植物提取物降低表面活性剂对皮肤的刺激性

高一峰 叶赐能 薛林雨 方歆倩 徐雅心 胡学一 方云★

（江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡，214122）

表面活性剂是指具有不对称的亲水亲油结构，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质，它在个人清洁与护理用品中应用广泛。表面活性剂可能对人类皮肤造成刺激的特性，引起了各方广泛关注[1]。表面活性剂对皮肤的刺激性可能取决于它们的结构，它对黏膜和皮肤产生刺激性主要由溶出性、渗入性和反应性三个因素引起[2]。本文在介绍表面活性剂对皮肤刺激方式的基础上，将综述几种植物提取物用于降低表面活性剂对皮肤刺激性的报道，其中包括Seweryn课题组[3-4]使用超临界CO2提取的两种疏水性植物提取物，以及Bujak课题组[5]发现的一种亲水性植物提取物。

1 表面活性剂对皮肤的刺激影响

研究表明：对皮肤的刺激主要与水溶液中单个表面活性剂分子（单体）的存在有关。Rhein等[6-7]的研究表明：皮肤受到刺激的可能因素之一就是表面活性剂浓度，即：有多少未形成胶束的表面活性剂单体或小聚合物与皮肤直接接触，同样也会受到表面活性剂类型的影响。表面活性剂导致皮肤刺激性的一种可信的解释是：附着在皮肤表面上的表面活性剂单体可能与SC角蛋白相互作用，导致其α-螺旋结构变性，蛋白质二级和三级结构因此被损坏，从而使得水分子可以结合的位点外露，这种影响在外观上表现为角质层肿胀。同时，蛋白质结构的变化导致了部分角蛋白溶于水中，使得表皮屏障变得薄弱。两亲化合物、其他化合物和病原体因而更容易渗透到较深的SC层，甚至到达更深层次的活细胞处，这些刺激物诱导免疫反应就表现为皮肤上出现红斑或瘙痒。根据表面活性剂和SC蛋白之间的相互作用模型，由于表面活性剂单体有足够小的尺寸，能够渗透到外皮层的结构中并诱导组成蛋白的结构变化，而一旦达到临界胶束浓度（cmc），胶束的刺激性就会降低。这可能因为胶束体积太大而无法沉积或渗透到角质层表面。进而言之，皮肤刺激性也与cmc值大小有关，cmc值越高，意味着游离单体的浓度较高，因此，对皮肤的刺激作用也会相应增大[8]

2 疏水性洋甘菊提取物

超临界CO2提取具有温度低、价格低廉、CO2易于除去且无需加入化学助剂，以及大多数活性成分得以保留的优点。Seweryn[3]等的研究表明：超临界CO2条件下提取得到疏水性的洋甘菊（黄春菊）提取物中含有脂肪酸甘油三酯、萜烯化合物以及萜类化合物。将由此获得的洋甘菊提取物加入到含有月桂基醚硫酸钠（11%）,椰油酰胺丙基甜菜碱（2%）, PEG-40氢化蓖麻油（1%），微量甲基氯异噻唑啉酮和甲基异噻唑啉酮的混合物作为防腐剂的表面活性剂基础配方中，考察其抑制对皮肤的刺激性作用，并与不添加该提取物的对照样比较。图1表明通过对玉米醇溶蛋白（ZV）的检测可以发现：添加该提取物的样品的玉米醇溶蛋白数（ZN）降低，降幅达10%-15%；实验结果表明：向表面活性剂配方中添加该疏水性提取物，可以降低表面活性剂引起手部皮肤的刺激性。图2进一步考察了该配方引起牛血清白蛋白（BSA）溶液的pH变化情况。由于水溶性BSA与阴离子表面活性剂分子的相互作用导致蛋白质的阳离子基团被结合，而质子通过与BSA的负电性基团结合导致溶液的pH升高，因此，BSA溶液的pH增加越高，说明表面活性剂引起的皮肤刺激作用越明显。图2的测量结果表明：添加该洋甘菊提取物能有效降低pH，即意味着降低了表面活性剂对皮肤的刺激性，这一结果支持上述ZN降低的结果。图3是对用上述配方洗涤后皮肤干燥效应（DE）的评估结果。较低浓度（0.001%～0.1%）的洋甘菊提取物对于DE没有显著的影响，而在较高浓度（0.3%～0.7%）下，DE值降低了10%～15%。图4测试了经皮水分流失（TEWL）值，观察到添加0.1%～0.7%提取物的基础配方的TEWL值明显较低，最多降低了约40%。

