γ-聚谷氨酸作為化妝品保濕劑的可行性分析

陳毓曦 劉燕 楊淼 靳涵 王宗漢

（河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，河南鄭州 450000）

γ-聚谷氨酸作為化妝品保濕劑的可行性分析

陳毓曦 劉燕 楊淼 靳涵 王宗漢

（河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，河南鄭州 450000）

通過(guò)測(cè)量γ-聚谷氨酸、透明質(zhì)酸與甘油在相對(duì)濕度43%和相對(duì)濕度81%的環(huán)境中的吸濕率和保濕率，以及不同濃度的γ-聚谷氨酸、透明質(zhì)酸與甘油水溶液的濕水量，表征其吸濕性和保濕性，比較三者作為化妝品保濕劑的保濕效果以及在化妝品中的適宜添加量。結(jié)果表明，γ-聚谷氨酸的保濕性強(qiáng)于甘油，接近透明質(zhì)酸，在不同濕度條件下保濕效果穩(wěn)定，可以作為化妝品用保濕劑；甘油、透明質(zhì)酸、聚谷氨酸溶液分別在1.0、0.1、0.1g/100mL濃度下表現(xiàn)出較好的保濕效果。

γ-聚谷氨酸；保濕劑；化妝品

保濕劑（Humectant）是一類(lèi)能從潮濕的環(huán)境中吸收水分并對(duì)吸收的水分有一定保持作用的水溶性物質(zhì)。在眾多化妝品原料中，保濕劑是重要的不可或缺的一部分。幾乎所有的化妝品配方都包括保濕劑，保濕劑的質(zhì)量和效果直接影響著化妝品的品質(zhì)。過(guò)去，人們認(rèn)為皮膚干燥是因?yàn)槠つw表面缺乏脂類(lèi)物質(zhì)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，僅在皮膚表面涂抹脂類(lèi)物質(zhì)，并不能使肌膚光滑、柔軟、富有彈性［1］。皮膚干燥的真正原因是皮膚角質(zhì)層水分不足，角質(zhì)層承擔(dān)著減緩水分向外散失的功能，為了抗拒外界環(huán)境相對(duì)較低的濕度，角質(zhì)層必須保持一定的水分。一般認(rèn)為，角質(zhì)層應(yīng)含水10%～20%，低于10%，皮膚會(huì)出現(xiàn)干燥、粗糙甚至皸裂等現(xiàn)象［2-4］。保濕劑的保濕機(jī)理是：護(hù)膚品在皮膚表面形成一層封閉的潤(rùn)滑膜，阻止皮膚表面的水分向外界環(huán)境散失；護(hù)膚品中含有可以與水強(qiáng)力結(jié)合的保濕劑，使皮膚角質(zhì)層保持濕潤(rùn)［5］。

按來(lái)源，可將保濕劑分為天然保濕劑和合成保濕劑。合成保濕劑中使用較多的是多元醇類(lèi)，如甘油、丙二醇、聚乙二醇等，這類(lèi)保濕劑具有無(wú)毒、配伍性好的優(yōu)點(diǎn)，也存在吸濕性顯著、保濕性一般的不足［6］。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高，人們更多地追求使用天然的保濕護(hù)膚品，由于皮膚基質(zhì)中含有透明質(zhì)酸［7］，用透明質(zhì)酸作為化妝品保濕劑被認(rèn)為是對(duì)人無(wú)毒害的，透明質(zhì)酸成為化妝品原料家族新的明星。但是，透明質(zhì)酸提取工藝復(fù)雜，成本較高，使之只能用于一些高端化妝品中。

γ-聚谷氨酸（γ-Polyglutamic Acid，γ-PGA）是一種由D-谷氨酸和L-谷氨酸通過(guò)形成α-氨基和γ-羧基之間的γ-酰胺鍵結(jié)合而成的陰離子高聚物。γ-PGA具有良好的生物相容性、可降解、可溶于水、吸水能力強(qiáng)和無(wú)毒可食性等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，既可用于食品及日用品行業(yè)［8，9］，又可用于醫(yī)藥行業(yè)作為藥物載體［10，11］。由于γ-PGA分子中含有大量游離羧基，具有較大的親水性和水溶性，王傳海等［12］研究發(fā)現(xiàn)γ-聚谷氨酸的最大自然吸水倍數(shù)可達(dá)1 108.4倍，γ-PGA可以作為一種陰離子型保水劑。本文主要討論γ-聚谷氨酸與甘油、透明質(zhì)酸的吸濕性和保濕性的比較，以及3種保濕劑在化妝品中的適宜添加量。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

SHENAN手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器（上海中安醫(yī)療器械廠），HYG-A全溫?fù)u瓶柜（太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠），TDL-5飛鴿牌離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠），LGS-4實(shí)驗(yàn)型真空冷凍干燥機(jī)（江蘇省海門(mén)市輕工機(jī)械四廠），F(xiàn)A1604S電子天平（上海精科天平儀器廠），干燥器，溫度計(jì)，稱(chēng)量瓶。

