化妝品防腐技術概述

前言

化妝品的安全性與穩定性是保證化妝品品質的重要前提，而配方體系中防腐劑的選擇與使用又會對化妝品的以上性質有著極為重要的影響。我們知道，防腐劑的使用得當會提高化妝品的穩定性，有效防止由于微生物的作用導致的產品分層、變色、變味等變質現象，也不會給產品帶來安全性的問題；相反，則會影響化妝品的穩定性，并有可能使配方的安全性降低，產生毒性及刺激性，甚至導致更為嚴重的皮膚問題。

本文將結合實際工作的經驗與體會，圍繞微生物與化妝品防腐的概念、化妝品配方防腐體系的建立、防腐劑的法律法規、防腐劑單體的性質等問題做一簡要的闡述。

一、微生物與化妝品防腐的概念

1．化妝品防腐的定義

化妝品防腐就是保護化妝品成品在保質期內免受細菌、霉菌和酵母菌的污染。

2．化妝品防腐的必要性

化妝品被微生物污染后，會發生以下不良變化：變味；變色；粘度變化；產生氣體；使透明體系混濁、產生沉淀；產生致病菌、危害人體，例：金黃色葡萄球菌會產生外毒素，侵害皮膚。

3．微生物的基本概念

微生物是一個廣義的概念，它泛指生物界中存在的體形微小、構造簡單的低等生物。主要包括：細菌、霉菌、酵母菌、放線菌、立克次氏體及病毒等。

微生物的特點：體積小、面積大；生長旺盛、繁殖快；適應性強、易變異； 分布廣、種類多（天空、大海，無處不在；土壤中已發現10萬種以上）。

4．化妝品中常見的微生物

化妝品中常見的微生物分為細菌、霉菌和酵母菌三類。

細菌：分革蘭氏陽性與革蘭氏陰性菌。從形態上分為球菌（葡萄球菌、鏈球菌等）、桿菌（綠膿桿菌、大腸桿菌等）、螺旋狀菌等。

被細菌污染的化妝品會產生分層、混濁及異味等現象。

霉菌：喜歡在陰暗、潮濕的環境中生長，易在空氣中傳播。

化妝品被霉菌污染后，會產生霉斑（常出現在包裝容器及內容物表面），有霉臭味。

酵母菌：化妝品被酵母菌污染后，會產生一種發酵所特有的酸味，另外還會導致產品混濁、分層、變色。

5．微生物在化妝品中生長所需的物質

水和空氣是微生物在化妝品中生長所需的最主要的物質；另外還有脂肪酸、脂肪醇、酯類、蛋白質與氨基酸、羊毛脂及其衍生物、維生素、纖維素、淀粉、植物提取物、糖類（蔗糖、葡萄糖、粘多糖）、無機鹽等一些常見的化妝品原料。

6．化妝品中常見的微生物的一般性質(見下表)

7、化妝品被微生物污染的途徑——化妝品的一、二級污染

化妝品在生產過程中受到的微生物污染是化妝品微生物的一級污染；消費者在使用過程造成的微生物污染是化妝品微生物的二級污染。

（1）化妝品微生物的一級污染

包括設備、原料、制造及包裝四個方面，而制造及包裝過程又涉及生產環境與操作人員。

如何避免化妝品在生產過程中的一級污染:

設備：輸送泵、管線、乳化機、灌裝機等，是微生物聚集之處，要定期清洗、消毒。

原料：是微生物的重要污染源，對重點原料（如：動植物源性原料、水）可在檢測的基礎上進行滅菌處理。

制造環境： 定期進行環境滅菌消毒；制造過程中物料的加熱滅菌處理等。

包裝： 包裝車間的空氣凈化，二次更衣；包裝材料的清洗、消毒。

如何避免化妝品在生產過程中的一級污染:

在化妝品制造過程中添加適量的防腐劑。

(2) 化妝品微生物的二級污染

消費者在取用時，手指上的微生物可引發產品污染；經常開啟瓶蓋，空氣中的微生物也可污染內容物。

二、化妝品中的防腐劑與防腐體系的建立

(一)化妝品用防腐劑

1．防腐劑的概念

可以穩定地發揮作用，能破壞微生物或阻止化妝品內微生物生長的物質。可以在一定時間內（通常14天）使99.9%以上的微生物失去活性。

殺菌劑的作用：

殺菌劑的特點是快速、強效地發揮作用，可在極短的時間（30秒）內，殺滅99.99%以上的微生物。有些殺菌劑在低濃度時可用作防腐劑。

2．影響防腐劑效能（活性）的因素

（1）防腐劑的使用濃度：一般地，濃度越高效能越強。

（2）與微生物的接觸時間：一定時間后起作用，也許3、5天后。

（3） 體系的PH值：大多數防腐劑在酸性環境的活性大于在堿性環境的活性；例如：Bronopo（布羅波爾）在PH=4時，十分穩定；在PH=6時，其活性可保持1年；而在PH=7時，活性只能保持幾個月。

（4）固體粒子對防腐劑的吸附：可使其活性降低。例如：5%的淀粉對0.1%尼泊金甲酯的吸附作用，會使尼泊金甲酯的活性降低10%；5%高嶺土對0.1%的卡松的吸附，會使卡松的活性降低26%。

（5）防腐劑的油水分配系數：在乳化體中，微生物通常會被吸附在油—水界面或在水相活動，因此，防腐劑的溶解性很重要；好的防腐劑應有高的水溶性，即低的油水分配系數。

（6）配方中的一些物質對防腐劑的“封閉”作用：一些原料特別是一些非離子型表面活性劑、水溶性聚合物等，可與某些防腐劑膠合，降低其水中游離防腐劑的濃度，進而使其活性降低。

①防腐劑的增量系數（R）：由于一些非離子型表面活性劑等物質對防腐劑的膠合作用，使體系中游離防腐劑的含量降低，這時的體系中防腐劑的總量與游離防腐劑含量之比即為R值。

也即：在一些非離子表面活性劑、水溶性聚合物等體系中，要保持原有的防腐作用，應添加的防腐劑量的倍數。

R= 所需防腐劑的總濃度 / 游離防腐劑的濃度

②舉例：

非離子表面活性劑存在時，一些防腐劑的增量系數（R值） 2%吐溫- 805%吐溫- 80 2%PEG硬脂酸酯5% PEG硬脂酸酯

③應用：

例如，尼泊金甲酯的最小抑菌濃度（MIC）為0.08%，在含有5%吐溫- 80的體系中，尼泊金甲酯最小抑菌濃度（MIC）增加為：0.08% x R=0.08% x 4.5 = 0.36% 。

以上說明，防腐劑的使用必須考慮體系中其它原料的影響；另外，一些原料對防腐劑的“封閉”作用還是很強的。

④對策：

A：增加防腐劑的用量。

B：建立解“封閉”體系，即選擇一些有效成分加入上述體系中，降低或解除“封閉”作用，常用的此類物質有：乙二醇、丙二醇、乙醇、異丙醇等。

3．防腐劑使用的安全性與我國的相關法規

（1） 需要指出的是，防腐劑是易導致皮膚安全性問題的化妝品原料之一，許多國家對它的使用都作了嚴格的規定。

例如，歐共體就規定了其允許使用的防腐劑清單，而美國雖然沒有規定允許使用的防腐劑清單，但CTFA組建的化妝品成分評審專家組（簡稱CIR），對用于化妝品的各種成分（包括防腐劑）的安全性進行評審，并公開發表其評審報告，極具權威性，各廠家都會參照執行。日本則在其化妝品原料標準（JSCI）列出了允許使用的防腐劑清單。

