水分活度在化妝品微生物控制方面的應(yīng)用分析
[摘要]水分活度在食品行業(yè)控制微生物污染方面的成功應(yīng)用為微生物控制和安全性檢測方面提供了良好的理論指導(dǎo)，而在化妝品行業(yè)未見有水分活度的相關(guān)引用報(bào)道。本研究將水分活度的概念及其測定方法應(yīng)用到化妝品行業(yè)微生物控制方面來，通過分析水分活度與微生物生長的相關(guān)性來尋找控制化妝品微生物污染的方法。結(jié)果表明通過降低水分活度可以提高化妝品的安全穩(wěn)定性，為控制化妝品微生物污染、減少化妝品中防腐劑的用量及微生物限度檢查等提供了新方法和理論指導(dǎo)。
化妝品上市前應(yīng)進(jìn)行必要的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法包括相關(guān)理化檢驗(yàn)方法、微生物檢驗(yàn)方法、毒理學(xué)試驗(yàn)方法和人體安全試驗(yàn)方法等[1]，而微生物檢驗(yàn)是化妝品質(zhì)量檢測中的重要環(huán)節(jié)。化妝品富含營養(yǎng)物質(zhì)，且pH值介于4～7，具備微生物生長繁殖的適宜條件。近年來，我院在化妝品的抽查檢驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)微生物污染問題是化妝品不合格的主要原因，幾乎每年都有好幾批次產(chǎn)品的細(xì)菌和霉菌超標(biāo)。而且，除去單劑量包裝產(chǎn)品，化妝品從開封到使用完畢之間還存在著二次污染的可能，隨著使用時(shí)間的延長，若未合理控制好環(huán)境溫度和濕度，微生物污染情況就會(huì)越嚴(yán)重[2]。目前防控化妝品中微生物的主要手段是添加防腐劑以抑制微生物的生長繁殖，但實(shí)際上大部分防腐劑對人體皮膚有刺激性，存在不安全隱患。
水分活度（water activity，aw）是評價(jià)食品微生物安全性和產(chǎn)品穩(wěn)定性的重要依據(jù)，1957年食品微生物學(xué)家Scott提出水分活度的概念以及食品中微生物生長與水分活度之間的關(guān)系[3]。自此，水分活度理論在食品行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，也為食品的貯存方式和微生物安全性檢測方面提供了良好的理論依據(jù)。本研究把水分活度的概念引入到化妝品行業(yè)微生物控制方面來，希望能對化妝品微生物污染控制有一定的幫助和參考。
1、水分活度的概述
1.1、水分活度的概念
水分活度（aw）是指在相同溫度下產(chǎn)品中水蒸氣壓（P）與飽和水蒸氣壓（P0）的比值，在數(shù)值上等于產(chǎn)品在封閉體系中產(chǎn)生的相對濕度（relative humidity，RH）的百分之一[4]。水分活度是一個(gè)比值，沒有單位，數(shù)值介于0～1.0，0為的干燥值和1.0為純飽和水蒸氣，表明產(chǎn)品中水結(jié)合的緊密程度。與常規(guī)的產(chǎn)品含水量意義不同，一般來說，含水量包括有四種形式的水，游離水、吸附水、結(jié)晶含水量包括有四種形式的水，游離水、吸附水、結(jié)晶水和鍵合水。水分活度可以理解為產(chǎn)品中可以自由移動(dòng)的水，也就是游離水，是能夠參與到外界環(huán)境中，與物質(zhì)進(jìn)行水合作用的那部分水，微生物在生長繁殖時(shí)能利用到的水就是這部分。這也就能夠理解到為什么有些看起來富含水的物質(zhì)，反而不容易微生物污染，穩(wěn)定性比較好，比如食品中常見的醬油類產(chǎn)品，因?yàn)槠渲泻柠}和其他成分牢牢的結(jié)合了大部分水，能夠參與到微生物生長繁殖的游離水并不多[5]。迄今為止，水分活度在食品行業(yè)微生物控制方面得到極大的應(yīng)用，并制定了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB5009.238-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品水分活度的測定》[6]。
表1微生物生長所需要的低水分活度（aw）
1.2、水分活度的測定方法
水分活度的測定可以通過測定密閉體系中產(chǎn)品的相對濕度而得出，在數(shù)值上等于相對濕度的百分之一。相對濕度可以通過直接測量部分蒸氣壓或露點(diǎn)來計(jì)算，也可以通過傳感器的間接測量而得。美國藥典42版（USP 42）第<1112>章和歐洲藥典第9版（EUP 9th）2.9.39章關(guān)于水分活度的測定中收載的方法均為露點(diǎn)/冷鏡測定法，即用拋光的冷鏡作為冷凝表面，冷卻系統(tǒng)連接到聚光鏡反射的光電池[7-8]，與測試樣品平衡的氣流被引導(dǎo)到鏡面并冷卻至冷凝，冷凝開始的溫度即為露點(diǎn)溫度，由此得出樣品水分活度，多用儀器測定?，F(xiàn)行的食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.238-2016中采用兩種方式，一第法采用康衛(wèi)氏皿擴(kuò)散法，在密封、恒溫的康衛(wèi)氏皿中，試樣中的自由水與水分活度較高和較低的標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液相互擴(kuò)散，達(dá)到平衡后，根據(jù)試樣質(zhì)量的變化量，求得樣品的水分活度。第二法與接軌，采用露點(diǎn)/冷鏡測定法，也就是儀器測定法。
