酸對(duì)人體皮膚黑色素的生成具有很強(qiáng)的抑制作用[7]，而且安全、無毒、不會(huì)產(chǎn)生白斑后遺癥，在實(shí)際使用中更多的是被用在美白類化妝品中。如曲酸被配入化妝水、面膜、乳液和護(hù)膚霜中，制成能有效治療雀斑、老人斑、色素沉著、粉刺的化妝品[8]。但曲酸有較強(qiáng)的致敏性，可能產(chǎn)生刺激性、接觸性皮炎，在化妝品中的添加量一般為0.5%～2.0%，所以其防腐功能大多是作為美白功能的副功能被間接地引入到化妝品中。

4? ? 溶菌酶

溶菌酶是一種能水解細(xì)胞壁中黏多糖的堿性酶[9]。溶菌酶的來源有多種，如雞蛋清溶菌酶、植物源溶菌酶、動(dòng)物源溶菌酶、微生物源溶菌酶等，不同來源的溶菌酶，其抑菌譜各不相同。該酶化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有抗菌、消炎、抗病毒等作用，且具備良好的熱穩(wěn)定性和酸堿穩(wěn)定性。其抑菌機(jī)制主要是通過破壞細(xì)胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4糖苷鍵，使細(xì)胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂，內(nèi)容物逸出而使細(xì)菌溶解。溶菌酶對(duì)革蘭氏陽性菌具有較強(qiáng)的殺菌作用，與EDTA-二鈉或殼聚糖復(fù)配時(shí)，可以增強(qiáng)其抑菌作用[9]。目前，溶菌酶作為天然蛋白質(zhì)型防腐劑，用作食品防腐，安全、高效且無毒，已廣泛用于肉制品、乳制品、水產(chǎn)品和飲料等食品的防腐保鮮。在我國2015版的《已使用化妝品原料名稱目錄》中，溶菌酶作為抗菌劑已被納入，并在多種類型的化妝品中使用，但其用量在《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》中并未作出相應(yīng)規(guī)定。溶菌酶用在化妝品中有強(qiáng)化皮膚抗菌力、抑制細(xì)菌繁殖、消炎退腫的作用[10]，可使多種微生物細(xì)胞分解，殺滅致病微生物，尤其是對(duì)痤瘡桿菌有較強(qiáng)的殺滅作用，使化膿性痤瘡的創(chuàng)傷組織得以修復(fù)和再生。另外，溶菌酶用于口腔衛(wèi)生用品中，可以預(yù)防多種牙齒疾病和齲齒[11]。

5? ? 納他霉素

納他霉素是一種廣譜、高效的抗真菌劑，是由鏈霉菌發(fā)酵大豆蛋白提取物生成的多烯烴大環(huán)內(nèi)酯，其分子是一種具有活性的環(huán)狀四烯化合物，為白色或奶油色、無味的結(jié)晶粉末。其抑菌機(jī)理是納他霉素分子的疏水部分即大環(huán)內(nèi)酯的雙鍵部分以范德華力和甾醇分子結(jié)合，形成抗生素-甾醇復(fù)合物，破壞細(xì)胞質(zhì)膜的滲透性。分子的親水部分即大環(huán)內(nèi)酯的多醇部分在膜上產(chǎn)生水孔，損傷膜的通透性，從而引起菌內(nèi)物質(zhì)的泄露而死亡[12]，由于細(xì)菌細(xì)胞膜缺乏甾醇類物質(zhì)，所以對(duì)霉菌和酵母菌均具有極強(qiáng)的抑制性，但對(duì)細(xì)菌和病毒無效。

納他霉素作為食品防腐劑，以其高效安全的特性，被各國廣泛應(yīng)用于食品防腐。美國FDA允許納他霉素作為食品添加劑使用，并將其歸類為GRAS產(chǎn)品之列。我國1996年食品添加劑委員會(huì)對(duì)納他霉素進(jìn)行評(píng)價(jià)并建議批準(zhǔn)使用，現(xiàn)已列入食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[13]。因2015年版的《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》中把抗生素列為化妝品禁用物質(zhì)，目前，納他霉素在化妝品中的應(yīng)用仍屬空白，但作為高效的抗真菌劑，如果將納他霉素與其他生物防腐劑復(fù)配使用，能夠更好地保障化妝品的質(zhì)量安全。

6? ? 結(jié)語

天然生物防腐劑的制備相對(duì)于化學(xué)防腐劑的合成更加綠色環(huán)保，且在安全性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)用受限于其防腐劑的抑菌特性、抑菌譜的范圍和價(jià)格的高低等因素。用天然生物防腐劑替代化妝品中的化學(xué)防腐劑，以達(dá)到安全、有效、無毒副作用的目的，實(shí)現(xiàn)尚需時(shí)日，還需繼續(xù)優(yōu)化各種天然生物防腐劑的制備條件，降低制備成本，深入探索其功能特性，研究天然生物防腐劑間或與其他化學(xué)合成防腐劑之間的復(fù)配效果，方能使天然生物防腐劑在化妝品防腐領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。

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