|
♦ термостабильность;
♦ биоразлагаемость и экологическая безопасность,
♦ удобство применения;
♦ привлекательность с экономической точки зрения.
К сожалению, вещество, отвечающее всем этим требованиям — идеальный консервант. — не найдено, и вряд ли когда либо будет найдено. Однако перечень разрешенных консервантов достаточно широк и позволяет специалистам-разработчикам сделать правильный выбор консерванта для каждой конкретной рецептуры косметического изделия.
Общей классификации консервантов в настоящее время не существует. В соответствии с химическим строением консерванты можно классифицировать как спирты, альдегиды, кетоны, кислоты и их соли, сложные эфиры, четвертичные аммониевые основания, производные мочевины, галогенпроизводные и т. д. Однако дело осложняется тем, что в молекуле консерванта может присутствовать несколько функциональных групп, характерных для разных классов химических соединений. Например, бронопол можно отнести к двухатомным спиртам, нитросоединениям и к гало- генпроизводным одновременно. Триклозан является галогенпро- изводным ароматических соединений и простым эфиром. Парабе- ны — это сложные эфиры, но они содержат спиртовую группу ОН. Поэтому следует признать, что классификация консервантов по химическому строению весьма условна.
Эффективность действия каждого конкретного консерванта неодинакова в отношении разных типов микроорганизмов. На практике известно, что консервант не может быть одинаково эффективен против бактерий, дрожжей, плесневых грибов. Изучая значения МИК (минимальных ингибирующих концентраций) консервантов по отношению к разным микроорганизмам, консерванты можно разделить на:
♦ фунгициды (эффективны против грибов);
♦ бактерициды (эффективны против бактерий).
Так, например, все формальдегидвыделяюшие консерванты относятся к бактерицидам, так как значения их МИК по отношению к бактериям в среднем в 5—12 раз меньше, чем к плесневым грибам и дрожжам. Некоторые консерванты (бензойная кислота, сорбиновая кислота и их соли) малоэффективны против многих бактерий, особенно в нейтральной области pH. В литературе имеется большое количество данных об эффективности консервантов по отношению к разным микроорганизмам. Таблица 15 иллюстрирует сказанное.
Химические вещества, токсичные для микроорганизмов, теоретически могут приводить к возникновению у людей аллергии. Все без исключения консерванты, используемые в косметических продуктах, считаются потенциальными аллергенами, и в некоторых случаях могуг служить причиной аллергического контактного дерматита. У незначительного числа потребителей косметики может возникнуть аллергическая раекция на консерванты, также как она существует на отдушки, пыльцу, морские продукты, грибы, орехи, мед и т. д Однако такие случаи все же редки. К тому же, согласно мнению дерматологов, опасность кожных инфекций, вы- танных патогенными бактериями, которые развиваются в плохо защищенных консервантами изделиях, может нанести здоровью больший вред, чем возможная аллергическая реакция на малые количества консерванта в этом изделии.
Таблица 15 Спектр антимикробной активности некоторых консервантов
|
+/- низкая эффективность; + средняя эффективность; ++ высокая эффективность
Число веществ, способных подавлять рост микроорганизмов, не слишком велико; их около 200. Консервантами могут быть низкомолекулярные соединения: спирты, простые и сложные эфиры, эфирные масла, фенольные соединения, в том числе производные гидроксибензойной кислоты, кумарины, флавоноиды. Среди них особое положение занимают натуральные консерванты, которые выделяют тем или иным методом из природного растительного сырья. Известно антибактериальное действие цитраля и камфоры, которые содержатся во многих эфирных маслах. Антисептические свойства камфоры, известные более 3000 лет, сделали ее незаменимым лекарством. Эвгенол — компонент эфирных масел гвоздики, базилика, эвкалипта — также обладает сильным бактерицид
ным действием. Эфирное масло чайного дерева — мощный природный консервант. Его свойства были подробно рассмотрены в разделе 4.6. Перспективны в качестве натуральных консервантов экстракт грейпфрута и экстракт центеллы (субтропического растения Centellci asiatica), издавна известного в восточной медицине.
Далее кратко рассмотрены некоторые консерванты, широко применяемые в современных косметических средствах. Дополнительную информацию можно найти в специальной литературе.
Консерванты, относящиеся к классу спиртов
Бронопол C^HgBrNOj — химическое название 2-бром-2-нитропро- пан-1,3-диол. Как ясно из химического названия, бронопол можно отнести к классу двухатомных спиртов, поскольку его молекула содержит две ОН-группы, а также к нитросоединениям и к гало- генпроизводным. Поэтому его рассмотрение в данном разделе несколько условно.