2、水分活度與微生物生長之間的關(guān)系
微生物的生長與水分活度密切相關(guān)，每種微生物的生長都有其所需的低水分活度。水分活度介于0～1.0，數(shù)值越小，產(chǎn)品中的自由水越少，能夠參與到微生物生長的水就越少，數(shù)值越接近于1.0，說明能夠參與到微生物生長的自由水含量越高[9-12]。有研究表明：大多數(shù)細(xì)菌在水分活度0.90以上增殖，金黃色葡萄球菌略低為0.86；大多數(shù)的霉菌和酵母在水分活度0.77以上增殖，水分活度在0.61以下，微生物將不能生長繁殖，見表1。微生物的生長繁殖發(fā)生在一定的水分活度范圍內(nèi)，低于其所需的水分活度，微生物將不能生長，不同微生物生長所需的水分活度不同。因此，利用水分活度控制微生物生長繁殖可以應(yīng)用到化妝品行業(yè)中。
3、水分活度在化妝品微生物污染控制中的應(yīng)用
化妝品所包含的成分多樣，因?yàn)楣πУ木壒?，大多?shù)含有各種中草藥提取成分以及添加的動(dòng)物組織提取物及各類精華，富含大量的蛋白質(zhì)和維生素等，非常適合微生物的生長繁殖，而歷年來，化妝品質(zhì)量不合格原因有很大一部分就在于微生物超標(biāo)。因此，微生物檢測已經(jīng)成為了化妝品質(zhì)量檢查的重要一環(huán)?！痘瘖y品安全技術(shù)規(guī)范》（2015年版）明確規(guī)定了化妝品中微生物指標(biāo)限值，見表2。
表2化妝品中微生物指標(biāo)限值
3.1、降低微生物污染風(fēng)險(xiǎn)
通過測定和控制化妝品中水分活度的方式來降低微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)具有一定可行性。不同種類的微生物都有合適其生長繁殖的水分活度范圍，可以通過測定化妝品各類劑型的水分活度來制定全面的微生物控制方案。在水分活度低的化妝品制劑中，可以減少生產(chǎn)過程中的微生物檢驗(yàn)次數(shù)，比如潤唇膏的水分活度在0.36左右，在這個(gè)水分活度中，進(jìn)行每批微生物檢查的意義不大，提示在生產(chǎn)過程中可以減少對微生物控制的檢測次數(shù)。對于水分含量較高的化妝品制劑，比如化妝水、潤膚乳、洗面奶等，可以通過控制水分活度的方式，降低其中可以參與到微生物生長的游離水含量，增加化妝品的穩(wěn)定性。化妝品中控制水分活度可以從兩個(gè)方面著手：（1）改變劑型。除了將劑型制備成含水量低的粉劑或膏霜，大部分含水量多的制劑還可以通過乳化劑作為載體，制備成油包水型乳劑。油包水型乳劑，因其外相為油，有效阻隔了水的逃逸，降低水分活度，或者其他能有效控制低水分活度的新型劑型。（2）添加抑制水分活度的成分。在化妝品中添加已知的能控制水分活度的成分，比如丙二醇、二丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、甘油、雙甘油、山梨（糖）醇等。主要原理是水分活度抑制劑成分中羥基的氫鍵作用將化妝品中的自由水變成結(jié)合水，從而降低水分活度，將水分活度控制在一定范圍內(nèi)[13]。
3.2、減少防腐劑使用
防腐劑是以抑制微生物在化妝品中的生長為目的而在化妝品中加入的物質(zhì)，在一定濃度下能抑制細(xì)菌、真菌等微生物的生長。《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》（2015年版）中列出的準(zhǔn)用防腐劑有51類，化妝品中常用的幾種防腐劑：甲基氯異噻唑啉酮、甲基異噻唑啉酮混合物、4-羥基苯甲酸及其鹽類和酯類和三氯生等均為化學(xué)制劑，對人體皮膚有刺激性，容易引起過敏。也有數(shù)據(jù)表明防腐劑有可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性。雖然技術(shù)規(guī)范規(guī)定了化妝品使用時(shí)的大允許*，但是每日使用的化妝品種類較多，防腐劑總暴露量增加，就有可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)疊加。水分活度低的化妝品制劑，本身就具有抵制微生物生長的性能，在添加防腐劑時(shí)也可以考慮少添加或者不添加[14-17]。因此，通過控制化妝品中的水分活度來調(diào)整產(chǎn)品的配方及其工藝，減少防腐劑的用量，對提高整個(gè)防腐體系的抗微生物能力有很大幫助。
4、結(jié)語
各種微生物生長都有低水分活度的要求，結(jié)合水分活度可以對化妝品微生物污染進(jìn)行控制，在減少化妝品中防腐劑應(yīng)用方面有重要意義。但是，化妝品的使用性質(zhì)導(dǎo)致單劑量包裝的產(chǎn)品較少，多劑量制劑在開封后到使用結(jié)束的過程中存在著二次污染的可能。在化妝品的生產(chǎn)過程中，原料、操作人員、生產(chǎn)環(huán)境、儀器設(shè)備等都不可避免的會(huì)帶入微生物，控制水分活度可一定程度上減少其中的微生物生長繁殖，但是并不代表就沒有微生物存在。化妝品開封后，在適宜的溫、濕度下，接觸到外來的微生物以及本來存在的休眠微生物，很容易就帶來嚴(yán)重的二次污染。因此，在結(jié)合水分活度控制微生物污染的基礎(chǔ)上，研究化妝品的配方組成、包裝材料等對化妝品的質(zhì)量安全有很大幫助。
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