皮膚外用美白敷料的配方設計與制造工藝

張立發

(杭州職業技術學院，浙江 杭州 310018)

維生素C和谷胱甘肽在皮膚美容美白方面應用比較廣泛，它們的功效性通過人類多年的實際應用，得到有效的廣泛認可。因它們本身的化學結構特點，決定了它們擁有非常活潑的化學性質，極容易導致化學分子被氧化而變質，所以實際應用當中維生素C和谷胱甘肽多數時候被迫制備成粉末劑型或無水劑型。通過找到合適的維生素C和谷胱甘肽的衍生物，然后制備成一般型的液體敷料劑型可依舊發揮很好的功效性，又避免原料被氧化問題，還可以有效方便醫學美容等領域對維生素C和谷胱甘肽的實際應用。

1 皮膚外用美白敷料的核心原料與選擇

1.1 維生素C

維生素C是一種常見維生素，化學式為C6H8O6，因維生素C它是具有旋光活性的分子，依據旋光度，可將其分為左旋和右旋，天然存在的維生素C是左旋的，維生素C的化學結構式如圖1所示。

維生素C廣泛存在于新鮮水果及綠葉蔬菜當中，它是膠原和細胞間質合成所必須的原料，當攝入不足可導致維生素C缺乏癥。它在生物氧化和還原過程起重要作用，參與氨基酸代謝、神經遞質的合成、膠原蛋白和組織細胞間質的合成。可降低毛細血管通透性，降低血脂，增加機體抵御疾病能力，并具有一定解毒功能和抗組胺作用[1]。

圖1 左旋維生素C化學結構式

維生素C在皮膚外用情況下也有各種保健功能。

(1)它可以促進皮膚的新陳代謝，加速煥膚。

(2)它能夠抑制人體內絡氨酸酶的活性，以及能夠還原黑色素，而且能淡化已經形成的斑點，抑制黑色素的形成。

(3)當皮膚受到外界的各種不利因素的影響時，會產生游離的自由基，這些自由基會對人體正常組織中的膠原蛋白等造成老化，因此產生細紋、皺紋，這也是人體衰老的原因之一。維生素C能夠有效中和這些游離的自由基，阻斷自由基的鏈式氧化反應，因此發揮了抗氧化和抗老化的效果，讓皮膚變得更加光滑、堅實和有彈性。

(4)隨著人體年齡的變大，皮膚會變得松弛老化，因此產生皺紋。這些問題是人體的膠原蛋白合成減少，而膠原蛋白又是構成真皮的主要成分，而維生素C可以促進真皮當中膠原蛋白的合成[2]。

1.2 谷胱甘肽

谷胱甘肽是人類細胞中自然合成的一種肽,由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成,普遍存在于動物組織細胞中。谷胱甘肽在體內以還原型(GSH)和氧化型(GSSG)兩種形式存在。還原型谷胱甘肽(GSH)是主要的活性狀態,大約占95%;氧化型谷胱甘肽(GSSG)是非活性狀態,約占1%。經研究,GSH含有的巰基(-SH)是其發揮主要作用的基團,在人體內,通過酶的激活和自由基的清除發揮作用。當人體組織細胞發生衰老、感染、中毒、氧化應激時,都可以通過GSH還原而得到有效改善[3]。

谷胱甘肽的化學分子結構示意圖如圖2所示。

圖2 還原型谷胱甘肽化學結構示意圖

谷胱甘肽對皮膚的保健功能

(1)谷胱甘肽能有效減少戶外的紫外線對人體黑色素細胞的刺激，抑制酪氨酸酶的激活，阻止黑色素在人體內形成,進而從根本上抑制或減少黑色素，防止黑色素沉淀，抑制斑點和雀斑。

(2)谷胱甘肽是人體內一種很重要的抗氧化劑，它能夠清除掉人體內和體表產生的自由基，凈化人體內和體外的環境污染，從而達到美白肌膚，增進了人的皮膚健康。

(3)谷胱甘肽是小分子肽，容易透過細胞膜而被皮膚吸收，作為皮膚外用是很顯效的，延緩衰老，使肌膚產生光澤[4]。

1.3 出現的問題以及代替方案

1.3.1 左旋維生素C

左旋維生素C極不穩定，容易被氧化，不易添加在外用產品中。它對水、氧氣、光照、高溫、重金屬等因素均會產生不利影響，產生的影響比如導致維生素C化學結構式的變化，產生發黃問題，出現異味問題，最終導致維生素C無法發揮它應有的保健功能。

