具有保持、延緩或阻止水分揮發(fā)作用,尤其在低濕度下更能顯出這種特性的化合物,稱為保濕添加劑,簡稱保濕劑,又可稱保濕劑為濕潤劑或柔軟劑。保持皮膚的嬌嫩、潤滑與保持皮膚中的“水分”有著重要的關(guān)系,而保濕劑一方面可延續(xù)護(hù)膚制品中水分蒸發(fā)以防止出現(xiàn)干裂的現(xiàn)象,另一方面還可以阻止皮膚在低濕度下因風(fēng)吹而產(chǎn)生干燥、龜裂,以達(dá)到柔軟、光潤皮膚等目的。故保濕劑是化妝品尤其是護(hù)膚類化妝品中的一類重要原科。此外,保濕劑在化妝品中有時還可起到抑菌和留香的效能,化妝品中保濕劑的用量一般為4%~8%,最好不要超過10%。
1.1 皮膚干燥的現(xiàn)象
保濕是護(hù)膚產(chǎn)品最基礎(chǔ)的功能。過去人們錯誤地認(rèn)為皮膚干燥是由于皮膚表面缺乏脂類物質(zhì),但經(jīng)過大量實驗證明,在干燥皮膚表面涂抹油脂,并不能使其柔軟,這是由于皮膚干燥的真正原因是角質(zhì)層中水分不足,僅僅在干燥脆性的皮膚表面涂覆一層類脂物質(zhì)無法達(dá)到表皮軟化的目的。但即使沒類脂物存在,只要皮膚重新進(jìn)行水合作用,就會變的柔軟并富有彈性。因此認(rèn)為,皮膚角質(zhì)層中水分含量是維持皮膚柔軟性和彈性的最關(guān)鍵因素。
事實證明,水分充足的皮膚是光滑、柔軟和有彈性的。當(dāng)皮膚缺乏水分時,尤其是皮膚角質(zhì)層水分含量低于10%時(皮膚正常水分含量為10%~20%),皮膚會感覺緊繃、粗糙、瘙癢,出現(xiàn)易受刺激、容易過敏的現(xiàn)象,皮膚外觀也表現(xiàn)出暗淡無光、蒼老、憔悴、倦怠、呈鱗狀(表皮脫落、剝離紊亂)、皺紋多等。因此,為了避免由于缺水造成的皮膚問題,在護(hù)膚類化妝品中保濕劑是最為常規(guī)的功能性添加劑。
1.2 皮膚干燥的原因
引起皮膚干燥的外因是氣候寒冷、相對濕度低等,當(dāng)表皮水的蒸氣壓比周圍環(huán)境高時,水分會由皮膚表面蒸發(fā)散失,因此在低濕度條件下,通常會由于皮膚下層水合作用不足和空氣流動等原因,引起表皮過度失水,造成皮膚干燥的癥狀。
皮膚干燥的內(nèi)在原因則有角質(zhì)層缺陷或外角質(zhì)層脫脂、脫水等。從生理角度來講,干燥皮膚中角質(zhì)層細(xì)胞間的黏質(zhì)存有缺陷,此外皮膚所含脂質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化。皮膚中脂質(zhì)形成的屏障可限制水分從皮膚向空氣的擴(kuò)散。脂質(zhì)屏障與角蛋白相連,角蛋白使水與皮膚結(jié)合,防止水分的散失。脂質(zhì)的屏障作用是物理作用,主要取決于滲透壓和擴(kuò)散作用,即濕度、角質(zhì)層的厚度及其完整性。若皮膚脂質(zhì)屏障受損,透過皮膚的水分散失速度增快,將加速皮膚的水分流失。
正常皮膚的表皮從基底層到角質(zhì)層,各層之間水含量呈減少的趨向,并存在著水的濃度差。當(dāng)最外層角質(zhì)層水分蒸發(fā)后,內(nèi)層的水分就會向外擴(kuò)散,補償角質(zhì)層水分的損失,這種模式的水分散失稱為角質(zhì)層表皮水分的散失(TEWL)。正常健康人皮膚角質(zhì)層約含5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的牢固結(jié)合的水。疏松結(jié)合的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為40%左右,稱為次級結(jié)合水,這部分的水分含量與角質(zhì)層中天然保濕因子(NaturalMoisturizingFactor,NMF)和相關(guān)物質(zhì)的存在有關(guān),并隨環(huán)境的變化,在角質(zhì)層中快速地發(fā)生水合和脫水作用。還有超過40%以上的游離水分,這部分的水分含量變化很大。因此保濕護(hù)膚品的關(guān)鍵作用是限制游離水分流失的同時,進(jìn)一步維持疏松結(jié)合的水分。
