基于關(guān)聯(lián)規(guī)則與實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)探究中藥化妝品配方設(shè)計(jì)

賈聰敏 過(guò)紅玲 曹婷婷 雷巧靈 張憲寶 王耘

[摘要] 目的 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則與實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全、合理、有效的含有中草藥化學(xué)成分的中藥化妝品配方。方法 收集2014～2015年國(guó)內(nèi)外所有含中草藥化學(xué)成分的化妝品配方數(shù)據(jù)，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)各類化妝品產(chǎn)品的配方規(guī)律，基于所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律和化妝品固有的配方結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)建立新的化妝品配方設(shè)計(jì)模型。 結(jié)果 根據(jù)模型設(shè)計(jì)出符合祛痘加美白化妝水配方結(jié)構(gòu)和功效的新配方。將新配方進(jìn)行篩選、定量、打樣以及功效驗(yàn)證，面部痤瘡者使用后均達(dá)到了良好的效果。 結(jié)論 利用關(guān)聯(lián)規(guī)則與實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)進(jìn)行祛痘加美白類化妝品的配方設(shè)計(jì)方法具有一定的可行性，為其他類中藥化妝品的配方設(shè)計(jì)提供了一定的參考，利于擴(kuò)大中藥在美容護(hù)膚方面的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 中藥化學(xué)成分;化妝品配方設(shè)計(jì);關(guān)聯(lián)規(guī)則;實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)] R284? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-7210（2019）09（c）-0126-04

Exploring the formula design of traditional Chinese medicine cosmetics based on association rules and entity grammar system

JIA Congmin? ?GUO Hongling? ?CAO Tingting? ?LEI Qiaoling? ?ZHANG Xianbao? ?WANG Yun

Research Center of Traditional Chinese Medicine Information Engineering， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing? ?100102， China

[Abstract] Objective To design a safe， reasonable and effective Chinese medicine cosmetics formula containing chinese herbal medicine chemical composition based on association rules and entity grammar system. Methods Data of cosmetic formulations containing Chinese herbal medicine chemical composition from 2014 to 2015 were collected， while association rules were used to discover the formulation rules of various cosmetic products. Based on the discovered rules and the inherent formula structure of cosmetics， a new formula design model of cosmetics was established by combining entity grammar system. Results According to the model， a new formula which accords with the structure and efficacy of acne-removing and whitening lotion formula was designed. The new formula had been screened， quantified， proofed and validated， while good results had been achieved in acne patients after use. Conclusion It is feasible to use association rules and entity grammar system to design formula of acne-eliminating and whitening cosmetics， which provides a reference for the formulation design of other traditional Chinese medicine cosmetics and helps to expand the application of traditional Chinese medicine in cosmetology and skin care.

[Key words] Chinese medicine chemical composition; Cosmetic formula design; Association rules; Entity grammar system

隨著人們對(duì)“天然”“綠色”化妝品的追崇，許多中草藥成分成為美容護(hù)膚化妝品的功效成分或添加劑，研究開發(fā)以中藥提取物為原料的中藥化妝品已成為當(dāng)代一個(gè)新穎的課題[1]。當(dāng)前，化妝品配方設(shè)計(jì)原理雖然在美白類[2]、祛痘類[3]、祛斑類[4]、防曬類[5]、保濕類[6]等化妝品的配方設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。但各企業(yè)從事化妝品配方設(shè)計(jì)的工作人員水平參差不齊，導(dǎo)致配方設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過(guò)程中存在諸多不合理的問(wèn)題，如化妝品穩(wěn)定性差或使用后出現(xiàn)的局部炎癥及粉刺等問(wèn)題[7]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[8-10]，因配方設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的化妝品質(zhì)量問(wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失近數(shù)億元以上。如何避免人為因素影響，研發(fā)出更安全、合理、有效的中藥化妝品值得我們深思。

關(guān)聯(lián)規(guī)則在中藥方劑的配伍規(guī)律研究中應(yīng)用廣泛[11-15]，可以從成分與成分、成分與功效、功效與癥狀等不同屬性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系研究方劑配伍規(guī)律。同時(shí)也能揭示化妝品專利中核心的中草藥成分、中草藥之間的相互聯(lián)系和應(yīng)用規(guī)律[16]。因此，本研究采用關(guān)聯(lián)規(guī)則對(duì)功效一定且成分明確的中藥化妝品進(jìn)行配方規(guī)律研究。在已知配方規(guī)律的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)構(gòu)建化妝品配方模型，為設(shè)計(jì)出安全、客觀、有效的各類中藥化妝品配方提供參考，擴(kuò)大中藥在美容方面的應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