Вг
I
СН,—с— сн,
I I I он no2 ОН
Структурная формула бронопола
Белое кристаллическое вещество без запаха, температура плавления 130—132 °С. Растворимо в воде, этиловом, изопропиловом спиртах, пропиленгликоле, ограниченно в глицерине, слабо растворимо в органических средах. Бронопол активен но отношению к грамположительным и грамотрицательным бактериям, однако оказывает слабое действие на дрожжевые культуры В щелочной среде разлагается с выделением формальдегида. В присутствии солей железа или алюминия может окрашивать растворы в желтый цвет.
Применяется как консервант в бесцветных шампунях, кремах, в косметике для губ и для глаз. Неионогенные ПАВ усиливают его активность. Он медленно всасывается через кожу, поэтому сохраняет антимикробное действие длительное время. При концентрациях менее 0,1% бронопол не оказывает раздражающего действия на кожу и слизистую оболочку. Эффективен в смеси с парабенами. Но в рецептурах, содержащих амины и амиды, вызывает образование канцерогенных нитрозоаминов.
\
Феноксиэтанол С8Н|0О2 — бесцветная жидкость, ограниченно растворимая в воде, масле, хорошо растворимая в ацетоне и глицерине. Относительная плотность составляет 1,109, температура кипения равна 245 °С Феноксиэтанол эффективен против грамотри- цательных бактерий, но мало эффективен против грибов и грампо- ложительных бактерий Оптимальный диапазон pH достаточно широк от 4 до 10. Инактивируется под действием неионогенных, особенно этоксилированных ПАВ
Структурная формула феноксиэтанола |
Феноксиэтанол часто является компонентом парфюмерных отдушек, используется в фармацевтической промышленности и как репеллент. Проявляет синергизм действия вместе с парабена- ми, четвертичными аммониевыми соединениями, сорбиновой и дегидрацетовой кислотами Максимально допустимая концентрация составляет 1%.
Метил-, этил-, пропил-, бутил- и изобутилпарабены (т е. метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый или изобутиловый эфиры яорд-гидроксибензойной кислоты) тоже содержат в молекулах спиртовую группу ОН и могут быть отнесены к классу спиртов. Однако мы предпочли рассмотреть эти широко применяемые в косметике консерванты в разделе производных карбоновых кислот.
Консерванты, относящиеся к классу кислот и их производных
Сорбиновая кислота (2,4-гександиеновая кислота) С6Н802 — кристаллическое вещество белого цвета, нетоксична. Обнаружена в плодах рябины Подавляет активность грибковых и дрожжевых культур. Активность увеличивается в присутствии полиэтиленгли- коля и при pH менее 5,0.
сн3—сн=сн—сн=сн—с:
хОН
Сорбиновая кислота
В косметических изделиях играет роль увлажняющего компонента. Хороший антисептик и консервант. Применяется в кремах, эмульсиях, зубной пасте, дезодорантах, часто используется в детской косметике. Применяется в смеси с другими консервантами, в количестве до 0,6% (по кислоте).
Бензойная кислота С7Н602 — белое кристаллическое вещество без запаха, устойчива к воздействию тепла и света. Температура плавления 122—124 °С, растворима в воде и в маслах. Соли бензойной кислоты — бензоаты тоже используются как консерванты.
Бензойная кислота |
Предотвращает рост грибков. Активность бензойной кислоты падает в присутствии неионных ПАВ, белков и глицерина. Используется совместно с другими консервантами. Будучи растворима в жирах, она может применяться как консервант жиров, губных помад и т. д. Максимальная концентрация в косметических изделиях составляет 0,5%.
Парабены — парабенами называют метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый или изобутиловый эфиры «о/кз-гидрокси- бензойной кислоты.
В 30-х гг. 20 в. были открыты их бактерицидные свойства. Популярность парабенов со временем не уменьшается, а даже растет. Например, доля метилпарабена среди консервантов, используемых в косметических продуктах в США, составляет 33%, пропил- парабена — около 29%.
Метилпарабен Этилпарабен |
Пропилпарабен Бутилпарабсн |
Структурные формулы парабенов |
Многолетнее использование парабенов основано на совокупности их свойств, которые определяют их первенство на рынке косметических консервантов. Парабены обладают широким спектром антибактериальной и противогрибковой активности Правда, они более эффективно действуют против грамположи- тельных, чем против грамотрицательных бактерий Парабены низко токсичны и безопасны при использовании в рекомендуемых дозах, они эффективны при низких концентрациях и стабильны в водных растворах в широком диапазоне pH.
