化妝品原料與有機(jī)化學(xué)教學(xué)

王春杰 王運(yùn)生 劉廣路 朱莉莉 張輝

摘要：本文分析了化妝品常見原料，并從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度對(duì)基質(zhì)原料、輔助原料和功效原料進(jìn)行了概括性的介紹，化妝品原料很多屬于有機(jī)化合物，化妝品原料屬于有機(jī)化學(xué)科學(xué)研究的范疇。作者針對(duì)有機(jī)化學(xué)教學(xué)過程中重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)象，提出通過介紹化妝品原料分類、結(jié)構(gòu)和用途，增加學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才夯實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：化妝品 原料 有機(jī)化學(xué) 教學(xué)

根據(jù)我國(guó)《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》，化妝品是指以涂擦、噴灑或者其他類似的方法，散布于人體表面任何部位（皮膚、毛發(fā)、指甲、口唇等），以達(dá)到清潔、消除不良?xì)馕丁⒆o(hù)膚、美容和修飾目的的日用化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品。近年隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的快速發(fā)展和人類生活品質(zhì)的不斷提高，化妝品作為重要的日用品，其需求顯著增加，而且化妝品行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，化妝品已然成為新研究熱點(diǎn)?；瘖y品配方和化妝品原料是化妝品研究的主要內(nèi)容，隨著人們對(duì)健康的意識(shí)日益增強(qiáng)，化妝品原料成為最近幾年研究的熱點(diǎn)。

一、化妝品原料及分類[1，2]

化妝品是由各種化妝品原料合理調(diào)配，經(jīng)加熱、攪拌和乳化等生產(chǎn)程序加工而成的混合物。化妝品原料種類繁多、性能各異，衛(wèi)生部《中國(guó)已使用化妝品成分名單（2015年版）》中化妝品原料已經(jīng)有近9000多種。根據(jù)化妝品的原料性能和用途，通?？砂鸦瘖y品原料分為基質(zhì)原料、輔助原料和功效原料三大類，其中基質(zhì)原料主要包括油性原料、粉質(zhì)原料、水溶性原料和表面活性劑等用量比例比較大的原料，輔助原料主要包括色素、香精香料、防腐劑和抗氧劑等用量不大但是也很重要的原料，功效原料主要指具有具體功能的原料，如具有保濕、防曬、美白祛斑、抗衰老等功能的原料。

1.1 基質(zhì)原料

油性原料應(yīng)用廣泛，常見的油、乳、霜、膏等劑型的基質(zhì)材料都含有油性原料，主要起滋潤(rùn)、柔滑、護(hù)膚、護(hù)發(fā)等作用。油性原料來源廣泛，包括羊毛脂、蜂蠟、橄欖油、蓖麻油、麻油、茶油等天然的動(dòng)植物類，以及羊毛脂衍生物、硅油、角鯊?fù)榈劝牒铣珊秃铣稍?，其化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)成分屬于脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯、碳?xì)浠衔?、聚醚類化合物?/p>

粉質(zhì)原料主要用于粉末狀化妝品，主要起到遮蓋、滑爽、附著、延展、柔焦等作用。粉質(zhì)原料有鈦白粉（TiO2）、滑石粉（含水硅酸鎂鹽，分子式Mg3SiO10（OH）2）、高嶺土（天然的硅酸鋁鹽，分子式Al2S2O5（OH）4）、碳酸鈣（CaCO3）等為代表的無機(jī)粉質(zhì)原料和硬脂酸鎂、聚乙烯粉、聚苯乙烯粉等為代表的有機(jī)粉質(zhì)原料。

水溶性原料是液狀、乳狀、膏狀等多種制品配方中不可缺少的一類主要組成部分，主要起溶解作用，主要是水、醇類、酯類（主要用于成膜）和酮類（丙酮用于指甲油）等，經(jīng)常用在化妝品中的醇類主要有乙醇、甘油、丙二醇、丁二醇等。