中國(guó)《消費(fèi)品使用說(shuō)明化妝品通用標(biāo)簽》規(guī)定：“自2010年6月17日起，所有在中華人民共和國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)或進(jìn)口報(bào)檢，并在境內(nèi)銷售的國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口化妝品都需要在產(chǎn)品包裝上真實(shí)地標(biāo)注產(chǎn)品配方中加入的全部成分名稱。”這為本研究全面搜集市場(chǎng)上的中藥化妝品產(chǎn)品成分提供了保證。2014～2015年共收集了7049個(gè)含中藥化學(xué)成分的化妝品產(chǎn)品成分?jǐn)?shù)據(jù)。包括：潔面產(chǎn)品、水、面乳、面霜、眼霜、防曬霜/乳、唇膏等，建立了中藥化妝品組成成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)化妝品的組方規(guī)律

Agrawa等[17-18]在1993年設(shè)計(jì)出了一個(gè)挖掘顧客交易數(shù)據(jù)庫(kù)中項(xiàng)集間的關(guān)聯(lián)規(guī)則的重要方法，核心思想是基于頻集理論的遞推方法。Apriori算法中項(xiàng)集的概念即為項(xiàng)的集合，包含K個(gè)項(xiàng)的集合為K項(xiàng)集。項(xiàng)集出現(xiàn)的頻率是包含項(xiàng)集的事物數(shù)，稱為項(xiàng)集的頻率。如果某項(xiàng)集滿足最小支持度，則稱它為頻繁項(xiàng)集[19-20]。Apriori算法關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘分為兩步：①找出所有頻繁項(xiàng)集;②由頻繁項(xiàng)集產(chǎn)生強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則。這里的項(xiàng)集即化妝品中的成分。

1.3 基于實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)建立化妝品配方模型

實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)[21]（EGS）是針對(duì)生物復(fù)雜系統(tǒng)建模而建立的一種形式語(yǔ)法系統(tǒng)，可以描述復(fù)雜系統(tǒng)的組成單位、組織方式、變化規(guī)律。實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)可用四元組G=（V，F(xiàn)，P，S）表示。采用實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)進(jìn)行中藥化妝品配方的設(shè)計(jì)，V表示組成天然藥物化妝品的成分，如水、甘油等;F表示成分之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系;P表示推理引擎，即所編寫的各種推理規(guī)則;S包括所有實(shí)體以及輸入的初始條件。化妝品配方的總體結(jié)構(gòu)分為功效體系、乳化體系、防腐體系、增稠體系、抗氧化體系和感官修飾體系等6大體系[22]?；趯?shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)與化妝品配方結(jié)構(gòu)，在配方規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行化妝品的配方設(shè)計(jì)。步驟如下：①數(shù)據(jù)整理。將關(guān)聯(lián)結(jié)果中出現(xiàn)的所有成分按功效分類，并與配方結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。②編寫推理規(guī)則。將功效成分按照其功效依次加進(jìn)配方中，并以關(guān)聯(lián)規(guī)則的結(jié)果為限制條件，將與功效成分一起出現(xiàn)的各類乳化成分加進(jìn)配方中，再以關(guān)聯(lián)規(guī)則結(jié)果為限制條件，將和功效成分或者和乳化成分一起出現(xiàn)的其他類成分加進(jìn)配方中，依次類推，最后將具有的結(jié)構(gòu)體系成分都加入配方中。③利用推理引擎，得出新的配方結(jié)果。

1.4 新配方產(chǎn)品的人體功效性評(píng)價(jià)

基于建立的中藥化妝品配方模型設(shè)計(jì)祛痘加美白化妝水的新配方。祛痘類化妝品的效果可以通過(guò)微生物抑菌試驗(yàn)及人體功效性方法進(jìn)行評(píng)價(jià)[23-25]，由于配方含有抑菌作用的薄荷醇，因此選用人功效性評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行效果驗(yàn)證。①試用人群：年齡20～29歲，有輕至中度痤瘡;試用前1個(gè)月內(nèi)未服用抗生素，未進(jìn)行其他痤瘡治療。共招募8名符合條件的受試者，排除條件符合《化妝品接觸性皮炎診斷標(biāo)準(zhǔn)及處理原則》。②方法：受試者在潔膚后，在痤瘡部位以擦拭、按摩等方式直至皮膚完全吸收，早晚2次，連續(xù)試用3周。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SAS 9.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，試用前后采用配對(duì)t檢驗(yàn)。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 中藥化妝品的組方規(guī)律

采用WEKA 3.8軟件中的Apriori算法對(duì)各類各種劑型的化妝品組成以置信度≥80%，支持度≥10%，計(jì)數(shù)≥2為條件進(jìn)行計(jì)算。以化妝水類的關(guān)聯(lián)規(guī)則結(jié)果為例來(lái)闡釋配方規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，祛痘類化妝水成分關(guān)聯(lián)結(jié)果見表1，美白類化妝水成分關(guān)聯(lián)見表2。