图1 洋甘菊提取物对表面活性剂基础配方（10%）溶液中玉米醇溶蛋白数（ZN）的影响

图2 含洋甘菊提取物的表面活性剂基础配方对牛血清白蛋白（BSA）溶液的pH值的影响

3 疏水性黑加仑子提取物

图3 含洋甘菊提取物的表面活性剂基础配方对皮肤的干燥效应

图4 洋甘菊提取物对表面活性剂基础配方洗涤后皮肤经皮水分流失值的影响

Seweryn[4]等发现：在超临界CO2条件下获得的疏水性黑加仑子提取物对手洗型餐具洗洁精（HDL）也有良好的降低刺激性的功效。图5中ZN的实验结果显示：向HDL中加入0.1%和0.3%提取物的产品，ZN测定值相对于对照产品(不加入提取物)降低了约13%和15%；加入0.5%提取物，ZN值下降到152 mg N/100mL，大约降低四分之一，说明添加黑加仑子提取物有降低刺激性的功效。由图6中BSA的pH上升试验结果可知：相对于对照样品，添加黑加仑子提取物有助于降低pH值，在加入浓度为0.5%的提取物时，溶液的pH比对照样本低20%，进一步证实黑加仑子提取物可降低皮肤的刺激作用。然而图7的实验结果表明：增加黑加仑种子提取物的浓度将导致HDL的洗餐盘数下降，即洗涤剂性质恶化，说明浓度过高会影响HDL的发泡能力。如果只加入0.1%左右的黑加仑子提取物，就能既不损失较好的洗涤剂性能，又可减少对皮肤的刺激性。因此，在超临界CO2条件下获得的黑加仑子提取物，因其能提高HDL的使用安全性而成为一种有吸引力的生物质基添加剂。

图5 黑加仑子提取物对HDL溶液中ZN的影响

图6 含黑加仑子提取物的HDL对BSA溶液的pH值的影响

4 亲水性山茱萸提取物

图7 黑加仑子提取物对HDL的洗餐盘数的影响

Bujak课题组[5]用水（WE）及水与甜菜碱（BE）、丙二醇（PDE）或甘油（GE）的混合物为提取剂，对天然植物山茱萸进行提取并对其进行成分分析，结果发现：该系列提取物中均含有大量的酚类化合物、维生素C、环烯醚萜类和黄酮类化合物，特别是还含有黄酮醇-槲皮素-3-O-葡糖苷酸和花青素等，这些化合物会影响对某些皮肤酶（弹性蛋白酶，胶原酶和透明质酸酶）的抑制作用。图8（a）是通过测定不同提取剂得到的山茱萸提取物的ZN值，并与水体系MG（AQ）的ZN值对比，发现：提取物使表面活性剂模型体系的刺激性降低15%左右，而且，其中以PDE或GE为提取剂的提取物MG（PDE+D）和MG（GE+D）降低皮肤刺激作用的能力更强。图8（b）是通过测定BSA溶液的pH的增加值来验证ZN测量的结果，其中对照组MG（AQ）的pH增加值最高（约23%），而添加该系列提取物有助于减缓pH值的增加趋势，其中MG（WE+D）提取物使pH增加值降为约20%，其它提取物使pH增加值降为约16%。

该研究的结果表明：向家用表面活性剂配方中添加亲水性山茱萸提取物有助于降低产品的皮肤刺激性，研究者将其归因于增强了胶束稳定性和增加了胶束尺寸。这是因为亲水性山茱萸提取物可嵌入胶束结构中并富集在胶束聚集体的亲水区，有助于增加胶束中表面活性剂分子的亲水头基间的排斥力，导致其尺寸增大；同时引入体系的极性物质和提取剂将进一步降低表面活性剂的CMC，也会影响胶束聚集体的稳定性。Katsarou[9]等的研究发现：除亲水性物质外，从山茱萸浆中提取的活性物质也可能有减弱皮肤刺激性的作用。植物提取物是天然抗氧化剂的宝贵来源，它们通过结合自由基，可以延缓细胞连接处所含的不饱和脂质的分解过程，从而，防止表皮屏障受到损害，最终降低皮肤过敏的可能性。

图8 山茱萸提取物对表面活性剂模型体系的模拟刺激性实验

5 总结

家用化学品作为人们日常生活中经常使用，且常常接触皮肤的精细化学产品，其主要有效成分是表面活性剂，因此，如何降低它对人体皮肤的刺激性就成了行业关注的话题。本文介绍的三种植物提取物源自于生物质，提取过程方便无污染，又能通过降低表面活性剂的cmc等方式，使得易于与人表皮角蛋白结合并使其变性的表面活性剂单体更易胶束化，形成尺寸更大或更稳定的胶束，即减少表面活性剂单体的相对浓度，从而降低对皮肤的刺激性。此外，测试结果表明：添加上述植物提取物并不会显著改变手洗型家用洗涤品的洗涤性能，同时，植物提取物中各种活性物质还能有效保养肌肤，结合自由基，因此在商业上显示广泛的应用前景。