γ-聚谷氨酸作为化妆品保湿剂的可行性分析

陈毓曦;刘燕;杨淼;靳涵;王宗汉

【摘 要】通过测量γ-聚谷氨酸、透明质酸与甘油在相对湿度43％和相对湿度81％的环境中的吸湿率和保湿率,以及不同浓度的γ-聚谷氨酸、透明质酸与甘油水溶液的温水量,表征其吸湿性和保湿性,比较三者作为化妆品保湿剂的保湿效果以及在化妆品中的适宜添加量.结果表明,γ-聚谷氨酸的保湿性强于甘油,接近透明质酸,在不同湿度条件下保湿效果稳定,可以作为化妆品用保湿剂;甘油、透明质酸、聚谷氨酸溶液分别在1.0、0.1、0.1g/100mL浓度下表现出较好的保湿效果. 【期刊名称】《河南科技》 【年(卷),期】2016(000)021 【总页数】3页(P130-132)

【关键词】γ-聚谷氨酸;保湿剂;化妆品 【作 者】陈毓曦;刘燕;杨淼;靳涵;王宗汉

【作者单位】河南省产品质量监督检验院,河南郑州450000;河南省产品质量监督检验院,河南郑州450000;河南省产品质量监督检验院,河南郑州450000;河南省产品质量监督检验院,河南郑州450000;河南省产品质量监督检验院,河南郑州450000

【正文语种】中 文 【中图分类】TQ317

保湿剂（Humectant）是一类能从潮湿的环境中吸收水分并对吸收的水分有一定保持作用的水溶性物质。在众多化妆品原料中，保湿剂是重要的不可或缺的一部分。几乎所有的化妆品配方都包括保湿剂，保湿剂的质量和效果直接影响着化妆品的品质。过去，人们认为皮肤干燥是因为皮肤表面缺乏脂类物质，经研究发现，仅在皮肤表面涂抹脂类物质，并不能使肌肤光滑、柔软、富有弹性［1］。皮肤干燥的真正原因是皮肤角质层水分不足，角质层承担着减缓水分向外散失的功能，为了抗拒外界环境相对较低的湿度，角质层必须保持一定的水分。一般认为，角质层应含水10%～20%，低于10%，皮肤会出现干燥、粗糙甚至皲裂等现象［2-4］。保湿剂的保湿机理是：护肤品在皮肤表面形成一层封闭的润滑膜，阻止皮肤表面的水分向外界环境散失；护肤品中含有可以与水强力结合的保湿剂，使皮肤角质层保持湿润［5］。

按来源，可将保湿剂分为天然保湿剂和合成保湿剂。合成保湿剂中使用较多的是多元醇类，如甘油、丙二醇、聚乙二醇等，这类保湿剂具有无毒、配伍性好的优点，也存在吸湿性显著、保湿性一般的不足［6］。随着经济社会发展和人民生活水平提高，人们更多地追求使用天然的保湿护肤品，由于皮肤基质中含有透明质酸［7］，用透明质酸作为化妆品保湿剂被认为是对人无毒害的，透明质酸成为化妆品原料家族新的明星。但是，透明质酸提取工艺复杂，成本较高，使之只能用于一些高端化妆品中。

γ-聚谷氨酸（γ-Polyglutamic Acid，γ-PGA）是一种由D-谷氨酸和L-谷氨酸通过形成α-氨基和γ-羧基之间的γ-酰胺键结合而成的阴离子高聚物。γ-PGA具有良好的生物相容性、可降解、可溶于水、吸水能力强和无毒可食性等特点，具有广阔的应用前景，既可用于食品及日用品行业［8，9］，又可用于医药行业作为药物载体［10，11］。由于γ-PGA分子中含有大量游离羧基，具有较大的亲水性和水溶性，王传海等［12］研究发现γ-聚谷氨酸的最大自然吸水倍数可达1 108.4

倍，γ-PGA可以作为一种阴离子型保水剂。本文主要讨论γ-聚谷氨酸与甘油、透明质酸的吸湿性和保湿性的比较，以及3种保湿剂在化妆品中的适宜添加量。 1.1 仪器与试剂

SHENAN手提式不锈钢压力蒸汽灭菌器（上海中安医疗器械厂），HYG-A全温摇瓶柜（太仓市实验设备厂），TDL-5飞鸽牌离心机（上海安亭科学仪器厂），LGS-4实验型真空冷冻干燥机（江苏省海门市轻工机械四厂），FA1604S电子天平（上海精科天平仪器厂），干燥器，温度计，称量瓶。

菌种为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），河南省产品质量监督检验院食品中心微生物实验室保存。γ-PGA，河南省产品质量监督检验院食品中心微生物实验室发酵生产；透明质酸，≥98%，陕西森弗高科实业有限公司；（NH4）2SO4，分析纯，上海美吉医药生物科技有限公司；K2SO4，分析纯，上海美吉医药生物科技有限公司；D45透析带，节流范围8 000～1.5万u，北京普博欣生物科技有限公司；甘油，国药集团化学试剂有限公司；白凡士林，国药集团化学试剂有限公司。 1.2 γ-聚谷氨酸的制备

1.2.1 γ-聚谷氨酸的发酵。按照以下条件配制培养基：①斜面培养基（LB培养基），蛋白胨1.0g，牛肉膏0.5g，NaCl 0.5g，葡萄糖0.1g，琼脂2.0g，酵母粉0.2g，蒸馏水100mL，pH 7.5，121℃灭菌20min；②种子培养基，蔗糖6.0g，牛肉膏2.0g，谷氨酸钠6.0g，MgSO4·7H2O 0.05g，K2HPO4·3H2O 0.1g，水200mL，pH 7.5，121℃灭菌20min；③发酵培养基，蔗糖20.0g，牛肉膏4.0g，谷氨酸钠20.0g，MgSO4·7H2O 0.12g，K2HPO4·3H2O 0.6g，水500mL，pH 7.5，121℃灭菌20min。