表面活性劑是化妝品中非常重要的基質(zhì)材料，除了能使油-水分散體系保持均一穩(wěn)定（乳化作用）外，還有去污、潤(rùn)濕、發(fā)泡、消泡、防腐等功能。根據(jù)離子型態(tài)，表面活性劑可以分為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑和非離子表面活性劑。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，陽離子表面活性劑主要是十二烷基二甲基芐基氯化銨（潔而滅、苯扎氯銨）等季銨鹽或胺鹽類;陰離子表面活性劑主要是長(zhǎng)鏈脂肪酸、硫酸、磺酸或磷酸的堿金屬鹽、堿土金屬鹽，如脂肪酸皂、十二烷基硫酸鈉;兩性表面活性劑包括氨基酸型、咪唑啉型、甜菜堿型等;非離子表面活性劑有失水山梨醇脂肪酸酯（司盤）、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯（吐溫）等。

1.2 輔助原料

化妝品中的輔助原料所占比例較小，但也很重要，決定著化妝品的色、香、穩(wěn)定等特性。

色素可以改變化妝品顏色的物質(zhì)，分為染料和顏料。染料是指溶解于水或醇及礦物油，并能可以溶解狀態(tài)使物質(zhì)著色的色素，顏料是指不溶于水、醇或油等溶劑的著色粉末（沉淀）性色素，一般具有較好的著色力、遮蓋力。色素分為合成色素、無機(jī)色素、天然色素和珠光色素。合成色素從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，有偶氮類、三苯甲烷類、喹啉類、蒽醌類、靛藍(lán)類等，無機(jī)色素有鈦白粉、鋅白（ZnO）、滑石粉、高嶺土、碳酸鈣、碳酸鎂（MgCO3）等白色顏料和氧化鐵（組成不同顏色有：黃色（Fe2O3·H2O）、棕色、紅色（Fe2O3）、黑色（Fe3O4））、炭黑、氧化鉻綠、群青等彩色顏料。天然色素，也稱對(duì)植物性色素，主要從自然界的動(dòng)植物中提取，由于工藝復(fù)雜、來源少、價(jià)格昂貴，大部分被合成色素代替，用于化妝品這類色素有β-胡蘿卜素（含多個(gè)碳碳雙鍵的共軛烯烴）、類胡蘿卜素、胭脂紅（蒽醌）、天然綠等。珠光色素有天然魚鱗片、氯氧化鉍、云母等。

大部分化妝品都具有一定清新怡人的香氣，香氣是通過添加香精所賦予的，而香精是各種香料經(jīng)過調(diào)配混合而成。香料主要分為天然香料和合成香料。天然香料分為動(dòng)物香料和植物香料，動(dòng)物香料主要有麝香（主要成分麝香酮（3-甲基環(huán)十五酮））、靈貓香（主要成分靈貓酮（9-環(huán)十七烯酮））、海貍香（主要成分生物堿和吡嗪）、龍涎香（主要成分龍涎香醇和甾醇）;植物香料主要是萜類、芳香族化合物、脂肪族含氧化合物等。合成香料有烴類、醇類、酚類、醚類、醛酮類、酯類等。

防腐劑和抗氧劑主要是防止和抑制化妝品在使用、存儲(chǔ)過程中的敗壞和變質(zhì)。防腐劑起防止和抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖的作用，化學(xué)結(jié)構(gòu)上分為醇類、酚類、羧酸酯類、酰胺類、季銨鹽類等?？寡鮿┲饕菫榱朔乐购蜏p緩酸敗，化學(xué)結(jié)構(gòu)上分為酚類（如BHA、BHT、生育酚等）、醌類、胺類、有機(jī)酸、醇、酯類等。

