对于化妆品中所使用的防腐剂,一般是指《化妆品安全技术规范》(2015年版)原表4共收载准用防腐剂51种,国家药监局在2020年第141号公告批准月桂酰精氨酸乙酯HCl作为化妆品准用防腐剂,2021年74号公告又将苄氯酚、甲醛和多聚甲醛调整为禁用原料。这些也被认为是“传统防腐剂”。
而目前也有许多具有抑制微生物生长的物质不被包括在内,已被大量应用于市售产品中。相应的产品则也贴上了【无防腐剂】的标签。
这些具备防腐功能却未被明文归类为防腐剂的物质,被称作【表外防腐剂】,也称【非传统防腐剂】。这类表外防腐剂普遍被视为更加安全、温和,并可能附带其他效果,例如保湿等。
基于此植物防腐剂也成为了防腐剂研究领域的新宠。其具备的绿色、安全等特质,使其成为化学防腐剂的理想替代选项。
植物提取物的抗细菌作用机理
抑制细菌蛋白质生物合成:
许多植物提取物特异性地针对蛋白质合成的延伸阶段抑制细菌细胞的蛋白质合成。
有实验用荷叶精油处理常见的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌后,可溶性蛋白质随着作用时间的增加,含量先减少后增加,当精油活性减弱时,可溶性蛋白含量趋于稳定,说明精油抑制了细菌蛋白质合成。
抑制细菌核酸合成:
植物提取物抑制细菌DNA合成可分为3种情况,即提取物与DNA结合为复合物、破坏DNA双链结构和损伤菌体DNA。
有研究发现,金黄色葡萄球菌DNA浓度会随着落叶松树皮原花青素(LBPC)提取物荧光光谱峰蓝移值变化而发生改变,菌体DNA存在时,LBPC提取物最大荧光发射峰被猝灭,浓度增加,猝灭程度随之增加,说明菌体DNA与LBPC提取物可能形成复合物。
抑制细菌代谢途径:
植物提取物中的某些成分,如黄酮类化合物,可以通过抑制细菌呼吸链中的关键酶。
如琥珀酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶,来干扰细菌的能量代谢。这导致细菌ATP合成受阻,进而影响其生长和繁殖。有研究发现,金黄色葡萄球菌的ATP活性随槲皮素浓度的增加而增加,植物提取物中的槲皮素通过影响能量代谢进而抑制细菌生长。
抑制细菌细胞壁生物合成:
细菌细胞壁不同于真核生物的细胞壁,具有独特的肽聚糖结构。植物提取物主要通过抑制肽聚糖合酶的活性抑制细菌细胞壁生物合成,从而抑制细菌生长。
破坏细菌细胞膜结构:
植物提取物可以通过让细菌细胞膜和线粒体上的磷脂结构分开,破坏细胞结构,增强细胞膜通透性,从而导致细胞内离子和其它物质的泄露,从而导致细菌细胞死亡。
具有抗细菌活性的植物提取物
植物防腐剂的来源极其广泛,根据来源可分为中草药来源防腐剂、香辛料来源防腐剂、精油防腐剂、其他植物来源防腐剂以及天然等同物等。
根据活性成分又可分为:酚类、萜类、生物碱、黄酮、苯丙素类、醌类和精油等。其中,植物酚类成分占比最高。
生物碱:指的是存在于生物体内的碱性含氮杂环的化合物,有光学活性。目前已发现生物碱约6000种,并且发现量仍在快速增加。
比如,从花椒属植物的树皮中提取分离出的新生物碱,对芽枝霉有较强的抑制作用;玫瑰树碱对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、猪丹毒杆菌/链球菌的抑菌性能优异;鸡血藤中的鸡血藤素A和B,对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有抗菌活性。
酚类:植物酚类不仅具有很好的抗细菌活性,也具有抗真菌、抗氧化和美白等功效。含有酚类的植物有茶树、厚朴、葡萄、紫金牛、丁香、苹果及大麦等。
如茶多酚具有广谱的抗细菌活性,对革兰氏阴性菌如大肠杆菌和铜绿假单胞菌等,革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌等均有很好的抗菌作用。丁香中的丁香酚对黄曲霉、产黄青霉、黏红酵母、大肠杆菌都有较强抑制效果。
萜类:即异戊二烯类化合物。Yoshinori 等地蒿中含有的萜类化合物能够抑制细菌的繁殖,从而起到保护苔藓植物不会受到细菌的侵害。
李兆亭等证实胡椒油中的萜类化合物对李斯特氏菌具有良好的抑制效果。菊科蒿属植物的地上部分提取出单萜、倍半萜类化合物,对曲霉、地霉均有较强的抑制作用。
黄酮类:黄酮类化合物是一种含有C6-C3-C6结构的三环天然有机物,是一种很强的抗氧化剂,同时兼具很强的抗菌能力。
槲皮素及其衍生物对一些细菌具有显著的抗菌活性。武彦辉等从树莓干果中分离纯化出树莓黄酮,杀菌活性评价表明树莓黄酮对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、棉花枯萎菌、小麦赤霉菌均有一定的抑制作用。
苯丙素类:植物中的许多苯丙素类化合物也有较强的抗细菌、抗真菌和抗氧化等生物活性。金银花中的绿原酸对多种细菌有很好的抗菌活性。木脂素类化合物的抗菌作用也与抑制细菌细胞膜的质子泵和ABC转运蛋白的活性有关。
醌类:醌类化合物是指化合物分子中含有两个双键的六元环状二酮结构的一类化合物。蒽醌类大黄素和芦荟大黄素主要分布在豆科植物如番泻叶、蓼科植物如大黄和独尾草科植物如芦荟中。大黄素和芦荟大黄素对许多细菌都有较强的抗菌活性。
精油:精油主要由疏水性的单帖和倍半萜组成。王美霞等实验表明,添加鬼针草挥发油的洗手液可以杀灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。潘百明等研究表明制备的挥发油可有效阻止金黄/白色葡萄球菌及大肠杆菌等致病菌的生长繁殖。
结语:随着消费者越来越重视天然理念,天然防腐剂尤其是植物源防腐剂也将会有更广阔的应用,天然植物源防腐剂除了具有安全性高、温和无刺激等优点,还兼具抗氧化、保湿、美白等护肤功效。
但目前植物源防腐剂仍然不能完全代替传统防腐剂的使用,主要因为植物源防腐剂的防腐效果与传统防腐剂相比,存在产量有限,单一的植物防腐体系有抑菌效果较差、价格比合成贵等问题。
未来,植物防腐剂还有很长的路要走。
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