有效針對(duì)女性臉皮薄氨基酸表面活性劑的特性及應(yīng)用

胡文杰　張涌　劉振華　張?zhí)姟⊥跣】怠×峙鏂|　祝雪梅

臉部皮膚的類(lèi)型、特點(diǎn)和功效訴求決定我們需要一款清潔力適中、低刺激性的洗面奶，在保持臉部清潔的同時(shí)維持皮膚健康的狀態(tài)。傳統(tǒng)的皂基洗面奶因其去污力較強(qiáng)，極易造成“清潔過(guò)度”，引起皮膚干澀、緊繃、瘙癢等癥狀，使皮膚屏障功能受損。氨基酸表面活性劑擁有刺激性低、發(fā)泡力強(qiáng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是脂肪酸皂的優(yōu)良替代品。本文簡(jiǎn)述了氨基酸表面活性劑相對(duì)于脂肪酸皂的優(yōu)勢(shì)及其在洗面奶中的應(yīng)用。

皮膚是人體與外界隔絕的第一道防護(hù)屏障，主要由真皮與表皮組成。角質(zhì)層細(xì)胞由基底層的角質(zhì)母細(xì)胞分裂，并逐步分化為有棘層、顆粒層、透明層、角質(zhì)層，并最終死亡脫落完成一個(gè)表皮細(xì)胞的生命周期。其中，顆粒層細(xì)胞會(huì)通過(guò)板層小體合成，并以胞吐的方式不斷分泌細(xì)胞間脂質(zhì)，從而在角質(zhì)層中形成所謂的“磚塊水泥”結(jié)構(gòu)（磚塊——角質(zhì)層細(xì)胞，水泥——細(xì)胞間脂質(zhì)）。同時(shí)，皮膚內(nèi)的皮脂腺分泌出皮脂，它們與酶解后的細(xì)胞間脂質(zhì)共同組成抵御外界入侵、減緩角質(zhì)層水分蒸發(fā)的皮脂膜。

皮膚污垢由皮脂膜、外界灰塵、化妝品殘留、脫落的角質(zhì)層細(xì)胞殘?jiān)餐M成，這些污垢在空氣的作用下會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)。同時(shí)，皮膚上的微生物和酶會(huì)加速污垢的氧化分解，使得皮膚暗淡、沒(méi)有光澤且有酸敗的臭味。對(duì)于長(zhǎng)期裸露且皮脂腺活躍的臉部皮膚，這個(gè)過(guò)程會(huì)更為明顯。因此，為了擁有良好的膚質(zhì)，適當(dāng)?shù)哪槻壳鍧嵤潜仨毜摹?/p>

但臉部皮膚普遍比身體其他部位的皮膚要薄，尤其是女性，且臉部皮膚會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而變薄。在進(jìn)行日常潔面時(shí)，難免會(huì)清洗掉部分皮膚表面的皮脂膜，特別是清潔力較強(qiáng)的清潔產(chǎn)品，會(huì)完全破壞皮脂膜，導(dǎo)致“過(guò)度清潔”。在“過(guò)度清潔”后，皮膚缺少皮脂膜的保護(hù)會(huì)進(jìn)入防守真空期，角質(zhì)層失水率增加，從而導(dǎo)致洗后皮膚緊繃、發(fā)干。同時(shí)，皮脂膜的缺失也使得皮膚更容易受到外界物質(zhì)的入侵而表現(xiàn)出瘙癢甚至紅腫等癥狀。

因此，為了保護(hù)臉部皮膚的健康，除了日常臉部肌膚護(hù)理外，避篼‘過(guò)度清潔”也顯得非常重要。基于以上因素，一款清潔力適中、溫和無(wú)刺激的潔面產(chǎn)品在科技進(jìn)步和消費(fèi)需求的共同推動(dòng)下應(yīng)運(yùn)而生。

皂基洗面奶

現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多種潔面產(chǎn)品，其中皂基洗面奶是最受歡迎的一類(lèi)潔面產(chǎn)品，其主要清潔成分為脂肪酸皂，在生產(chǎn)中一般由脂肪酸或油脂與堿進(jìn)行皂化中和反應(yīng)制得。典型的皂化反應(yīng)如圖l所示，其中R、R1、R2、R3為不同的碳鏈。

皂基洗面奶以脂肪酸皂作為主要清潔劑，利用表面活性劑的潤(rùn)濕、增溶、乳化性能達(dá)到去污的目的。為了使配方體系達(dá)到一定的結(jié)膏點(diǎn)與泡沫性能，一般使用多種脂肪酸相互搭配的方式進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，其中，酸總量控制在26%～35%，中和度為了5%～90%。

雖然加入多元醇、兩性或非離子表面活性劑、賦脂劑等助劑能有效改善皂基洗面奶的清潔體驗(yàn)，緩解清洗后的干澀感與緊繃感，但依然無(wú)法完美解決皂基洗面奶的缺陷。

1.為了維持配方體系的穩(wěn)定，脂肪酸含量需要維持在較高的水平。在皂化后，體系中的活性物濃度在30%以上。高活性物含量加上脂肪酸皂本身優(yōu)異的去污力，極易造成“過(guò)度清潔”，嚴(yán)重破壞皮脂膜，影響皮膚健康。