菌種為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院食品中心微生物實(shí)驗(yàn)室保存。γ-PGA，河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院食品中心微生物實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵生產(chǎn)；透明質(zhì)酸，≥98%，陜西森弗高科實(shí)業(yè)有限公司；（NH4）2SO4，分析純，上海美吉醫(yī)藥生物科技有限公司；K2SO4，分析純，上海美吉醫(yī)藥生物科技有限公司；D45透析帶，節(jié)流范圍8 000～1.5萬(wàn)u，北京普博欣生物科技有限公司；甘油，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；白凡士林，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 γ-聚谷氨酸的制備

1.2.1 γ-聚谷氨酸的發(fā)酵。按照以下條件配制培養(yǎng)基：①斜面培養(yǎng)基（LB培養(yǎng)基），蛋白胨1.0g，牛肉膏0.5g，NaCl 0.5g，葡萄糖0.1g，瓊脂2.0g，酵母粉0.2g，蒸餾水100mL，pH 7.5，121℃滅菌20min；②種子培養(yǎng)基，蔗糖6.0g，牛肉膏2.0g，谷氨酸鈉6.0g，MgSO4·7H2O 0.05g，K2HPO4·3H2O 0.1g，水200mL，pH 7.5，121℃滅菌20min；③發(fā)酵培養(yǎng)基，蔗糖20.0g，牛肉膏4.0g，谷氨酸鈉20.0g，MgSO4·7H2O 0.12g，K2HPO4·3H2O 0.6g，水500mL，pH 7.5，121℃滅菌20min。

先挑取一環(huán)枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）接種于斜面培養(yǎng)基中，在37℃恒溫培養(yǎng)培養(yǎng)12h，作為活化菌種。然后，將活化后的菌種挑取一環(huán)接種于種子培養(yǎng)基中，于37℃、220r/min條件下振蕩培養(yǎng)15h作為種子液。其次，按5%的接種量將種子液接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，于37℃、220r/min條件下振蕩培養(yǎng)24h得到含有產(chǎn)物的發(fā)酵液。

1.2.2 γ-聚谷氨酸的提取。發(fā)酵液離心（5 000r/min， 30min），上清液調(diào)pH值為2，然后加入4倍體積預(yù)冷乙醇，所得混合物在4℃條件下靜置過(guò)夜，將混合物離心（5 000r/ min，10min），收集沉淀得到粗品。粗品用適量蒸餾水溶解后用蒸餾水反復(fù)透析24h以去除小分子和殘留的有機(jī)溶劑。透析液進(jìn)行真空冷凍干燥，得到純品。

1.2.3 保濕劑吸濕性和保濕性能測(cè)定。將盛有飽和(NH4)2SO4水溶液的干燥器內(nèi)作為相對(duì)濕度（Relative Humidity，RH）81%的環(huán)境，將盛有飽和K2SO4水溶液的干燥器內(nèi)作為相對(duì)濕度43%的環(huán)境。分別精確稱(chēng)取0.5g干燥至恒重的甘油、透明質(zhì)酸、聚谷氨酸置于25mm×40mm稱(chēng)量瓶中，每組3個(gè)平行，分別放于上述2個(gè)干燥器中。將2個(gè)干燥器置于20℃恒溫環(huán)境中，靜置24h，稱(chēng)量各樣品的質(zhì)量，計(jì)算吸濕率：吸濕率=（m2-m1）/m1×100%，m1是樣品的初始質(zhì)量，m2是24h后的樣品質(zhì)量［5］。

精確稱(chēng)取0.5g干燥至恒重的甘油、透明質(zhì)酸、聚谷氨酸，加樣品質(zhì)量10%的去離子水，置于25mm×40mm稱(chēng)量瓶中，每組3個(gè)平行，分別放于上述2個(gè)干燥器中。將2個(gè)干燥器置于20℃恒溫環(huán)境中，靜置24h，稱(chēng)量各樣品的質(zhì)量，計(jì)算保濕率：保濕率=m4/m3×100%，m3是樣品初始水分質(zhì)量，m4是24h后樣品的水分質(zhì)量。

1.2.4 保濕劑適宜添加量的測(cè)定。準(zhǔn)確稱(chēng)取表1中各梯度溶液5.0g，分別置于25mm×40mm的稱(chēng)量瓶放入相對(duì)濕度43%和相對(duì)濕度81%的干燥器內(nèi)，設(shè)置3組平行，并以蒸餾水作為空白對(duì)照。放置24h后分別稱(chēng)量各試樣的質(zhì)量，計(jì)算失水量：△m=m5-m6，m5為試樣的初始質(zhì)量，m6為24h后試樣的質(zhì)量。

