溫和高效型脫毛膏配方優化及性能分析

鮑方 劉成志 茅盼攀 谷承甫 張玲玲 李日源

通過控制變量法比較得出了巰基乙酸鈣和巰基乙酸鈣三水合物在脫毛性能與刺激性上的區別：在相對較高且相同的使用濃度條件下，巰基乙酸鈣三水合物的溫和性優于巰基乙酸鈣，且二者脫毛干凈程度相當。以脫毛干凈程度與產品刺激性評估產品性能，通過正交實驗方差分析法得到了脫毛膏產品中脫毛劑組合的最佳配方：巰基乙酸、巰基乙酸鈣三水合物、氫氧化鈉的添加量分別為2%、3%、1.5%。各方面因素對脫毛干凈程度與刺激性影響的大小為：氫氧化鈉>巰基乙酸>巰基乙酸鈣三水合物。優化條件下制備的脫毛膏產品穩定性優異，pH為11.80，產品溫和無致敏性且能夠高效地脫除毛發。

關鍵詞：脫毛膏；巰基乙酸；巰基乙酸鈣；巰基乙酸鈣三水合物；正交試驗

脫毛是身體美容護理的重要環節之一，近年來消費者不再只停留于清潔、保濕等基礎護膚需求，而是有著更多美體方面的功能性需求。相比物理脫毛化妝品，無痛高效的化學脫毛化妝品越來越多地受到廣大消費者青睞，其脫毛機理是利用化學脫毛劑溶解、破壞和改變毛發角質蛋白結構，以達到凈膚的目的。

人體的毛發結構復雜，是由一種呈纖維狀的角質蛋白構成，該角質蛋白以含有二硫鍵的胱氨酸為主，含量高達17%～18%。因此，以巰基乙酸及其鹽類為代表的化學脫毛劑可以通過還原毛發角蛋白中的二硫鍵，破壞毛發的基本結構，使其變得脆弱、易斷，在外力的作用下可被輕易除去[1-2]。巰基乙酸及其鹽類在2015年版《化妝品安全技術規范》中屬于47種限用組分之一，用于脫毛產品最大限用量為5%（以巰基乙酸計）[3]。宋春華等人通過大量動物試驗研究發現巰基乙酸極易經皮吸收，在一定劑量范圍內長期使用會影響機體的代謝，并損害皮膚[4，5]。因此，脫毛化妝品中巰基乙酸及其鹽類的配方應用與優化尤為重要。

本文選擇脫毛膏作為研究對象，通過正交實驗方差分析法研究脫毛劑復配體系對O/W型脫毛膏脫毛性能及溫和度的影響。正交試驗設計的方差分析可將實驗數據總的波動分解成兩部分，一部分反應因素水平變化引起的波動，另一部分反應試驗誤差引起的波動。該方法可綜合計算實驗誤差及評估正交試驗中各因素之間交互作用是否可以被忽略，同時可判斷考察的因素對試驗結果的影響是否顯著，并對各因素對實驗結果的影響程度進行排序，從而得到最優因素組合[6]。本文可為溫和高效型脫毛膏產品的配方設計與實驗室優化提出指導與借鑒。

01實驗部分

1.1材料與儀器

巰基乙酸（株式會社大賽璐）、巰基乙酸鈣（上海畢得醫藥科技股份有限公司）、巰基乙酸鈣三水合物（廣東日油科技有限公司）、氫氧化鈉（西隴科學股份有限公司）、甘油、羥乙基纖維素、硬脂醇聚醚-2、硬脂醇聚醚-21、鯨蠟硬脂醇、甘油硬脂酸酯、礦油、礦脂、氫氧化鈣、尿囊素、甘草酸二鉀等工業品。

數顯恒溫水浴鍋HH-2，上海力辰邦西儀器科技有限公司、數顯攪拌器OS-25，德國Miccra公司、數顯均質器D-4P，德國Miccra公司、電子天平JJ1000，雙杰測試儀器廠、pH計pHS-3E，上海雷磁公司、隔水式恒溫培養箱GHP-9270，上海一恒科學儀器有限公司、冰箱SL-1450C3DC，青島海爾特種電冰柜有限公司、計時器，樂易仕。