1.3功效原料

功效原料，也稱功能性原料，是能賦予化妝品特殊功能的一類原料。隨著化妝品技術(shù)發(fā)展，功效性化妝品越來越多，目前比較常見的幾類功效原料如下。

皮膚角質(zhì)層的應(yīng)在含水量10%-20%，低于10%皮膚會(huì)干燥、粗糙、皴裂。所以很多護(hù)膚品中都含有保濕劑。保濕劑又濕潤(rùn)劑，按化學(xué)結(jié)構(gòu)分為脂肪醇類、脂肪酸及其鹽類、脂肪酸酯類、尿囊素等。脂肪醇類如甘油、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、山梨醇、甘露醇、木糖醇、十八醇、油醇、羊毛醇等;脂肪酸及其鹽如乳酸鈉、吡咯烷酮酸鈉、海藻酸鈉、透明質(zhì)酸（玻尿酸）等;脂肪酸酯類比較廣泛，可以在皮膚上形成細(xì)膩、潤(rùn)滑膜。

防曬劑是能夠防止或減弱紫外線（主要是波長(zhǎng)280-400nm紫外線）對(duì)皮膚傷害的成分，作用原理是散射、反射和吸收紫外線。鈦白粉、鋅白、滑石粉、高嶺土、碳酸鈣等無機(jī)物的防曬原理是散射紫外線;從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，具有羰基共軛或者雜環(huán)等芳香族化合物，可以吸收紫外線，如水楊酸酯類、二苯酮衍生物類、三嗪類、苯并三唑類、肉桂酸酯類、對(duì)氨基苯甲酸酯類等。

美白祛斑劑是通過分解皮膚中的黑色素或者抑制體內(nèi)黑色素的形成來達(dá)到美白效果的。美白化妝品原料作用原理有抑制酪氨酸酶活性、吸收紫外線、清除自由基，常見的有苯乙基間苯二酚、壬二酸、熊果苷及其衍生物、曲酸及其衍生物、二苯酮類、維生素C及其衍生物、泛酸及其衍生物、果酸及其衍生物等。

抗衰老化妝品主要是保護(hù)皮膚細(xì)胞免受外界環(huán)境刺激、清除細(xì)胞內(nèi)多余的自由基、對(duì)皮膚細(xì)胞進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)修復(fù)。這類原料包括超氧化歧化酶（SOD）、維生素E、二苯酮類、維生素A、泛酸及其衍生物、透明質(zhì)酸等。

二、有機(jī)化學(xué)

有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互轉(zhuǎn)化與應(yīng)用的一門科學(xué)。最初，有機(jī)物是從有生命的動(dòng)植物體中提取的，如酒、醋、糖、染料等。所有的有機(jī)物都含碳（C），大部分含氫（H），所以有機(jī)物定義為碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩?828年，魏勒（W?hler F）在實(shí)驗(yàn)室由無機(jī)物氰酸銨（NH4OCN）合成有機(jī)物尿素（NH2CONH2），從此有機(jī)物開啟了合成年代，目前每年有數(shù)萬計(jì)的新有機(jī)物被有機(jī)化學(xué)工作者合成出來。有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)密切相關(guān)，有機(jī)化學(xué)中一般按有機(jī)物的結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分類，按碳骨架分類如圖一，按官能團(tuán)分類如圖二。

數(shù)量龐大的有機(jī)物存在于我們生活的方方面面，棉、麻、絲、毛屬于有機(jī)物，蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉屬于有機(jī)物，塑料、纖維、橡膠屬于有機(jī)物，藥物、染料、化妝品都大都也是有機(jī)物組成。所以，有機(jī)化學(xué)與人類生活密切相關(guān)，是一門非常重要的科學(xué)。

三、有機(jī)化學(xué)教學(xué)與化妝品原料

有效的有機(jī)化學(xué)教學(xué)是提高有機(jī)化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)的重要手段。有機(jī)化學(xué)課程是醫(yī)藥、生物、化學(xué)化工、材料、化妝品等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)為了提高有機(jī)化學(xué)教學(xué)效果，根據(jù)不同時(shí)代學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和技術(shù)手段，不斷改革教學(xué)手段和教學(xué)方法，如案例式教學(xué)、參與式教學(xué)、基于問題的教學(xué)模式等[4，5]，在理論教學(xué)方面取代了一定的成績(jī)。

