皮膚外用美白敷料的配方設(shè)計(jì)與制造工藝

張立發(fā)

(杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)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(yīng)用比較廣泛，它們的功效性通過人類多年的實(shí)際應(yīng)用，得到有效的廣泛認(rèn)可。因它們本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了它們擁有非?；顫姷幕瘜W(xué)性質(zhì)，極容易導(dǎo)致化學(xué)分子被氧化而變質(zhì)，所以實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中維生素C和谷胱甘肽多數(shù)時(shí)候被迫制備成粉末劑型或無(wú)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(fā)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(yī)學(xué)美容等領(lǐng)域?qū)S生素C和谷胱甘肽的實(shí)際應(yīng)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(xué)式為C6H8O6，因維生素C它是具有旋光活性的分子，依據(jù)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(xué)結(jié)構(gòu)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(dāng)中，它是膠原和細(xì)胞間質(zhì)合成所必須的原料，當(dāng)攝入不足可導(dǎo)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(jīng)遞質(zhì)的合成、膠原蛋白和組織細(xì)胞間質(zhì)的合成?？山档兔?xì)血管通透性，降低血脂，增加機(jī)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(xué)結(jié)構(gòu)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(jìn)皮膚的新陳代謝，加速煥膚。

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

(3)當(dāng)皮膚受到外界的各種不利因素的影響時(shí)，會(huì)產(chǎn)生游離的自由基，這些自由基會(huì)對(duì)人體正常組織中的膠原蛋白等造成老化，因此產(chǎn)生細(xì)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?zhǔn)窖趸磻?yīng)，因此發(fā)揮了抗氧化和抗老化的效果，讓皮膚變得更加光滑、堅(jiān)實(shí)和有彈性。

(4)隨著人體年齡的變大，皮膚會(huì)變得松弛老化，因此產(chǎn)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(gòu)成真皮的主要成分，而維生素C可以促進(jìn)真皮當(dāng)中膠原蛋白的合成[2]。

1.2 谷胱甘肽

谷胱甘肽是人類細(xì)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(dòng)物組織細(xì)胞中。谷胱甘肽在體內(nèi)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(tài),大約占95%;氧化型谷胱甘肽(GSSG)是非活性狀態(tài),約占1%。經(jīng)研究,GSH含有的巰基(-SH)是其發(fā)揮主要作用的基團(tuán),在人體內(nèi),通過酶的激活和自由基的清除發(fā)揮作用。當(dāng)人體組織細(xì)胞發(fā)生衰老、感染、中毒、氧化應(yīng)激時(shí),都可以通過GSH還原而得到有效改善[3]。

谷胱甘肽的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 還原型谷胱甘肽化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

谷胱甘肽對(duì)皮膚的保健功能

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

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

(3)谷胱甘肽是小分子肽，容易透過細(xì)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(chǎn)生光澤[4]。

1.3 出現(xiàn)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(wěn)定，容易被氧化，不易添加在外用產(chǎn)品中。它對(duì)水、氧氣、光照、高溫、重金屬等因素均會(huì)產(chǎn)生不利影響，產(chǎn)生的影響比如導(dǎo)致維生素C化學(xué)結(jié)構(gòu)式的變化，產(chǎn)生發(fā)黃問題，出現(xiàn)異味問題，最終導(dǎo)致維生素C無(wú)法發(fā)揮它應(yīng)有的保健功能。

左旋維生素C出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，具體的不穩(wěn)定原因之一，以下用化學(xué)結(jié)構(gòu)式示意圖3來進(jìn)行闡述。

圖3 維生素C發(fā)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(jié)構(gòu)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(shù)可以突破維生素C易被氧化的缺點(diǎn)。為了使左旋維生素C涂抹在皮膚上，吸收和利用的效果達(dá)到最大化，出現(xiàn)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(jié)構(gòu)式示意圖如4所示。

圖4 維生素C乙基醚化學(xué)結(jié)構(gòu)式示意圖

選擇維生素C乙基醚的優(yōu)勢(shì)

(1)增強(qiáng)維生素C的穩(wěn)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(qiáng)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(jié)構(gòu)，因此易于皮膚吸收，可達(dá)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(wěn)定性問題，因?yàn)閺乃幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)式上，我們可以看出它含有巰基，這個(gè)基團(tuán)往往擁有很高的反應(yīng)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(dǎo)致降解，最終導(dǎo)致失去谷胱甘肽本身的保健功能。

我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用還原型谷胱甘肽時(shí)還發(fā)現(xiàn)，被氧化的還原型谷胱甘肽甚至還會(huì)釋放出臭雞蛋的異味，因此在一般劑型的產(chǎn)品當(dāng)中，還原型谷胱甘肽的配方應(yīng)用也是一項(xiàng)技術(shù)難題。

同樣針對(duì)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(xué)分子結(jié)構(gòu)式如圖5所示。通過兩個(gè)分子的還原型谷胱甘肽結(jié)合而成一個(gè)分子的氧化型谷胱甘肽。