（2） 我國2002年版的“化妝品衛生規范”將防腐劑歸納在限用物質中，共有55種防腐劑被允許在我國使用，并規定了具體的限用量。

例如：尼泊金酯類， 單一酯限用量為：0.4%，混合酯：０.8%；（均以酸計）雙咪唑烷基脲，限用量為0.6%，DMDMH的限用量為0.6%。

（3）使用原則：從安全及經濟角度考慮，在保證化妝品在保質期內不被微生物污染的前提下，使用最少量的防腐劑。

（4）影響配方中防腐劑安全性的因素包括：防腐劑的種類、純度、穩定性（光、溫度）、加入量、與其它化妝品原料的配伍性等。

4．我國化妝品衛生規范對化妝品的微生物學的質量要求

我國2002年版的“化妝品衛生規范”在總則中對化妝品的微生物學質量作了如下的規定：

（1）眼部化妝品及口唇等粘膜用化妝品以及嬰兒和兒童用化妝品菌落總數不得大于500CFU/ml或500CFU/g。

（2）其他化妝品菌落總數不得大于1000CFU/ml或1000CFU/g。

（3）每克或每毫升產品中不得檢出糞大腸菌群、綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌。

（4）化妝品中霉菌和酵母菌總數不得大于100CFU/ml或100CFU/g。

（二）化妝品防腐體系及其建立

1．理想的化妝品防腐體系應具備的性質

* 對人體及環境安全，無毒、無刺激性，世界范圍內可使用；

* 在生產及使用過程中穩定；

* 廣譜的抗菌活性，對細菌、霉菌及酵母菌均有良好的抑制作用；

* 與化妝品原料的配伍性好；

* 在較寬的PH值范圍內有效；

* 良好的性能價格比。

2．有關防腐劑的復合使用

對大多數配方來講，單獨使用一種防腐劑很難達到上述理想的防腐體系的要求，所以，就目前而言，在配方中復合使用兩種以上的防腐劑是十分必要的。

在具體實踐中，配方師有兩種方式可選擇：

* 自己選擇多種防腐劑單體，在配方中復合使用；

* 選擇復配好的防腐劑成品，直接在配方中添加使用。

前者需要更多的防腐效果的評價試驗及配方師的經驗。

3．化妝品防腐體系建立要點

（1）明確防腐體系應用的產品類型。因為不同類型的產品對安全性的要求也不相同，歐共體在其預先考慮有效性的表中已將應用產品劃分為：留在型產品、洗去型產品、嬰兒護膚品、氣溶膠、去頭屑產品及眼部化妝品6類；我們在一些安全性要求較高的產品（如嬰兒護膚品）中建立防腐體系時就要特別注意防腐劑的安全性問題。

（2）選擇產品銷售地區法規允許使用的防腐劑。在我國，要選擇化妝品衛生規范中被允許使用的防腐劑品種。

（3） 考慮配方最終的PH值。因為PH值對許多防腐劑的活性都有很大的影響，所以在

操作中我們可以：按照配方的PH值選擇防腐劑，或者調整配方的PH值，使防腐劑效果得以充分發揮。

（4）考慮防腐劑的油水分配系數：

防腐體系中，盡量要用油水分配系數小的防腐劑，因為，研究表明產品中的微生物主要存在于水相及油水界面處。

（5） 考慮配方中的非離子表面活性劑等物質對防腐劑的“封閉”作用。

（6） 考慮防腐體系中的防腐劑與配方中其它原料的配伍性。

（7） 考慮防腐體系中防腐劑之間的增效作用。

（8） 考慮配方中的其它原料對防腐體系的增效作用。例如：EDTA—2Na在含有尼泊金酯的防腐體系中，可有效提高其抑制革蘭氏陰性菌的有效性，特別是對綠膿桿菌的作用。 就此，防腐劑的加入量得以降低。

（9）考慮生產中原料的衛生狀況。假如，生產中所使用的原料已經帶菌（去離子水、天然提取物、天然的高分子聚合物等），建立防腐體系時，要考慮加入的防腐劑將有一部分被“消耗”。

（10） 考慮配方中可被微生物利用的營養物質的種類與含量。

（11） 考慮產品生產與銷售地區的氣候因素。例如，在濕度較大的地區，要考慮提高防腐體系對霉菌的抑制能力。

4.防腐體系防腐效果的評價——建立防腐體系的評價手段

（1）防腐劑防腐效果的評價——防腐劑的篩選

抑菌圈試驗：

原理：細菌或霉菌在適宜的培養基上，經培養后能迅速生長。在培養基平板中央放置一個用防腐劑處理過的圓形濾紙片，防腐劑向四周滲透就會形成抑菌圈。通過測量抑菌圈的大小，就可以判斷防腐劑的防腐性能。