脫毛膏的配方見表1，制備工藝如下：依次將A相中的原料加入至水鍋，常溫攪拌至完全溶解后加熱至75°C；同時依次將B相中的原料加入至油鍋，加熱至75°C后攪拌至完全溶解；然后在攪拌狀態下先將A相組物料抽入乳化鍋，再將B相組物料緩慢抽入乳化鍋，開啟高速均質攪拌；乳化均勻后降溫至65°C，將C相中的原料依次加入乳化鍋并均質乳化；乳化均勻后繼續降溫至42°C以下，依次加入D相及E相原料，攪拌均勻，靜置冷卻即可制成半成品。半成品料體灌裝至軟管包材并封尾即可制成脫毛膏成品。

1.3脫毛膏理化性能測定

1.3.1pH測定

取適量脫毛膏版樣與去離子水以1：9的比例在40°C±2°C條件下溶解完全，降溫到25°C，使用pH測量儀測定其pH值，重復測試3次，并詳細記錄相應數據，取其平均值。

1.3.2耐熱性能

將隔水式恒溫培養箱溫度設定至45°C±1°C，恒溫培養箱到達指定溫度后，把脫毛膏版樣至于恒溫培養箱中，放置1個月后取出，恢復至室溫后，觀察該版樣外觀是否與室溫存放版樣有所區別，查看是否有分層、出水、料體泛粗等異常現象。

1.3.3耐寒性能

將冰箱溫度設定至（-15±1）°C，冰箱達到指定溫度后，把脫毛膏版樣置于冰箱中，放置1個月后取出，恢復至室溫后，觀察該版樣外觀是否與室溫存放版樣有所區別，查看是否有分層、出水、料體泛粗等異常現象。

1.4脫毛膏脫毛性能感官評價測定

選擇受試者手臂或小腿毛發做實驗對象，隨機挑選6名（3男3女）志愿者，測試脫毛的部位沖洗干凈并擦干；在皮膚上用油性筆畫5cm×4cm的區域，將（2.6±0.1）g的脫毛膏擠在線框里，均勻厚涂（切勿揉擦），并讓脫毛膏在肌膚上停留5分鐘，然后用面巾紙將脫毛膏及毛發拭去，觀察毛發殘留情況。6名受試者在使用脫毛膏后按表2脫毛膏脫毛性能感官評價標準對產品脫毛干凈程度進行評分，取平均值，記錄評分結果。

1.5脫毛膏刺激性感官評價測定

隨機選擇6名受試者使用脫毛膏后按表3脫毛膏使用刺激性感官評價標準對產品刺激性進行評分，取平均值，記錄評分結果。

1.6脫毛膏消費者使用測試

招募30多名18～65歲身體健康的受試者使用脫毛膏后，填寫消費者使用自評問卷，受試者針對自我評估題目選擇相應評價等級。

產品的評價等級分為七級，分別為非常認同、比較認同、有點認同、即不認同也不反對、有點不認同、比較不認同和非常不認同。收集受試者的自我評估資料后，應用EXCEL軟件進行統計分析，計算各選項百分比，認同度（%）=選擇“非常認同”的百分比+選擇“比較認同”的百分比+選擇“有點認同”的百分比。

1.7脫毛膏致敏性測定

委托第三方權威檢測機構根據《化妝品安全技術規范》（2015年版）的檢測要求對脫毛膏最適版樣進行皮膚變態反應試驗，產品致敏性強度如表4所示。

02結果與討論

2.1脫毛劑復配組合的篩選

脫毛膏配方中的脫毛劑主要以巰基乙酸和巰基乙酸鈣為主，在脫毛膏脫毛機理中，巰基乙酸及其鹽類作為含硫有機化合物在堿性條件下以陰離子的形式參與脫毛反應，為了保證有足夠多的二硫鍵被破壞，脫毛膏配方中通常會添加pH調節劑如氫氧化鈉、氫氧化鈣等以控制脫毛膏的pH在7～12.7范圍內。