先挑取一环枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）接种于斜面培养基中，在37℃恒温培养培养12h，作为活化菌种。然后，将活化后的菌种挑取一环接种于种子培养基中，于37℃、220r/min条件下振荡培养15h作为种子液。其次，按5%的接

种量将种子液接种到发酵培养基中，于37℃、220r/min条件下振荡培养24h得到含有产物的发酵液。

1.2.2 γ-聚谷氨酸的提取。发酵液离心（5 000r/min， 30min），上清液调pH值为2，然后加入4倍体积预冷乙醇，所得混合物在4℃条件下静置过夜，将混合物离心（5 000r/ min，10min），收集沉淀得到粗品。粗品用适量蒸馏水溶解后用蒸馏水反复透析24h以去除小分子和残留的有机溶剂。透析液进行真空冷冻干燥，得到纯品。

1.2.3 保湿剂吸湿性和保湿性能测定。将盛有饱和(NH4)2SO4水溶液的干燥器内作为相对湿度（Relative Humidity，RH）81%的环境，将盛有饱和K2SO4水溶液的干燥器内作为相对湿度43%的环境。分别精确称取0.5g干燥至恒重的甘油、透明质酸、聚谷氨酸置于25mm×40mm称量瓶中，每组3个平行，分别放于上述2个干燥器中。将2个干燥器置于20℃恒温环境中，静置24h，称量各样品的质量，计算吸湿率：吸湿率=（m2-m1）/m1×100%，m1是样品的初始质量，m2是24h后的样品质量［5］。

精确称取0.5g干燥至恒重的甘油、透明质酸、聚谷氨酸，加样品质量10%的去离子水，置于25mm×40mm称量瓶中，每组3个平行，分别放于上述2个干燥器中。将2个干燥器置于20℃恒温环境中，静置24h，称量各样品的质量，计算保湿率：保湿率=m4/m3×100%，m3是样品初始水分质量，m4是24h后样品的水分质量。

1.2.4 保湿剂适宜添加量的测定。准确称取表1中各梯度溶液5.0g，分别置于25mm×40mm的称量瓶放入相对湿度43%和相对湿度81%的干燥器内，设置3组平行，并以蒸馏水作为空白对照。放置24h后分别称量各试样的质量，计算失水量：△m=m5-m6，m5为试样的初始质量，m6为24h后试样的质量。 2.1 保湿剂的吸湿性与保湿性

由试验数据计算出3种保湿剂的吸湿率和保湿率见表2。由表2可知，环境湿度较低时，甘油的吸湿率为7.5%，较透明质酸的8.3%和γ-聚谷氨酸的9.1%均较低；环境湿度较高时，甘油的吸湿率为13.2%，高于γ-聚谷氨酸与透明质酸。由此可见，甘油的吸湿率受环境湿度影响较大。在2种环境湿度条件下，γ-聚谷氨酸与透明质酸、甘油的吸湿率没有显著差别，但γ-聚谷氨酸的保湿率显著大于甘油，接近透明质酸。由此可知，γ-聚谷氨酸和透明质酸的保湿效果受环境湿度的影响较小，保湿效果强于甘油。原因在于大分子保湿剂比小分子保湿剂更多地与水分子发生分子间力的作用，“锁水”性更好，故其在不同相对湿度条件下都有较好的吸湿保湿效果。

2.2 保湿剂的适宜添加量选择

相对湿度43%时各组样品溶液样品失水量见图1。由图1可知，加入保湿剂后各样品溶液的失水量均比空白对照有所减少，甘油、透明质酸、γ-聚谷氨酸分别在添加量1.0、0.1、0.1g/100mL时出现最小失水量，失水量分别为不添加保湿剂情况下的70%、61%、67%。γ-聚谷氨酸和透明质酸在添加量分别为甘油添加量的10%时，可以达到与甘油相近的保湿效果；γ-聚谷氨酸与透明质酸在每个梯度上都有相近的保湿效果；γ-聚谷氨酸与透明质酸的添加量高于0.1g/100mL以后，并没有表现出更优秀的保湿效果，本着经济原则无需大量添加。

相对湿度81%各溶液样品失水量见图2。由图2可知，加入保湿剂后各样品溶液的失水量均比空白对照有所减少，甘油、透明质酸、γ-聚谷氨酸分别在添加量1.0、0.1、0.1g/100mL时出现最小失水量，失水量为不添加保湿剂情况下的25%。γ-聚谷氨酸和透明质酸在添加量分别为甘油添加量的10%时，可以达到与甘油相同的保湿效果；聚谷氨酸与透明质酸在每个梯度上都有相近的保湿效果；γ-聚谷氨酸与透明质酸的添加量高于0.1g/100mL以后，并没有表现出更好的保湿效果，本着经济原则无需大量添加。

由图1和图2可知，保湿剂的保湿效果易受外界环境湿度的影响，样品失水量在环境湿度较大时比环境湿度较小时少，γ-聚谷氨酸在相对湿度分别为43%和81%时，保湿效果均接近透明质酸且优于甘油。

γ-聚谷氨酸是一种保湿性强于甘油，接近透明质酸，在不同湿度条件下保湿效果较稳定的保湿剂，可以作为化妆品用保湿剂。由于保湿剂的保湿效果受外界环境影响较大，本文只考虑了相对湿度的影响，其他因素如温度、风速的影响有待进一步研究，在实际应用中还应考虑保湿剂与化妆品中其他组分之间的配伍性，以及其他成分对保湿剂保湿性的影响。

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