质构仪在化妆品配方研发中的应用

在本专栏系列的第 11 集，我们曾经讨论过——化妆品不仅可以促进肌肤健康，而且还可以通过舒适的肤感的生理体验，来满足人们对于愉悦、安心、美好的情感需求。

然而在化妆品的肤感研究方向上，我们目前化妆品行业的评价手段，主要还是停留在感官评估的心理测量学的研究的水平上。

感官评价是一种科学客观可量化的检测手段，通过视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉所引起的反应，用于唤起、测量、分析、解释产品。这种方法主要利用人的感觉器官——例如眼睛、鼻子、嘴巴、手和耳朵——来评估产品的感官特性。

近年来，已经有不少将感官评价技术已经应用于化妆品肤感的测量的实践，但是以感觉作为测量参数的个体感官响应的差异性是无法避免的，检测结果存在一定的主观性，这是一种并不精确的半量化测评方法。

随着国外材料力学精密测量技术的发展，已经可以通过质构仪对化妆品进行客观的、精密量化的物性测试，实现对化妆品的客观评价^[1]。测定的物理性状，能较好地反映化妆品的品质特性。

通过质构仪测定，与流变学及感官评价相互关联，可以构建更完善更精确的化妆品肤感评价体系，为化妆品配方研发和肤感优化提供更精密的测量手段。

Part 1

质构仪的精密测量原理

质构仪的基本结构，一般是由一个能对样品产生变形作用的机械装置，一个用于盛装样品的容器，以及一个对力、时间和变形率进行记录的系统组成^[2]。

通过测试距离（distance）、时间（time）、作用力（force）等因素，反映与力学特性有关的化妆品质地特性，其结果具有较高的灵敏性与客观性，并可通过配备的专用软件对结果进行准确的数量化处理，以量化的指标来客观全面地评价样品，从而避免了人为因素对样品品质评价结果的主观影响^[3]。

由于质构仪可以装配多种传感器，因此，质构仪可以检测化妆品多个机械性能参数和感官评价参数，包括拉伸、压缩、剪切等作用方式，可以根据样品的不同特性选择合适的测试方式。

Part 2

在不同类型化妆品中的检测应用

质构仪可以检测化妆品的硬度、粘度以及弹性等从而建立和肤感相关联的综合评价方式。

通过质构仪探索质构特性，与感官分析对比，建立测试参数与感官评价直接的相关性。

周兆芳^[4]等通过对四种常见的阴离子乳化剂制备出不同乳化体系的膏霜进行研究，并对 7 种该实验样品进行感官评价及质构仪参数分析评估，表明质构仪测试参数硬度、峰值压力、粘力及粘性与涂抹性及水润感呈现出强相关性，其相关系数范围为 -0.892~-0.974；而硬度、峰值压力、粘力、 粘性与挑起性具有相关性，其相关系数范围为 -0.783~-0.865。

张婉^[5]等人对 8 款质地差异较大的膏霜产品进行感官评价测试以及质构仪和流变仪客观仪器测试，将主观评测结果和客观仪器评测结果进行相关性分析，发现质构仪测试参数峰值压力与 8 款膏霜感官评估过程中产品部分肤感如挑起性、膏体厚薄程度、涂抹 5 圈、涂抹时的厚薄、涂抹 30 圈均有较强的相关性，相关系数值为 0.860～0.942；硬度与挑起性、膏体厚薄程度、涂抹性 30 圈显著相关，与涂抹性 5 圈及涂抹时的厚薄程度具有较显著相关，相关系数值范围为 0.690～0.847，证明了质构仪与感官评价的关联性。

Calixt ^[6] 等利用流变仪和质构仪研究了蜡类和聚合物原料对膏霜性质的影响。结果表明，流变仪和质构仪参数确实与肤感结果相关，特别是质构仪参数，表现出极佳的正相关性，这为简化配方研发的难度、缩短开发时间奠定了基础。

图 1. 浙江雅颜生物科技有限公司的质构仪分析实验室

浙江雅颜生物科技有限公司科研创新中心通过独立研发膏霜硬度、持粘性、顺滑度等难以精准测量的感官指标的质构仪精密测量方法，构建了硅胶仿生皮肤模型、高密度聚酯仿生手指模型、质构仪运动参数精密优化模拟用户涂抹手法三位一体的膏霜肤感的仿生精密测量表征方法；并将上述独立研发的质构仪仿生感官指标精密测量新方法，有效应用于东边野兽灵芝多肽精华霜（面霜 & 眼霜，与上海万相合一化妆品有限公司共同研制）、玲珑时光初见面霜（丰盈版 & 轻盈版，与上海玲珑之美化妆品有限公司共同研制）的奢华肤感的配方体系构建与配方筛选优化过程中；基于质构仪的感官指标精密测量与配方优化后的独特肤感以上四款高端膏霜上市后，均获得了较好的用户反馈和市场反响。