1.3 保濕護(hù)膚類化妝品的作用機(jī)理
保濕護(hù)膚化妝品的作用機(jī)理分為2種:①護(hù)膚品在皮膚表面形成一層封閉性的油膜保護(hù)層,減少或阻止水分從皮膚表面蒸發(fā),使皮膚下層擴(kuò)散至角質(zhì)層的水分在角質(zhì)層停留,并與其水合;②通過護(hù)膚品中含有的保濕活性物質(zhì)——保濕劑與空氣中水分的結(jié)合,吸收外界水分使皮膚保持潤濕。通常,護(hù)膚品中常用的非極性油脂類物質(zhì),不能直接軟化皮膚和補充水分,其保水作用主要是通過在皮膚表面形成封閉性油膜,間接地使角質(zhì)層軟化,從而保持皮膚柔潤,因此并不能從根本上解決水分流失的問題,常作為護(hù)膚品的基質(zhì)來使用。而保濕劑通常是一些具有吸水性的物質(zhì),該類物質(zhì)將吸收的水分通過角質(zhì)層,形成由上而下的水分的濃度梯度,從而實現(xiàn)補充表面水分,降低水分流失。研究顯示,皮膚保濕性、皮膚的含水量、表皮保持水分的能力與皮膚保濕劑的使用有直接的相關(guān)性。
1.4 天然保濕因子(NMF)
1976年,Jacobi發(fā)現(xiàn)在皮膚角質(zhì)層中有許多吸附性的水溶性物質(zhì)參與了角質(zhì)層中水分的保持,并將這類物質(zhì)命名為天然保濕因子(NMF),見表1。NMF形成于表皮細(xì)胞的角化過程,具有穩(wěn)定皮膚角質(zhì)層水分含量的作用,并還可具備從空氣中吸附水分的能力。
NMF中的氨基酸、吡咯烷酮酸、乳酸、尿酸及其鹽類等物質(zhì)多為親水性物質(zhì)。這些物質(zhì)都具有極性基團(tuán),易與水分子以化學(xué)鍵、氫鍵、范德華力等形式形成分子間締合,使得水分揮發(fā)能力下降,從而起到皮膚保濕的作用。另外,這些親水性物質(zhì)能鑲嵌于細(xì)胞脂質(zhì)和皮脂等結(jié)構(gòu)中,或被脂質(zhì)形成的雙分子層包圍,起到防止親水性物質(zhì)流失和控制水分揮發(fā)的作用。
NMF的這些成分一般存在于角質(zhì)細(xì)胞中,如果皮膚角質(zhì)層的完整性受到破壞,NMF將會受到損失,皮膚的保濕作用下降。皮膚角質(zhì)層中的NMF是皮膚保濕的重要內(nèi)部因素。
常用保濕劑可分成3個類型——小分子保濕劑、高分子保濕劑、新型高效保濕劑。
小分子保濕劑的分子量小,滲透性強(qiáng),容易進(jìn)入角質(zhì)細(xì)胞間隙,若結(jié)構(gòu)中含有羥基且添加濃度較高時,會有一點刺激性,通過吸收環(huán)境中的水分來起到保濕作用,如果所處環(huán)境相對濕度很低,會從皮膚中吸收水分。常用的小分子保濕劑主要有:多元醇類保濕劑、乳酸和乳酸鈉保濕劑、氨基酸類保濕劑、維生素類保濕劑等。一般,此類保濕劑都能溶于水,在常規(guī)護(hù)膚產(chǎn)品中非常易于使用,且相對來說成本較為低廉,所以此類型的保濕劑在化妝品護(hù)膚產(chǎn)品中應(yīng)用非常廣泛。在乳化制品和各種液體制品中都能使用,常用作濕潤劑,保濕劑和柔軟劑等,也可用作防凍劑、溶劑。