Растворимость парабенов в воде понижается от метилового (0,25%) к пропиловому (0,04%) и бутиловому эфиру (0,015%). Их натриевые соли хорошо растворимы в воде, даже в холодной, что существенно облегчает технологические процессы при изготовлении, например, зубных паст. Парабены не имеют запаха, сохраняют свою активность в присутствии масел и жиров, они экологически безопасны.
Действие парабенов на микроорганизмы связано, прежде всего, с неспецифической адсорбцией их на клеточных мембранах микроорганизмов, вследствие чего у них изменяются функции мембранных белков и нарушается проницаемость мембран.
Опыт показывает, что большинство косметических продуктов, включая кремы, лосьоны, гели, шампуни, дезодоранты, зубные пасты, декоративную косметику, косметику для детей, можно надежно защитить от микробиологического заражения парабенами. Чаще всего парабены применяют в виде синергических смесей метил- и пропилпарабена в соотношении от 2: 1 до 4: 1. Также применяют смеси разных парабенов с феноксиэтанолом, с имидазоли- динилмочевиной, бронополом и другими консервантами. Вообще, применение смесей, в которых консерванты проявляют синергетический эффект, является в настоящее время наиболее предпочтительным, так как позволяет использовать консерванты в меньших количествах, что экономически более выгодно, но без ущерба для эффективности их воздействия на вредные микроорганизмы.
Консерванты белковой природы
Различают консерванты белковой природы, в молекулах которых содержится пептидная связь СО—NH. К ним относятся некоторые ферменты, которые вызывают разрушение бактериальных клеток, например лизоцим. Он содержится в различных биологических жидкостях — в слезах, слюне, молоке, слизистой оболочке носа.
К белковым консервантам можно отнести производные некоторых аминокислот, например ацилглютаматы и глутаровый альдегид, которые ингибируют ферменты бактерий и изменяют белковые молекулы в клетках микроорганизмов. Подобным образом действует на грибки иодопропилбутилкарбамат, содержащий в своей молекуле пептидную связь. Широко используемый консервант имидазолидииилмочевина (выпускается под торговой маркой Ger- mall 115) содержит в молекуле фрагмент мочевины, который вызывает денатурацию белков, и имидазольный фрагмент, регулирующий активность важных ферментов в клетках микроорганизмов. К консервантам белковой природы относится также широко применяемый аллантоин. Аллантоин — производное мочевой кислоты — рекомендуется для ухода за обветренной, пораненной или обожженной солнцем кожей, используется в антиперспирантах и дезодорантах из-за своей способности подавлять рост бактерий.
Диазолидинилмочевина CgH1407N4 — /V- (гидроксиметил)-/V- (1,3-дигидроксиметил-2,5-диоксо-4-имидазолидинил)-Лг'-(гидро- ксиметил)мочевина. Хорошо растворима в воде, пропиленглико- ле, но нерастворима в жирах. Она совместима со многими косметическими видами сырья, в том числе с ПАВ и протеинами. Термически стабильна до 60 °С. Она более активна в отношении бактерий, но малоактивна в отношении грибков. Оптимальный диапазон pH от 3 до 9. Максимальная концентрация в косметических средствах составляет 0,5%. Может взаимодействовать с УФ- фильтрами (авобензолом). Является формальдегидвыделяющим консервантом, часто применяется в сочетании с парабенами в связи с синергетическим эффектом.
DMDM-гидантоин — диметилол-диметил-гидантоин — C7H12N204 Представляет собой вязкую прозрачную жидкость с характерным запахом, ограниченно растворимую в воде и этаноле. Относительная плотность 1,145—1,160, термостабилен до 80 °С. Максимально допустимая концентрация в косметических средствах составляет 0,6%. Активен по отношению к бактериям, но малоэффективен против дрожжей и грибов. Его вводят в состав смываемых и несмываемых косметических продуктов, включая увлажняющие салфетки, кремы по уходу за кожей, солнцезащитные средства' Является формальдегидвыделяющим конЬервантом.