Milica Lukic ^[7] 等对四种油包水乳液进行质构测试，测试参数为硬度、内聚性（内聚性是一个系统在破裂之前可以变形的程度）、稠度和粘度。结果表明，质构分析的结果与流变学结果具有对应性。质构和流变之间的相似性提供了一个简化思路，即质构可以作为一些流变测量的替代品的可能性。

Aghazarian ^[8] 等通过对硬度、内聚性、粘性和弹性等质构参数进行测试，探究了表活对油包水体系的影响，通过响应面分析研究了油浓度和 HLB 值对配方体系的影响，发现表面活性剂比例对质地（硬度、内聚性和弹性）影响不大，但是粘度和液滴尺寸主要取决于该参数。通过对表活和质构参数的关联性分析，可以对配方的设计改进提供指导性的建议。

Laura Gilbert ^[9] 等通过对 8 种以聚合物组分为变量的水包油型乳液进行感官评价，利用质构仪对其渗透性、压缩性、挤出性、拉伸性和铺展性进行表征。结果显示，通过用质构分析仪与真实样品的质地特性建立了良好的关联，比如利用质构进行压缩/拉伸试验得到了粘性参数，通过建立相关分析模型预测了长丝断裂长度。测试得到的质构参数对样品制备具有指导性意义。

Julia Hurler ^[10] 等利用质构仪来快速可靠地对水凝胶的质地特性（内聚性、粘附性和硬度）进行表征，目的在于通过针对每种水凝胶类型（即 Carbopol、壳聚糖和泊洛沙姆水凝胶）进行测试进而评价聚合物浓度、pH 值和加入的添加剂如甘油、药物溶液或脂质体对样品质地性质的影响，从而对化妆品配方开发进行指导。

Giovanni Tafuro ^[11] 通过用质构仪进行的浸泡/脱浸试验测量探究了几种多糖凝胶的性能，发现小核菌胶和 iota-卡拉胶具有高粘度和弹性；角豆胶和果胶主要影响粘弹性能，并影响产品粘性和凝聚力。这些天然聚合物以适当的比例组合可以提供广泛的不同质地配方，为化妆品生产应用提供了思路，同时质构仪与流变仪的联用作为筛选原料的工具有效提高了效率。

林梦雅^[12]等对 5 款增稠剂含量不同的 Q 弹粉底霜进行了质构测试分析，并对其肤感进行了测试。

质构仪结果表明，随着增稠剂含量的增加，产品的硬度不断增大，而弹性、黏性、内聚性等特征呈现先增大后减小的趋势。感官测试结果表明，产品涂抹时肤感的柔软性与质构硬度以及内聚性有较强的相关性，相关系数分别为 0.909 和 0.745。膏霜的涂抹性与质构硬度具有显著负相关性，相关系数为 –0.512。感官弹性参数与质构参数具有较强的相关性，其相关系数为 0.774。

这项研究表明，用质构仪等仪器分析取代人体感官测试是很有意义的可行性尝试。

王润^[13]等研究了乳化剂质量分数影响蜂蜡油凝胶唇膏理化性质的规律，选择玉米油为溶剂，蜂蜡为凝胶剂，不同质量分数单硬脂酸甘油酯（GMS）作乳化剂，β-胡萝卜素为代表性功能因子，制备负载天然色素的油凝胶，并探究油凝胶的晶体形态、流变学、质构、热力学特性与色素的包埋率及稳定性的关系，分析其作为唇膏的应用性能。

图 2. 基于油凝胶的天然赋色唇膏的制备及性能研究

质构结果显示，随着 GMS 质量分数增加，油凝胶硬度逐渐变大，GMS 质量分数能够影响油凝胶的机械性质；不含 GMS 的油凝胶质地较软，凝胶网络结构较弱。随着 GMS 质量分数的提高，油凝胶表现出更坚硬的质地及更光滑的表面。硬度对于凝胶类样品可称之为韧性，韧性越强唇膏越不易折断，可以承受的冲击力较大，易于保存。通过质构分析对唇膏的硬度影响进行了探究，对天然唇膏产品的开发具有指导意义。

Part 3

展望

质构作为目前新兴的化妆品检测方式，通过建立质构参数和人体肤感之间的关系，可以为配方的肤感指标筛选和优化提供更加快速可靠的途径。

质构与感官以及流变联用可以完善化妆品的评价体系，使得化妆品的评测不再片面、主观，而是具有更丰富、多维的精密测量的客观评价系统。

当然，目前质构参数与感官评价、流变特性的完整评价体系建立还不够完整，因此仍需要进一步建立具有强相关性的内在理论关联和数学模型优化。

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