由于學(xué)生對(duì)生活認(rèn)知不夠，理論和實(shí)踐脫離，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)有機(jī)化合物的在生活實(shí)踐中的應(yīng)用了解不多。隨著有機(jī)化學(xué)理論發(fā)展，有機(jī)化學(xué)理論越來越多，教學(xué)團(tuán)隊(duì)一直在思考：有限的學(xué)時(shí)怎么樣提高學(xué)生有機(jī)化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)？為了提高學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)科學(xué)的應(yīng)用，基于教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)和科研，團(tuán)隊(duì)提出抓住生活中常用化妝品和有機(jī)化學(xué)學(xué)科的聯(lián)系，在有機(jī)化學(xué)教學(xué)過程中加入化妝品原料常識(shí)，主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)[6，7]。

3.1有機(jī)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)決定化妝品原料用途

在有機(jī)化學(xué)教學(xué)過程中，十分注重培養(yǎng)學(xué)生有機(jī)化學(xué)基本的學(xué)習(xí)思維--物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)，而物質(zhì)的性質(zhì)決定了物質(zhì)的用途。有機(jī)物根據(jù)結(jié)構(gòu)物質(zhì)及其在化妝品中的用途見圖2。

如甘油（丙三醇）在化妝品中主要做保濕劑，從結(jié)構(gòu)上分析，甘油屬于多羥基化合物，而羥基中O-H鍵極性大，容易與水形成氫鍵，所以低濃度的甘油（70%以下）吸收空氣的水分、鎖住皮膚表面的水分，起保濕作用，但是濃度太大，會(huì)吸收皮膚表面水分，反而作用相反。玻尿酸（透明質(zhì)酸）不但含大量羥基可以吸水，而且由于其分子量比較大可以成膜覆蓋皮膚表面，保濕效果更好[8]。同樣，推測(cè)其它含羥基的醇、糖也可能應(yīng)用于化妝品保濕劑。

化學(xué)機(jī)構(gòu)上分子內(nèi)有比較大的共軛體系，會(huì)吸收一定波才的光而顯色，而且共軛體系越多，顏色越深。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有機(jī)化學(xué)家們合成了一系列偶氮類燃料（如圖1中蘇丹紅Ⅲ號(hào)）、蒽醌類、三苯甲烷類、靛類、喹啉類色素。紫外線吸收劑的設(shè)計(jì)和合成也基于此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論。

3.2 化妝品原料發(fā)展拓展了有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

日益增長(zhǎng)的生活需求對(duì)安全環(huán)保、個(gè)性化、功能性化妝品原料要求越來越高，一方面我們可以根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成新的化妝品原料，豐富了有機(jī)物的數(shù)量，增加有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí);另一方面，化妝品原料的發(fā)展對(duì)有機(jī)化學(xué)科學(xué)發(fā)展提出更高的要求。如在各類化妝品中都離不開表面活性劑。表面活性劑是雙親分子（既親水又親油），早期表面活性劑研究主要集中陰、陽離子類表面活性劑研究和利用，目前已經(jīng)設(shè)計(jì)模擬卵磷脂、膽固醇、蛋白質(zhì)等天然兩親分子，如磷脂類、氨基酸類、蔗糖酯等等[9]，大大豐富了有機(jī)化學(xué)理論。

化妝品技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多的有機(jī)化妝品原料被開發(fā)利用，給有機(jī)化學(xué)科學(xué)發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中引入生活中化妝品原料，既是理論聯(lián)系實(shí)際提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也是科學(xué)應(yīng)用與生活的典型，為祖國(guó)培養(yǎng)更多應(yīng)用型人才提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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基金項(xiàng)目：

周口師范學(xué)院教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（J2019003）

周口師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目（HYJG201803）

通訊作者

王春杰（1981.09-），女，河南商水人，碩士研究生，副教授，主要從事有機(jī)化合物的合成與性質(zhì)研究。