最小抑菌濃度（MIC）試驗：

最小抑菌濃度試驗同樣可以反映防腐劑的效力，MIC值越小，表明防腐劑的抑菌能力越大。

（2）產品中防腐體系的防腐效果評價---防腐體系的確定

防腐挑戰性試驗：

在通過抑菌圈試驗、MIC試驗初步評價防腐體系的防腐效果后，需要進一步評價實際產品中防腐體系的防腐效能，目前國內外大多采用防腐挑戰性試驗。

模擬消費者反復使用產品過程中受到高度微生物污染的可能性，選擇微生物生長的最適宜條件，以反映實際產品中防腐體系的防腐能力。

由于防腐挑戰性試驗可以在較短的時間內完成且所需樣品量很少，因此，可以使用相當多的微生物進行測試，而且可以同步評估多種樣品。

（3）美國CTFA推薦的單次防腐挑戰性試驗：

由于防腐挑戰性試驗是一種經驗性的方法，目前各國及相關組織對此尚無統一的規定。目前較為常用的是美國CTFA推薦的、經典的、為期28天的單次防腐挑戰性試驗。該方法的做法是，一次性在成品中接入若干種類、一定數量的微生物，將樣品置于適當的溫度下，定期抽樣檢測樣品中殘余的微生物，并根據微生物的數量變化情況來評價樣品中防腐體系的防腐效果。

三、常用化妝品防腐劑單體的用量、法規與特點

1、 尼泊金酯（對羥基苯甲酸酯）類

INCI名稱： Parabens

特點：傳統的、高使用頻度一類防腐劑，在世界范圍內廣泛使用。安全、廣譜、經濟、耐受高溫，適于微酸性至中性環境，在PH 4～5最穩定，在PH 8以上可部分水解；PH 8～9時，水煮，水解可達40%；

不足：水溶性較差，油水分配系數高，非離子、水溶性聚合物等物質對此類防腐劑的“封閉”作用較強。

目前在國際上常用的品種包括：尼泊金甲酯、尼泊金丙酯、尼泊金乙酯、尼泊金丁酯、尼泊金甲酯鈉鹽以及尼泊金異丁酯。

(1)尼泊金甲酯

INCI名稱：Methyl Paraben

添加量：0.1～0.3%（最高0.4%）

法規：日本，混合酯限量1%；歐共體，單一酯限量0.4%；混合酯限量0.8%；美國，認為用于化妝品安全；我國，單一酯限量0.4%，混合酯限量0.8% 。

（2）尼泊金丙酯

INCI名稱：Propyl Paraben

添加量：0.1～0.3%（最高0.4%）

法規：日本，混合酯限量1%；歐共體，單一酯限量0.4%，混合酯限量0.8%；美國，認為用于化妝品安全；我國，單一酯限量0.4%，混合酯限量0.8% 。

（3）尼泊金乙酯

INCI名稱：Ethyl Paraben

添加量：0.1～0.3%（最高0.4%）

法規：日本，混合酯限量1%；歐共體，單一酯限量0.4%，混合酯限量0.8%；美國，認為用于化妝品安全；我國，單一酯限量0.4%，混合酯限量0.8%。

2、凱松（Kathon） （商品名）

有效物名稱：5-氯-2-甲基異噻唑-3（2H）-酮和2-甲基異噻唑-3（2H）-酮

INCI名稱：Methylchloroisothiazolinone/ Methylisothiazolinone

有效物含量：1.5%

添加量：即洗型產品為0.1（相當于活性物加量0.0015%）以下，駐留型產品為0.05%(相當于活性物加量0.00075%) 以下。

法規：在各國均可使用。日本僅可用于即洗型產品，最高限量為0.1%。

特點：含無機鹽（MgCI2）保護劑（現也有采用銅離子作保護劑的產品），水溶性好、與表面活性劑相容性好，主要用于香波、浴液等即洗型產品配方，也可用于駐留型產品中。 使用的PH值范圍：2.8～8.5。

3．咪唑烷基脲（潔美- 115）

INCI名稱：Imiazoli- dinyl urea

添加量：0.2～0.5%。

法規 ：日本，可以使用，但是僅限于香皂、香波、潔膚泡沫等即洗型產品，且要在標簽上標注“不能用于嬰兒以及對甲醛敏感的人”，限量為0.3%；歐共體，允許使用，限用量0.6%；美國，認為在化妝品中使用安全；我國，允許使用，限用量為0.6%。