圖5 氧化型谷胱甘肽化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式示意圖

選擇氧化型谷胱甘肽的優(yōu)勢(shì)

(1)增強(qiáng)還原型谷胱甘肽的穩(wěn)定性，通過化學(xué)結(jié)構(gòu)式示意圖，我們可以發(fā)現(xiàn)反應(yīng)活性基團(tuán)由-GSH變?yōu)镚S-SG，這也是導(dǎo)致氧化型谷胱甘肽比較穩(wěn)定的原因。但在功效上仍舊有還原型谷胱甘肽的效果，因?yàn)槿梭w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(chǎn)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(huán)境中穩(wěn)定性大大增加，在配方當(dāng)中的兼容性更好，有利于配方設(shè)計(jì)。

2 皮膚外用美白敷料配方

通過專業(yè)學(xué)習(xí)結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(jī)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(jìn)行復(fù)配。以多種保濕劑成分為基礎(chǔ)，成分如甘油、丁二醇、乙酰殼糖胺、透明質(zhì)酸鈉、水解透明質(zhì)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(jìn)行復(fù)配，達(dá)到可以短期膚感不黏膩，長(zhǎng)期保濕效果優(yōu)良。以兩者防腐劑，如對(duì)羥基苯乙酮、1,2己二醇，可以做到防止革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌、酵母菌、霉菌等微生物的污染，有效達(dá)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(jìn)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(fā)揮有效的美白作用，并且保持長(zhǎng)期的產(chǎn)品穩(wěn)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(duì)，以保證pH值范圍的穩(wěn)定。

因配方的功效設(shè)計(jì)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(gè)美白成分穩(wěn)定性極差，在配方當(dāng)中極易出現(xiàn)被氧化，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)黃現(xiàn)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(jié)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(qiáng)了皮膚滲透性，增強(qiáng)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(shè)計(jì)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(jù)本人的實(shí)際職業(yè)當(dāng)中的長(zhǎng)期摸索，以下內(nèi)容可以作為此外用美白敷料配方的實(shí)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(zhǔn)確稱取配方中原料的數(shù)量，并校對(duì)復(fù)核一遍，做好配料記錄。

(2)混料升溫

把A項(xiàng)、B項(xiàng)、C項(xiàng)加入乳化鍋，開啟蒸汽加熱，設(shè)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(xù)攪拌，確認(rèn)全部溶解后，打開冷卻水進(jìn)水閥，開始降溫。

(3)預(yù)先混合

預(yù)先混合G項(xiàng)，充分?jǐn)嚢杈鶆?，確保溶解完全至澄清透明。

預(yù)先混合I項(xiàng)，充分?jǐn)嚢杈鶆颍_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(xiàng)、E項(xiàng)，保溫?cái)嚢? min，攪拌均勻，繼續(xù)降溫。

(5)降溫加料

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

(6)調(diào)節(jié)pH值和粘度

將預(yù)先混合的I項(xiàng)緩沖溶液調(diào)節(jié)pH值，確保pH值在4.50～5.50范圍內(nèi)，粘度范圍500～1000 mPa·s，繼續(xù)攪拌10 min，確保完全攪拌均勻。

(7)取樣送檢

觀察料體無(wú)問題后自然降溫至40 ℃以下，取200 mL半成品送品保作檢驗(yàn)。

(8)出料

(9)檢驗(yàn)合格后，經(jīng)過200目過濾網(wǎng)出料，倒入耐高溫袋中分裝打包。

其中第2、3、4項(xiàng)為關(guān)鍵控制點(diǎn)，需相關(guān)人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。

5 儀器與設(shè)備

5.1 研發(fā)實(shí)驗(yàn)室配制儀器與設(shè)備

根據(jù)本人的實(shí)際樣品配制過程，需要用到研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的儀器或設(shè)備，現(xiàn)列出清單如下：

分析天平 1臺(tái)；稱量勺 2把；稱量紙 若干張；1000 mL燒杯 1個(gè)；100 mL燒杯 2個(gè)；水浴鍋 1臺(tái)；均質(zhì)機(jī) 1臺(tái)；攪拌玻璃棒 1根；PH測(cè)試儀 1臺(tái)；粘度測(cè)試儀 1臺(tái)；溫度計(jì) 1支；200目濾網(wǎng) 1張；攪拌機(jī) 1臺(tái)；冷卻冰袋 1只；稱量單 1張。

5.2 車間產(chǎn)品中試制造設(shè)備

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

圖6 10L乳化鍋

6 結(jié) 論

維生素C和谷胱甘肽都是具有極強(qiáng)的化學(xué)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(shè)計(jì)，結(jié)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(shè)計(jì)與制造工藝大大提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，但是要做到完全避免被氧化問題還是達(dá)不到，這需要進(jìn)一步更加深入的研究。