左旋維生素C出現不穩定現象，具體的不穩定原因之一，以下用化學結構式示意圖3來進行闡述。

圖3 維生素C發生氧化降解

以上圖中展示了維生素C的其中很常見一種被氧化過程，維生素C的結構式從左圖的原型被氧化為酮古洛酸和草酸。

可喜的是近來已有技術可以突破維生素C易被氧化的缺點。為了使左旋維生素C涂抹在皮膚上，吸收和利用的效果達到最大化，出現了維生素C的一種衍生物——維生素C乙基醚，又叫維生素C乙基醚、3-O-乙基抗壞血酸，結構式示意圖如4所示。

圖4 維生素C乙基醚化學結構式示意圖

選擇維生素C乙基醚的優勢

(1)增強維生素C的穩定性，通過乙基化改性的維生素C在耐光、耐熱、耐離子和抗氧化性能均得到明顯提升。

(2)增強維生素C的脂溶性，通過乙基化改性的維生素C，使分子中具有親油和親水結構，因此易于皮膚吸收，可達皮膚真皮層，大大提高了吸收性。

1.3.2 還原型谷胱甘肽

還原型谷胱甘肽(GSH)也存在穩定性問題，因為從它的化學結構式上，我們可以看出它含有巰基，這個基團往往擁有很高的反應活性。因此，還原型谷胱甘肽在水溶液、光照、高溫、重金屬等因素下，它極容易被氧化，然后導致降解，最終導致失去谷胱甘肽本身的保健功能。

我們在實際應用還原型谷胱甘肽時還發現，被氧化的還原型谷胱甘肽甚至還會釋放出臭雞蛋的異味，因此在一般劑型的產品當中，還原型谷胱甘肽的配方應用也是一項技術難題。

同樣針對還原型谷胱甘肽的問題，我找到了合適的原材料——氧化型谷胱甘肽(GSSG)，具體化學分子結構式如圖5所示。通過兩個分子的還原型谷胱甘肽結合而成一個分子的氧化型谷胱甘肽。

圖5 氧化型谷胱甘肽化學分子結構式示意圖

選擇氧化型谷胱甘肽的優勢

(1)增強還原型谷胱甘肽的穩定性，通過化學結構式示意圖，我們可以發現反應活性基團由-GSH變為GS-SG，這也是導致氧化型谷胱甘肽比較穩定的原因。但在功效上仍舊有還原型谷胱甘肽的效果，因為人體可以通過一些酶將氧化型谷胱甘肽重新還原為還原型谷胱甘肽。

(2)氧化型谷胱甘肽本身沒有明顯的異味，在產品中更加讓使用者接受。

(3)氧化型谷胱甘肽在水溶液、光照、高溫、重金屬等環境中穩定性大大增加，在配方當中的兼容性更好，有利于配方設計。

2 皮膚外用美白敷料配方

通過專業學習結合實際工作經驗，設計出皮膚外用美白敷料配方如表1所示。

表1 皮膚外用美白敷料配方

3 皮膚外用美白敷料的配方機理

通過多種美白成分作為配方的核心，成分如3-O-乙基抗壞血酸(維生素C乙基醚)、氧化型谷胱甘肽等，它們按照一定比例進行復配。以多種保濕劑成分為基礎，成分如甘油、丁二醇、乙酰殼糖胺、透明質酸鈉、水解透明質酸鈉等，它們通過小分子保濕劑、中等分子保濕劑、高分子保濕劑以合適的比例進行復配，達到可以短期膚感不黏膩，長期保濕效果優良。以兩者防腐劑，如對羥基苯乙酮、1,2己二醇，可以做到防止革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、酵母菌、霉菌等微生物的污染，有效達到廣譜防腐目的。添加抗炎劑，如甘草酸二鉀，可以降低其它原料引起的皮膚刺激，使配方的安全性進一步提高。