高分子保濕劑的分子量較大,滲透性低,不容易進(jìn)入角質(zhì)細(xì)胞間隙,但其吸水量可達(dá)自身重量的數(shù)十倍,即使處于干燥環(huán)境,也基本不會從皮膚吸水,具有非常好的成膜作用。常用的高分子保濕劑有:透明質(zhì)酸(HA)、多糖類保濕劑、多肽類保濕劑、聚乙二醇等。多數(shù)高分子保濕劑可溶于水,不易溶于有機(jī)溶劑,在水溶液中其分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生舒展而膨脹,故在低濃度的情況下一般具有較高的黏度。在水、乳、霜、精華液、原液等常規(guī)化妝品和護(hù)膚產(chǎn)品中較易于使用,在較低添加量的情況下就可以達(dá)到改善膚感和保濕的作用,其配方成本相對而言也不算非常昂貴,所以常規(guī)護(hù)膚產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。
新型高效保濕劑的特點是通過調(diào)節(jié)角細(xì)胞的吸水性能及細(xì)胞間的脂質(zhì)屏障結(jié)構(gòu)來維持角質(zhì)層的含水量,這種調(diào)節(jié)功能需要生物反應(yīng)的參與。目前,使用較廣泛的新型高效保濕劑主要有神經(jīng)酰胺、膠原蛋白等,這些保濕劑對皮膚的效果非常好,可增加皮膚的內(nèi)在保濕力和柔韌性,增強(qiáng)皮膚的抵抗力,并且對特異性皮炎有非常好的改善作用,且有明顯的敏感肌修復(fù)功效。
多元醇類保濕劑是一類低揮發(fā)性,高沸點且具有強(qiáng)吸濕性的保濕劑,是不可缺少的保濕劑原料,因其為大量工業(yè)化制造產(chǎn)品,價格低廉,安全性高,在化妝品中廣泛使用。該類保濕劑保濕效果較容易受環(huán)境的濕度影響,環(huán)境的相對濕度過低時,保留水分子的效果會下降,不能高效和長效保濕。常見的多元醇類保濕劑主要有甘油(丙三醇)、丙二醇、丁二醇、聚乙二醇、木糖醇、聚丙二醇、山梨糖醇等。配方示例見表2。
制備工藝:①將A組分物料混合,升溫至85℃,攪拌溶解,備用;②將B組分物料依次加入油相鍋,加熱至85℃,攪拌溶解,備用;③將A、B組分投入乳化鍋中,1500r/min攪拌5min;④將C組分加入體系中,攪拌均勻,均質(zhì)5min;⑤升溫至80℃,在800r/min轉(zhuǎn)速下恒溫乳化30min,150r/min攪拌冷卻至50℃;⑥將D組分加入體系中,150r/min勻速攪拌15min,冷卻至室溫,檢驗,出料,即得山茶籽油護(hù)膚乳。
乳酸是自然界中廣泛存在的有機(jī)酸,是厭氧生物新陳代謝過程的最終產(chǎn)物,安全無毒。乳酸及其乳酸鹽是NMF中的主要組成,占其含量的12%。乳酸對蛋白質(zhì)有明顯的增塑和柔潤作用,可使皮膚柔軟、溶脹、富有彈性,是護(hù)膚類化妝品中很好的酸化劑,可促進(jìn)水分吸收。乳酸鈉是乳酸的鈉鹽,乳酸鈉的平衡相對濕度比同等濃度的甘油低,說明其保濕性比甘油強(qiáng)。乳酸-乳酸鈉緩沖溶液,在pH4.0~4.5,可達(dá)到乳酸分子和電離乳酸根的平衡,即達(dá)到最合適的吸附和潤濕的平衡,構(gòu)成具有親和作用的皮膚柔潤保濕劑。此外,乳酸和乳酸鈉具有透氣性好,保濕保潤效果好,延展性和鋪展性能好等優(yōu)點,因此被廣泛用于護(hù)膚膏霜、乳液等產(chǎn)品。配方示例見表3。
制備工藝:①將A組分物料,在50℃下攪拌混合10min;②將B組分物料,在70℃下攪拌混合20min;③將A組分和B組分均加入至乳化鍋中,在75℃下均質(zhì)處理8min;④乳化鍋降溫至35℃,加入C組分物料,均質(zhì)處理6min,出料,即得緊致抗皺的化妝水。