2.2 基于實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)建立的中藥化妝品配方

以祛痘洗面奶為例，在祛痘類中藥化妝品配方規(guī)律的基礎(chǔ)上利用實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)得到16個(gè)祛痘洗面奶的新配方。見表3。

2.3 祛痘加美白個(gè)性化化妝品配方

基于建立的中藥化妝品配方模型，進(jìn)行祛痘加美白化妝水配方設(shè)計(jì)。見表4。6個(gè)配方中均存在水楊酸、北美金縷梅、甘草酸二鉀、水、甘油、EDTA二鈉、羥苯甲酯、檸檬酸鈉、庫(kù)拉索蘆薈葉提取物，因此保留這9種成分。泛醇、薄荷醇和變性乙醇都是通過(guò)鎮(zhèn)靜、舒緩肌膚、抗菌的相似功效達(dá)到祛痘的效果。由于泛醇略帶異臭，變性乙醇對(duì)皮膚刺激性較大，溶解表皮脂質(zhì)，長(zhǎng)期使用會(huì)造成皮膚黯淡無(wú)光澤，將其舍去。薄荷醇具有止癢、止痛、清涼等效果，在香煙、化妝品、牙膏、口香糖和藥物中應(yīng)用廣泛，具有促滲透劑作用，因此選擇薄荷醇。熊果苷和光果甘草根提取物在抑制黑色素過(guò)程中通過(guò)抑制酪氨酸酶的活性達(dá)到美白效果，但熊果苷美白效果更好，因此選用熊果苷。最終篩選的祛痘加美白化妝水的配方結(jié)果為2號(hào)。

2.4 人體功效性評(píng)價(jià)結(jié)果

2.4.1 視覺評(píng)估結(jié)果? 2號(hào)配方化妝水試用前后的面部照片對(duì)比（局部圖）見圖1。試用者面部痤瘡嚴(yán)重，病灶數(shù)較多且皮膚暗沉，使用此化妝水3周后，臉部痤瘡數(shù)減少，膚色變白有光澤。

2.4.2 試用前后數(shù)據(jù)處理? 試用前痤瘡病灶數(shù)（28.625±15.918）個(gè)，試用后痤瘡病灶數(shù)（20.125±12.999）個(gè)，試用前后比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。

3 討論

支持度指某類化妝品中同時(shí)出現(xiàn)2個(gè)或2個(gè)以上的成分在該類全部化妝品中出現(xiàn)的概率。關(guān)聯(lián)結(jié)果中的每個(gè)規(guī)則稱為成分群，置信度在80%以上。在美白化妝水組成關(guān)聯(lián)結(jié)果表2中出現(xiàn)了“熊果苷，羥苯甲酯，丁二醇，甘油，水”等成分群。說(shuō)明在美白化妝水中添加熊果苷后可能會(huì)添加羥苯甲酯，丁二醇等成分。表3的16個(gè)祛痘洗面奶新配方中除了合理的祛痘功效成分和穩(wěn)定滲透體系的乳化體系外，在防腐體系、抗氧化體系、增稠體系中均選擇一種安全有效的成分，在安全和抗敏感方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

本研究設(shè)計(jì)的祛痘美白化妝水（配方2）交由廣州名宇化妝品公司進(jìn)行制備。如圖1，試用者試用后的痤瘡紅色病變區(qū)域面積較試用前明顯減小，炎性色素沉著較試用前有明顯改善。1、2、4、5、8號(hào)受試者試用前痤瘡病灶均呈現(xiàn)炎性皮損和膿包，在試用后皮損明顯消失或減輕，膿包也逐漸消失或變小，尤其是5號(hào)的炎性皮損和紅斑基本消失，皮膚變得白嫩有光澤。3、6、7號(hào)試用者面部痤瘡有所減輕，皮膚在試用后更加光亮。8號(hào)試用者在試用前屬于重度痤瘡患者，臉部結(jié)節(jié)數(shù)有3個(gè)，炎性皮損也較為嚴(yán)重，有大量的膿包和丘疹，試用后炎癥減輕，丘疹和膿包變小。8名試用者均表示涂抹后感覺清涼舒適，對(duì)于新生的炎性膿包涂抹后漲疼感有所減輕，皮膚較試用前有光澤，體驗(yàn)感覺良好。

基于關(guān)聯(lián)規(guī)則與實(shí)體語(yǔ)法系統(tǒng)建立了祛痘加美白的中藥化妝品配方模型，根據(jù)模型設(shè)計(jì)的中藥化妝品經(jīng)驗(yàn)證效果良好。因此，本研究方法可以避免人為因素的影響為設(shè)計(jì)出安全、客觀、有效的中藥化妝品配方提供了一定的參考價(jià)值。同時(shí)此方法可以用于研究其他類中藥化妝品配方的設(shè)計(jì)，擴(kuò)大中藥在美容方面的應(yīng)用。

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（收稿日期：2019-03-08? 本文編輯：李亞聰）