□ 李梦茹 刘婷婷 郑春霞 戚间华
水分活度
水是大部分化妆品的主要成分，同时也是微生物必不可少的生长因子。不同微生物生长需要的最低水分活度不一样：通常情况下细菌生长所需的水分活度最高，酵母菌其次，霉菌最低。使用一些原料可以降低配方水分活度，从而抑制微生物生长，如甘油、丙二醇和山梨糖醇等保湿剂和其他水溶性原料会降低水分活度，用于调节黏度或pH的无机盐、酸、碱和水相增稠剂（黄原胶、瓜尔胶）等也会降低水分活度。据报道，配方的水分活度值为0.8，并且在测试的配方中未添加传统防腐剂，可以保证化妆品的微生物安全性。有报道称，O/W膏霜水分活度降到0.9以下，对防腐挑战测试中常用的5种微生物（金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、白假丝酵母、黑曲霉）都有很好的抑制作用。
pH值
各种微生物的生长均有其最适合的pH值和一定的pH范围。通常情况下，细菌适宜的pH值为6.0～8.0，酵母菌和霉菌适宜的pH值为4.0～6.0。利用pH值引起对微生物细胞代谢的伤害，或使微生物消耗大量的能量保持胞外pH值而给细胞造成压力，同时很多微生物细胞中酶的功能取决于胞外保持合适的pH值。一般来说，如果一种产品配方pH值在4.0以下或在10.0以上，就可能不需要防腐剂，或者只需要添加少量防腐剂。有极端pH值的配方实质上是自防腐体系，能预防微生物的繁殖或防止微生物长期残存，比如pH值在3.0~5.0的含水杨酸产品、α-羟基酸产品、阳离子护发素等，pH值在9.0~14.0的染烫发用品和肥皂等。有研究表明，pH值的改变会对铜绿假单胞菌的生长、生物膜的生成以及对抗生素的敏感性产生影响。酸性环境能够抑制铜绿假单胞菌的生长和生物膜的生成，同时有利于增强β-内酰胺类和氨基糖苷类抗生素对铜绿假单胞菌的抑菌效果；弱碱性环境有利于增强环丙沙星对铜绿假单胞菌的抑菌效果。
除了对微生物生长产生影响外，配方的pH值还可能对某些原料的抑菌性产生影响。有机酸类抑菌物质在未解离的状态下才能经过自由扩散进入到微生物细胞内。微生物细胞内为中性偏碱性的pH环境，高于一般有机酸的解离平衡常数（pKa），有机酸会在微生物细胞内发生解离。解离的H+导致胞内pH值下降，迫使微生物细胞通过主动运输来释放胞内的H+，从而恢复自身pH平衡。这一过程会消耗大量的腺嘌呤核苷三磷酸（ATP），与微生物正常生长代谢产生能量竞争，从而起到抑菌作用。有机酸在配方中的解离程度受pH值影响，随着配方pH值升高（pKa以上），解离程度增大，抑菌性能减弱。研究表明，当洗发水pH值由5.2升高至6.4，p-茴香酸（一种弱酸）和山梨醇辛酸酯复配物的抑菌效果逐渐下降；当pH>6.2时，p-茴香酸主要以酸根离子的形式存在，不能通过细胞的类脂膜发生作用，导致复配物的抑菌效果较差。因此，选用p-茴香酸复配物为体系提供抑菌效果时，体系pH应在6.0以下。
总之，掌握多功能原料各自的抑菌特性，在各配方体系中合理搭配，并且调整配方pH值在其能发挥抑菌效能的合适范围。合理高效地组合多种栅栏因子，既可以保证配方的微生物安全性，又能使配方足够温和。
包装材料
合适的包装材料可以使化妆品在使用过程中免受污染，也可防止污染物在料体中累积；而不合适的包装材质可能会吸附化学防腐剂，影响配方整体防腐效能。包装的材质和类型都对化妆品的稳定性有很大影响：广口瓶容易引起微生物污染；真空瓶、狭窄开口的泵送系统、小包装以及安瓶等可以减少发生微生物污染风险的可能性。
随着科学技术的进步，在满足有效抑菌的前提下，减少防腐剂带来的刺激及其他不良影响是当前配方替代防腐技术发展的指导思想和使用趋势。本文所论述的化妆品替代防腐“栅栏技术”，即不添加传统防腐剂，而是通过合理组合各种抑制微生物因素，如具有抑制微生物生长活性的多功能原料的合理搭配、降低配方的水分活度、调节pH值以及选择合适的包装材料等方式，可以减少或避免使用具有潜在风险的防腐剂，使配方温和无刺激，满足广大消费者对温和、天然、安全的化妆品的需求。但是，多功能原料抑制微生物的能力普遍比传统防腐剂要差一些，通常需要几种原料复配使用，达到广谱抑菌的作用，这也增加了配方设计的难度和配方成本。此外，替代防腐产品也对生产环节和包材提出了更严格的要求。总体来说，在化妆品产业升级的大趋势下，在温和、天然、安全等理念的不断深入下，化妆品替代防腐“栅栏技术”引领化妆品市场向着良性健康的方向发展，拥有广阔的发展前景。
（摘编自《日用化学品科学》2021年第9期）