特點：水溶性好，配伍性好（不會被其它原料鈍化），與尼泊金酯合用有良好的抗菌增效作用。

不足：抗霉菌活性較差，暴露在空氣中易吸潮。

4．雙咪唑烷基脲（潔美-II）

INCI名稱：Diazolidinyl urea

添加量：0.2～0.5%。

法規：日本，尚未批準使用；歐共體，允許使用，限量0.5%；美國，認為在0.5%以下，使用安全；我國，允許使用，限量為0.5%。

特點：穩定、易溶于水、配伍性好（不會被其它原料鈍化）、良好的抗細菌活性。與尼泊金酯合用有良好的抗菌增效作用。

不足：抗霉菌活性較差，暴露在空氣中易吸潮。

5．二甲基二羥甲基海因

INCI名稱：Dimethyl Dimethylol Hydantoin

添加量：0.1～0.6%。

法規：日本，允許使用，但要在標簽上警示；歐共體，允許使用，限用量為0.6%；美國，認為安全；我國，允許使用，限用量為0.6%。

特點：水溶性好，良好的抗細菌活性，配伍性好，常和其它防腐劑配合使用。尤其適用于水溶性凝膠體系配方。

不足：抗霉菌的效果稍差。

6．羥甲基甘氨酸鈉

INCI名稱：Sodium hydroxymethylgl-ycinate

添加量：0.2～0.5%。

法規：日本，未批準使用；歐共體，允許使用，限用量0.5%；美國，認為個人護理品中使用安全；我國，允許使用，限用量0.5%。

特點：極少的能夠在堿性環境下使用的防腐劑之一，安全、水溶性好、廣譜抗菌，適宜使用的PH值為8～12。

注意事項：

（1）低溫（小于50℃）加入；

（2）添加量0.2～0.5%；

（3）配方中應避免陽離子；

（4）避免檸檬（醛）類香精。

7．苯氧基乙醇

INCI名稱：Phenoxyethanol

添加量：0.25～1.0%。

法規：日本，允許使用2-苯氧基乙醇，最大允許用量為1.0%；歐共體，允許使用，最大允許用量為1.0%；美國，認為在化妝品中使用安全；我國，允許使用，最高限制用量為1.0%。

特點：其在水中的溶解度為2.7%，加入到配方當中對產品的穩定性沒有影響，但是對體系的粘度影響較大，包括香波和乳液；試驗表明，在香波中，加入1.0%的苯氧基乙醇可使體系的粘度下降1/3。目前在我國，苯氧基乙醇以及在它的基礎上復合的防腐劑使用量在不斷增加。

8．2-溴2-硝基-1，3-丙二醇 （商品名：布羅波爾）

INCI名稱：2-bromo-2-nitropropane-1，3-diol

添加量：0.01～0.1%。

法規：歐共體，允許使用，限用量0.1%；美國，常用量下認為安全；我國，允許使用，但不可與易形成亞硝胺的原料合用，配方中最高限量0.1。

特點：溶解性好，使用方便，最佳使用的PH值為5～7。

注意事項：

（1）堿性條件下，光照會變色；

（2）高溫時與兩性咪唑啉不配伍，另外，一些蛋白質會影響其活性；

（3）不能和胺類的原料同時使用，否則會形成致癌物亞硝胺；

（4）不宜與鐵的容器接觸。

9．IPBC（碘代丙炔基丁基甲胺酸酯）

INCI名稱：Iodopropynyl butylcarbamate ，

添加量: 0.01～0.05%。

法規 ：歐共體，允許使用，限量0.05%；美國，IPBC作為一種化妝品成分，在濃度為0.1%時是安全的，IPBC不應應用于氣溶膠產品中；日本，尚在審理之中；我國，允許使用，限用量0.05%。

特點：IPBC（碘代丙炔基丁基甲胺酸酯）水溶性好、用量少，具有良好的殺真菌活性，和咪唑烷基脲類防腐劑配合使用，有良好的協同作用。

10．脫氫乙酸

INCI名稱：Dehydroacetic acid

添加量：0.02～0.3%；

法規：歐共體，允許使用，限用量0.6%，以酸計；美國，允許使用；我國，允許使用，限用量為0.6%。

特點：難溶于水，在100克水中可溶解0.17克脫氫乙酸，可溶于氫氧化鈉水溶液，形成脫氫乙酸鈉，脫氫乙酸鈉易溶于水，其水溶液呈微堿性。

脫氫乙酸鈉的光及熱的穩定性良好，其水溶液在120℃下加熱兩小時仍能保持穩定。但是，鐵的化合物會促使其變色。