2.脂肪酸要具有清潔活性需要利用堿進(jìn)行皂化，皂化后體系pH為9.0～10.5。一方面，較高的pH會(huì)皂化皮脂膜與細(xì)胞間脂質(zhì)中的極性油脂;另一方面，在自然狀態(tài)下，人體皮膚的pH為5.0～6.0，較高的pH具有潛在的刺激性，并影響皮膚的微生態(tài)環(huán)境。

3.脂肪酸皂具有較高的克拉夫點(diǎn)（TK）。特別是常用的肉豆蔻酸鈉（C14）、鯨蠟酸鈉（C16）、硬脂酸鈉（C18），在常溫（25℃）下均難溶于水。使用時(shí)，潔面膏在手心反復(fù)涂抹揉搓都沒(méi)有辦法使其徹底分散溶解到水中，導(dǎo)致推不開(kāi)、化不開(kāi)的情況，給消費(fèi)者帶來(lái)極大的不便。這極大地限制了脂肪酸皂在水中的性能表現(xiàn)，也令消費(fèi)者的使用體驗(yàn)感大打折扣。

N-?；被岜砻婊钚詣?/p>

在日化行業(yè)中，氨基酸表面活性劑通常指的是N一?；被岜砻婊钚詣∟-acly amino acid surfactants，NAAs）。此類(lèi)表面活性劑具有低刺激性、良好的生物降解性、良好的泡沫性能等優(yōu)點(diǎn)，是近幾年非常熱門(mén)的日化用表面活性劑之一。NAAs的分子結(jié)構(gòu)與脂肪酸皂類(lèi)似，這使得其具有與脂肪酸皂相似的性質(zhì)，同時(shí)NAAs中的酰胺基團(tuán)也賦予了其比脂肪酸皂更優(yōu)異的性能。典型結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中R1為碳鏈，R2為氨基酸殘基。

現(xiàn)在市場(chǎng)上大多數(shù)氨基酸洗面奶的主表面活性劑是N-?；拾彼犷?lèi)與N-酰基谷氨酸類(lèi)表面活性劑，本文主要以N-?；拾彼犷?lèi)表面活性劑為例，敘述NAAs的性能優(yōu)勢(shì)及其結(jié)晶特性。

NAAs的物化特性

NAAs由脂肪酸與氨基酸經(jīng)過(guò)肖頓-鮑曼縮合反應(yīng)而得。對(duì)于N-月桂酰基甘氨酸鈉（sodium N-lauroylglycinate，C12GlyNa）而言，其與十五酸鈉相比，兩者相差一個(gè)酰胺基團(tuán)。但Bordes經(jīng)過(guò)測(cè)量Cl2GlyNa的臨界膠束濃度（Critical Micelle Concentration，CMC）發(fā)現(xiàn)，具有同樣碳鏈長(zhǎng)度的C12GlyNa的CMC值是十五酸鈉的十倍以上，C12GlyNa的膠束驅(qū)動(dòng)力顯著弱于十五酸鈉（兩個(gè)分子結(jié)構(gòu)如圖3所示）。這表明，酰胺基團(tuán)的引入，顯著降低了分子的疏水性。對(duì)于工業(yè)硬表面清洗來(lái)說(shuō)，或許十五酸鈉表現(xiàn)得更為優(yōu)秀，但是對(duì)于有生命的人體皮膚，低CMC值或許不是一個(gè)合適的選擇。

高CMC值降低了N-?；拾彼猁}對(duì)油脂的親和力，使其脫脂力相對(duì)于脂肪酸皂更弱。因此，將N-酰基甘氨酸類(lèi)表面活性劑作為面部清潔洗面奶配方中的主表活能有效避免“過(guò)度清潔”情況的發(fā)生。另外，在配方體系中，更好的親水性也使得膏體中的N-?；拾彼猁}能更快速地解離并溶解于水中，使膏體快速溶脹裂解。消費(fèi)者只需輕輕一抹，膏體立即就分散在水中，同時(shí)引出豐富的泡沫，這就很好地解決了皂基洗面奶推不開(kāi)的難題。以上兩點(diǎn)對(duì)于N-?；劝彼犷?lèi)表面活性劑是同樣適用的。

NAAs的酸化結(jié)果特性

NAAs中的羧基決定了其許多物化性質(zhì)都與pH有高度相關(guān)性。在酸性條件下，N-?；被猁}會(huì)轉(zhuǎn)化為不溶于水的N-酰基氨基酸并在水中結(jié)晶析出，其酸化反應(yīng)如圖4所示。