表5總結了巰基乙酸及巰基乙酸鈣的基礎化學信息，可以發現市售的巰基乙酸鈣主要有兩種形式，一種是離子型化合物，另一種是環狀結構化合物并附帶三個結合水。具有環形結構的巰基乙酸鈣又叫巰基乙酸鈣三水合物或堿式巰基乙酸鈣，其獨特的環形結構在使用過程中可以逐漸水解以持續提供脫毛有效陰離子，從而可以達到一定緩釋的效果。本節選擇巰基乙酸分別與巰基乙酸鈣或巰基乙酸鈣三水合物進行復配作為脫毛膏的脫毛成分，用氫氧化鈉將pH調節至12.0±0.1，并以脫毛干凈程度及刺激性作為評價標準，按前述脫毛膏脫毛性能與刺激性評分規則進行評分，試驗脫毛劑組合設計及實驗結果見表6。

由表5和表6可知，得益于巰基乙酸鈣三水合物特殊的環狀結構，當巰基乙酸鈣和巰基乙酸鈣三水合物在相同使用濃度下，巰基乙酸鈣三水合物刺激性低于巰基乙酸鈣，使用濃度越高，刺激程度差別越明顯；當巰基乙酸鈣和巰基乙酸鈣三水合物在相同使用濃度下，巰基乙酸鈣三水合物脫毛干凈程度稍低于巰基乙酸鈣，但在使用濃度足夠高的情況下，兩者脫毛干凈程度沒區別。綜上所述，對于脫毛劑組合的篩選，在較高使用濃度情況下，脫毛膏中選用巰基乙酸鈣三水合物與巰基乙酸進行復配作為脫毛劑，比巰基乙酸鈣更加溫和且脫毛干凈程度相當。

2.2脫毛膏影響因素顯著性排序

選擇巰基乙酸、巰基乙酸鈣三水合物復配作為脫毛膏的脫毛成分，氫氧化鈉作為體系的pH調節劑，分別以脫毛干凈程度與刺激性為評價標準，設計3因素3水平正交實驗優化脫毛膏配方，正交實驗的因素水平見表7。

將根據正交實驗所制成的成品分別進行脫毛性能感官評價測定與刺激性感官評價測定，按前述評分規則進行評分，并通過計算各因素的離差平方和，即SA、SB和SC，以檢驗各因素水平變化引起的波動；通過計算誤差的離散平方和，即SE，以檢驗實驗誤差引起的波動；通過計算各因素的離差平均平方和與誤差的離差平均平方和的比值，即F值，反應各因素對脫毛膏脫毛性能試驗結果影響程度的大小，用來檢驗各因素的影響是否顯著。

脫毛性能的正交試驗方差分析計算表及方差分析表見表8和表9，刺激性的正交實驗方差分析計算表及方差分析表見表10和表11。

由表9可知，在以脫毛膏脫毛性能作為試驗結果的情況下，試驗誤差所引起的波動（即試驗誤差的離散平方和SE）遠小于各因素水平變化引起的波動（即因素A、B和C的離散平方和SA、SB、SC），試驗誤差較小，各因素之間的交互作用可忽略。由F值可知，因素A、B和C，即巰基乙酸、巰基乙酸鈣三水合物和氫氧化鈉的添加量對試驗結果（脫毛膏脫毛性能）均影響顯著。知因素的主次順序為C>A>B，即各因素對脫毛膏脫毛性能的影響順序為：氫氧化鈉>巰基乙酸>巰基乙酸鈣三水合物。