為了讓核心美白成分3-O-乙基抗壞血酸(維生素C乙基醚)、氧化型谷胱甘肽等能發揮有效的美白作用，并且保持長期的產品穩定性，特此將配方的pH范圍控制在pH在4.50～5.50之間，控制pH值的緩沖體系由檸檬酸、L-乳酸鈉組成緩沖對，以保證pH值范圍的穩定。

因配方的功效設計初衷是使用維生素C和還原型谷胱甘肽作為核心美白成分，考慮到這兩個美白成分穩定性極差，在配方當中極易出現被氧化，甚至導致產品發黃現象，因此配方使用了維生素C和還原型谷胱甘肽的衍生物，分別為3-O-乙基抗壞血酸、氧化型谷胱甘肽。此方案結合配方體系，不但完美避免了維生素C和還原型谷胱甘肽的被氧化問題，而且在一定程度上增強了皮膚滲透性，增強了美白效果[5]。

4 皮膚外用美白敷料的制造工藝

前文已將配方設計部分完成，還需要配套合適的配制或制造工藝，這樣才是完整的配方。根據本人的實際職業當中的長期摸索，以下內容可以作為此外用美白敷料配方的實際制造工藝。

4.1 外用美白敷料的制造工藝

(1)配料

稱原料前校正電子秤，按工單準確稱取配方中原料的數量，并校對復核一遍，做好配料記錄。

(2)混料升溫

把A項、B項、C項加入乳化鍋，開啟蒸汽加熱，設定溫度到80℃，控制溫度(80±5) ℃，保溫5～10 min，控制攪拌速度20～30 rpm持續攪拌，確認全部溶解后，打開冷卻水進水閥，開始降溫。

(3)預先混合

預先混合G項，充分攪拌均勻，確保溶解完全至澄清透明。

預先混合I項，充分攪拌均勻，確保溶解完全至澄清透明，待用。

(4)降溫加料

降溫至(65±2) ℃，加入D項、E項，保溫攪拌5 min，攪拌均勻，繼續降溫。

(5)降溫加料

降溫至(45±2) ℃，加入F項、預先混合的G項、H項，攪拌均勻，用低速均質輔助攪拌1～2 min，確保完全攪拌均勻。

(6)調節pH值和粘度

將預先混合的I項緩沖溶液調節pH值，確保pH值在4.50～5.50范圍內，粘度范圍500～1000 mPa·s，繼續攪拌10 min，確保完全攪拌均勻。

(7)取樣送檢

觀察料體無問題后自然降溫至40 ℃以下，取200 mL半成品送品保作檢驗。

(8)出料

(9)檢驗合格后，經過200目過濾網出料，倒入耐高溫袋中分裝打包。

其中第2、3、4項為關鍵控制點，需相關人員現場確認。

5 儀器與設備

5.1 研發實驗室配制儀器與設備

根據本人的實際樣品配制過程，需要用到研發實驗室的儀器或設備，現列出清單如下：

分析天平 1臺；稱量勺 2把；稱量紙 若干張；1000 mL燒杯 1個；100 mL燒杯 2個；水浴鍋 1臺；均質機 1臺；攪拌玻璃棒 1根；PH測試儀 1臺；粘度測試儀 1臺；溫度計 1支；200目濾網 1張；攪拌機 1臺；冷卻冰袋 1只；稱量單 1張。

5.2 車間產品中試制造設備

由于此皮膚外用美白敷料配方成本較高，未用大貨量產的大型設備進行生產，而采取中試設備進行制造半成品10 kg，實際用到的是10 L乳化鍋，詳見圖6所示。

圖6 10L乳化鍋

6 結 論

維生素C和谷胱甘肽都是具有極強的化學還原性，這也就決定了它們都非常容易被氧化而失效。本論文通過合理的選擇替代原料，分別是維生素C乙基醚和氧化型谷胱甘肽，通過合理的配方設計，結合合適的制造工藝，做成一款皮膚外用的美白敷料，完美地解決了活性物被氧化問題，甚至還提高了滲透性和功效性。

在本次研究過程中，雖然通過以上的配方設計與制造工藝大大提高了產品的穩定性，但是要做到完全避免被氧化問題還是達不到，這需要進一步更加深入的研究。