表1 保濕劑添加量單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

2 結(jié)果與分析

2.1 保濕劑的吸濕性與保濕性

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出3種保濕劑的吸濕率和保濕率見(jiàn)表2。由表2可知，環(huán)境濕度較低時(shí)，甘油的吸濕率為7.5%，較透明質(zhì)酸的8.3%和γ-聚谷氨酸的9.1%均較低；環(huán)境濕度較高時(shí)，甘油的吸濕率為13.2%，高于γ-聚谷氨酸與透明質(zhì)酸。由此可見(jiàn)，甘油的吸濕率受環(huán)境濕度影響較大。在2種環(huán)境濕度條件下，γ-聚谷氨酸與透明質(zhì)酸、甘油的吸濕率沒(méi)有顯著差別，但γ-聚谷氨酸的保濕率顯著大于甘油，接近透明質(zhì)酸。由此可知，γ-聚谷氨酸和透明質(zhì)酸的保濕效果受環(huán)境濕度的影響較小，保濕效果強(qiáng)于甘油。原因在于大分子保濕劑比小分子保濕劑更多地與水分子發(fā)生分子間力的作用，“鎖水”性更好，故其在不同相對(duì)濕度條件下都有較好的吸濕保濕效果。

表2 保濕劑的吸濕率和保濕率

2.2 保濕劑的適宜添加量選擇

相對(duì)濕度43%時(shí)各組樣品溶液樣品失水量見(jiàn)圖1。由圖1可知，加入保濕劑后各樣品溶液的失水量均比空白對(duì)照有所減少，甘油、透明質(zhì)酸、γ-聚谷氨酸分別在添加量1.0、0.1、0.1g/100mL時(shí)出現(xiàn)最小失水量，失水量分別為不添加保濕劑情況下的70%、61%、67%。γ-聚谷氨酸和透明質(zhì)酸在添加量分別為甘油添加量的10%時(shí)，可以達(dá)到與甘油相近的保濕效果；γ-聚谷氨酸與透明質(zhì)酸在每個(gè)梯度上都有相近的保濕效果；γ-聚谷氨酸與透明質(zhì)酸的添加量高于0.1g/100mL以后，并沒(méi)有表現(xiàn)出更優(yōu)秀的保濕效果，本著經(jīng)濟(jì)原則無(wú)需大量添加。

圖1 相對(duì)濕度43%時(shí)樣品溶液失水量

圖2 相對(duì)濕度81%樣品溶液失水量

相對(duì)濕度81%各溶液樣品失水量見(jiàn)圖2。由圖2可知，加入保濕劑后各樣品溶液的失水量均比空白對(duì)照有所減少，甘油、透明質(zhì)酸、γ-聚谷氨酸分別在添加量1.0、0.1、0.1g/100mL時(shí)出現(xiàn)最小失水量，失水量為不添加保濕劑情況下的25%。γ-聚谷氨酸和透明質(zhì)酸在添加量分別為甘油添加量的10%時(shí)，可以達(dá)到與甘油相同的保濕效果；聚谷氨酸與透明質(zhì)酸在每個(gè)梯度上都有相近的保濕效果；γ-聚谷氨酸與透明質(zhì)酸的添加量高于0.1g/100mL以后，并沒(méi)有表現(xiàn)出更好的保濕效果，本著經(jīng)濟(jì)原則無(wú)需大量添加。

由圖1和圖2可知，保濕劑的保濕效果易受外界環(huán)境濕度的影響，樣品失水量在環(huán)境濕度較大時(shí)比環(huán)境濕度較小時(shí)少，γ-聚谷氨酸在相對(duì)濕度分別為43%和81%時(shí)，保濕效果均接近透明質(zhì)酸且優(yōu)于甘油。

3 結(jié)語(yǔ)

γ-聚谷氨酸是一種保濕性強(qiáng)于甘油，接近透明質(zhì)酸，在不同濕度條件下保濕效果較穩(wěn)定的保濕劑，可以作為化妝品用保濕劑。由于保濕劑的保濕效果受外界環(huán)境影響較大，本文只考慮了相對(duì)濕度的影響，其他因素如溫度、風(fēng)速的影響有待進(jìn)一步研究，在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)考慮保濕劑與化妝品中其他組分之間的配伍性，以及其他成分對(duì)保濕劑保濕性的影響。

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Feasibility Analysis of γ-Polyglutamic Acid Used as Humectant for Cosmetics

Chen YuxiLiu YanYang MiaoJin HanWang Zonghan
（Henan Province Product Quality Supervision and Inspection Center，Zhengzhou Henan 450000）

Moisture absorption and moisture retention of γ-polyglutamic acid,hyaluronic acid and glycerol were measured in the environment with relative humidity of 43%and 81%,and the moisture content of the different concentrations of γ-polyglutamic acid,hyaluronic acid and glycerin solution were measured,to characterize its moisture absorption and moisture retention,and their moisturizing effect used as humectant for cosmetics and suitable amount added in cosmetics were compared.The results showed that the moisture retention of γ-polyglutamic acid's was better than glycerol,while approximate hyaluronic acid,its moisturizing effect was stable under different humidity conditions,so it can be used as humectant for cosmetics;Glycerol,hyaluronic acid and γ-polyglutamic acid has good moisturizing effect under the concentration of 1g/100mL,0.1g/100mL and 0.1g/100mL respectively.

γ-polyglutamic acid；humectant；cosmetic

TQ317

A

1003-5168（2016）11-0130-03

2016-10-16

陳毓曦（1988-），女，碩士，助理工程師，研究方向：生物大分子材料。