由表11可知，在以脫毛膏刺激性作為試驗結果的情況下，試驗誤差所引起的波動（即試驗誤差的離散平方和SE）遠小于各因素水平變化引起的波動（即因素A、B和C的離散平方和SA、SB、SC），試驗誤差較小，各因素之間的交互作用可忽略。由F值可知，因素A和C，即巰基乙酸和氫氧化鈉的添加量對試驗結果（脫毛膏刺激性）影響顯著；因素B，即巰基乙酸鈣三水合物的添加量對試驗結果影響不顯著。知因素的主次順序為C>A>B，即各因素對脫毛膏刺激性的影響順序為：氫氧化鈉>巰基乙酸>巰基乙酸鈣三水合物。

2.3脫毛膏配方優化最優因素水平組合選擇

綜合表8和表10數據，序號6、8的脫毛效果最優，即A3B2C2、A2B3C3組合，但A2B3C3組合的刺激性比A3B2C2高，綜合評價A3B2C2是較優組合，可同時滿足脫毛性能最佳及刺激性較低的要求。考慮到實際配方設計中的成本問題，對由正交試驗結果所得較優組合進行優化。將評價標準中脫毛性能設為y1，刺激性設為y2，根據脫毛膏的使用特點，增加綜合評價標準。

根據脫毛性能感官評價標準與刺激性感官評價標準，按表1脫毛膏的實驗室配方，調整水平組合：A3B2C2、A2B2C2，對配方的脫毛干凈程度、刺激性進行對比評估，選取更優化的組合。

由表12數據可知，優化后的配方A2B2C2，綜合指標評分稍高，且配方成本更低，可同時滿足脫毛性能最佳及刺激性較低，即巰基乙酸、巰基乙酸鈣三水合物、氫氧化鈉最適用量為2.0%、3%、1.5%。

2.4脫毛膏最適樣性能與致敏性分析

按照正交實驗優化得到脫毛干凈程度優異、刺激性低的脫毛膏配方制成最適版樣成品，并對該產品進行理化性能評測、消費者使用測試及致敏性測試。

2.4.1脫毛膏理化性能

在環境溫度25°C，相對濕度62.5%RH條件下，測定產品的理化性能，結果如表13所示。

由表13可知，優化后脫毛膏的pH值為11.80，滿足脫毛霜（乳）行業標準QB/T5108-2017中對于pH值的要求，且耐寒耐熱性能滿足要求，產品理化性能合格。

2.4.2脫毛膏產品脫毛性能

按前述消費者使用測試方法，邀請31名18～35歲女性進行消費者測試，針對產品脫毛性能進行自我評估，結果如表14所示。

由表14可知，93.55%的消費者認同產品厚敷10min即可脫去毛發；87.10%的消費者認同產品在手臂部位脫毛效果優異；83.87%的消費者認同產品在腿部脫毛效果優異。產品滿足大多數消費者需求，產品脫毛性能優異。

2.4.3脫毛膏產品致敏性

按前述產品致敏性測試方法測定產品的安全性，結果如表15所示。

由表15可知，優化后的脫毛膏產品致敏率為0，未見皮膚變態反應，且在消費者使用測試中，受試者未發現產品存在顯著刺激性，可見產品溫和。

03結論

（1）以脫毛干凈程度與產品刺激性來評估產品性能，通過控制變量法比較了巰基乙酸鈣和巰基乙酸鈣三水合物，得知在相對較高且相同濃度的使用條件下，巰基乙酸鈣三水合物的溫和性優于巰基乙酸鈣，且二者脫毛干凈程度相當。

（2）以脫毛干凈程度與產品刺激性評估產品性能，通過正交實驗方差分析法得到了脫毛膏產品中脫毛劑組合的最佳配方：巰基乙酸、巰基乙酸鈣三水合物、氫氧化鈉的添加量分別為2%、3%、1.5%。各因素對脫毛干凈程度與刺激性影響的大小為：氫氧化鈉>巰基乙酸>巰基乙酸鈣三水合物。

（3）優化條件下制備所得的脫毛膏產品理化性質符合要求，產品穩定性優異，經第三方檢測顯示產品無致敏現象，無皮膚變態反應，且產品經受試者試用產品，認同產品可溫和高效地脫除毛發，受試者滿意度高。