相較于脂肪酸皂，N-酰基甘氨酸鹽在結(jié)構(gòu)上只多了一個(gè)酰胺基團(tuán)，因此其性質(zhì)與脂肪酸皂有著許多相似之處。對(duì)于脂肪酸皂，隨著酸的加入，部分脂肪酸皂被質(zhì)子化形成脂肪酸。質(zhì)子化的脂肪酸會(huì)與離子狀態(tài)的脂肪酸皂以氫鍵締合的形式相互結(jié)合形成酸皂二聚體，極大程度上縮短分子間間距（如圖5所示）。當(dāng)pH到達(dá)脂肪酸的pKa時(shí)，質(zhì)子化與非質(zhì)子化的分子達(dá)到平衡，此時(shí)分子間平均間距最小，體系形成密集的聚集體結(jié)構(gòu)。與脂肪酸皂類(lèi)似，NAAs同樣具有在酸性條件下形成酸皂二聚體的特性。而且，相對(duì)于脂肪酸皂，酰胺基團(tuán)的分子間氫鍵締合能使NAAs形成更緊密的自組裝結(jié)構(gòu)。

在弱酸性條件下，N-?；拾彼猁}存在結(jié)晶相與膠束相。膠束相由酸皂二極體與N-?；拾彼猁}組成，而結(jié)晶相由N一酰基甘氨酸組成。相對(duì)于脂肪酸皂，N-?；拾彼岱肿娱g酰胺基團(tuán)的氫鍵締合增大了分子間作用力，使其具有更高的結(jié)膏溫度，體系能在高溫下保持膏體形態(tài)。這也使得使用NAAs的配方能在更低的活性物濃度下維持體系的熱穩(wěn)定性。

NAAs的泡沫特性

泡沫屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，而表面活性劑則能有效穩(wěn)定泡沫防止其迅速破裂。在泡沫的液膜中，表面活性劑分子以雙分子層的形式緊密排列（如圖6所示），其中疏水端指向空氣，親水端指向液膜，越緊密的結(jié)構(gòu)越有利于泡沫的產(chǎn)生并能有效抑制氣泡的破裂。Kanicky等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH達(dá)到十二酸鈉的pKa時(shí)，其表現(xiàn)出更優(yōu)異的泡沫性能。而NAAs同樣具有類(lèi)似的特性，張青等通過(guò)羅氏泡沫儀測(cè)量不同種類(lèi)的NAAs在不同pH下的發(fā)泡性能，證明當(dāng)pH為6.5～7.5時(shí)，N-椰油酰基甘氨酸鈉（GC-30S）具有更好的發(fā)泡性能。其中，N-月桂酰基甘氨酸鈉的pKa經(jīng)測(cè)量為了。

氨基酸潔面產(chǎn)品的配方實(shí)例

下面列舉兩個(gè)配方實(shí)例以說(shuō)明NAAs在應(yīng)用中的性能優(yōu)越性。

該配方為甘氨酸類(lèi)NAAs的基礎(chǔ)配方。配方pH約為6.7左右，展現(xiàn)出很好的泡沫性能。外觀為白色珠光膏體，結(jié)膏溫度為60℃左右。雖然體系活性物濃度低于10%，但經(jīng)過(guò)高低溫測(cè)試后體系均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。其中，配方工藝：稱(chēng)取A相于燒杯中，利用水溶解B相組分并加入A相中;加入C相，然后加熱至（78±1）攝氏度，攪拌冷卻至30攝氏度即可出料。

配方工藝：先將WSR-205分散于甘油中，并低速攪拌并緩慢加入水至其完全溶解，待用。將A相物料加入燒杯中，攪拌加熱至85攝氏度，隨后緩慢依次加入B相、C相、D相物料，加完后保溫30分鐘。保溫完后冷卻至40攝氏度加入E相，攪拌30分鐘后即可出料。

該配方利用椰油?；拾彼徕c作為主表活，并復(fù)配椰油?；谆；撬徕c以增加體系泡沫與抗硬水性能?；钚晕餄舛?20%，顯著低于傳統(tǒng)皂基洗面奶，降低了體系的清潔力度。配方pH為6.8左右，在此pH下，甘氨酸類(lèi)NAAs能發(fā)揮出優(yōu)良的性能。結(jié)膏溫度為50攝氏度附近，膏體軟硬度適中。高溫下能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，低溫下能較好地從包裝軟管中擠出。遇水后搓洗泡沫豐富且綿密，洗后干凈且不緊繃。

展望

N-?；拾彼犷?lèi)表面活性劑與脂肪酸皂結(jié)構(gòu)類(lèi)似，羧基基團(tuán)決定了兩者具有相似的pH相應(yīng)特性。但甘氨酸類(lèi)NAAs中的酰胺基團(tuán)給予了其有別于脂肪酸皂的優(yōu)良性能，根據(jù)這些獨(dú)特的構(gòu)效關(guān)系設(shè)計(jì)產(chǎn)品配方可以獲得事半功倍的配方開(kāi)發(fā)效率。

在充分研究氨基酸表面活性劑在不同場(chǎng)景下的構(gòu)效關(guān)系的基礎(chǔ)上，開(kāi)展多種表面活性劑的復(fù)配工作是提升氨基酸洗面奶性能的一種可行方法。另外，現(xiàn)如今市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)以不同類(lèi)型的NAAs作為主表活的洗面奶配方，如丙氨酸類(lèi)。隨著科學(xué)的發(fā)展，相信其他類(lèi)型的NAAs也將出現(xiàn)在我們的選擇菜單中。