сн— с=о I—С=С—СН2—о—С—NH—С4Н, II I II
СН N О
S СН •. Иодопропинилбутилкарбамат
Метилтиазолинон
о
NH,—С—NH
II
О
О
Имидазолидинилмочевина
NH2—С —NH—СН—NHX
О II I с=о
|| О С— NH''
НО—СН,—NH—С—NH, II
2 | 2 О
НО—СН,—С—N—СН,ОН Аллантоин
II
о=с с=о
СН, СН3
N \3/ 3
I уС
СН2ОН
Диазол идинилмочевина
но—сн2—n—с.
\
DMDM-гидантоин
Структурные формулы консервантов белковой природы, используемых в косметике
Имидазолидинилмочевина CnH14OgNg — /V,/V'-диметил-быс- (/У'-(гидроксиметил)-2,5-диоксо-имидазолилин 4-ил)мочевина — белый порошок без запаха. Эффективна против грамположитель- ных и грамотрицательных бактерий, меньшее воздействие оказывает на грибковые микроорганизмы. Проявляет синергизм действия в сочетании с парабенами, изотиазолонами, сорбиновой кислотой. Малотоксична, поэтому применяется в фармацевтической промышленности, в косметических препаратах для век и лица до концентрации 0,6%.
Консерванты углеводной природы
Углеводы в чистом виде не проявляют бактерицидных или фунгицидных свойств. Они являются питательными веществами для всех живых клеток. Однако установлено, что производные моносахаридов, соединенные по аномерному атому углерода гексоз или пентоз с флаваноидами, терпеноидами или спиртами, проявляют свойства консервантов. Например, гиперазид (галактозил-3-квер- цетин) обладает бактерицидным и антивирусным действием, эффективен против экзем и дерматитов, проявляет противовоспалительный эффект.
Его выделяют из чая, цветков мать-и-мачехи, красной розы. Другой консервант углеводной природы, известный под названием рутин, применяется в составе многих косметических средств как биологически активное вещество и как консервант.
В 1929 г. американские химики Монтгомери и Хадсон впервые описали углевод лактулозу, полученную из молочного сахара путем нагревания его известковых растворов при 35 °С в течение нескольких суток. В 1948 г. австрийские ученые Ф. Петулэли и Ж. Кристан выделили из женского молока вещество, активизирующее рост бифидобактерий. В 1950 г. Ф. Петулэли сделал сообщение о строении этого вещества и также назвал его лактулозой.
Лактулоза относится к классу олигосахаридов, так как ее молекулы состоят из остатков галактозы и фруктозы, соединенных глю- козидной связью. Химическая формула лактулозы — СцН^О,,, молекулярная масса — 342. Лактулоза представляет собой белое кристаллическое вещество без запаха, хорошо растворимое в воде. Кристаллы лактулозы гигроскопичны. Точка плавления лактулозы равна 196 °С.
Установлено, что в присутствии лактулозы повышается активность фермента лизоцима. На поверхности кожи лактулоза выступает в роли влагоудерживающего агента. Но важно, что лактулоза снижает интенсивность развития стафилококков, грибов рода Candida и некоторых других микроорганизмов.
Давно известны антисептические свойства лука, чеснока, горчицы, хрена, редьки. Все эти растения содержат глюкозиналаты. Структура одного из них — сипигрина — показана на с. 219. Расщепляясь в клетке, глюкозоналаты выделяют глюкозу, сульфаты, серу, изотиоцианаты и с помощью этих соединений подавляют жизнедеятельность микроорганизмов.
Синигрин
|-кисриетин
22^*11
Лактулоза
Рутин
Структурные формулы консервантов углеводной природы
Другие консерванты
Триклозан С12Н7С1302 — 2,4,4'-трихлор-2'-гидроксидифениловый эфир. По химическому строению триклозан можно отнести к галоген производным ароматических углеводородов. Он нерастворим в воде, но растворяется в этаноле и щелочных растворах. Наиболее активен по отношению к грамположителъным бактериям, однако проявляет среднюю активность против грамотрица- тельных бактерий, дрожжей и плесеневых грибов.
С) ОН Структурная формула триклозана |
Было установлено, что триклозан нарушает синтез жирных кислот у микроорганизмов и для проявления активности достаточно одной молекулы триклозана. Очень важно, что синтез жирных кислот в коже человека при этом не нарушается Применяется триклозан в эмульсионных косметических продуктах, мыле, моющих средствах. Максимально допустимая его концентрация составляет 0,3%.
Формальдегид СН20 относится к альдегидам. Бесцветный горючий газ с едким характерным запахом. Хорошо растворим в воде, образует водный раствор, известный под названием формалин. Обладает высокой химической активностью, легко подвергается полимеризации. Высокоэффективен против широкого спектра микроорганизмов и спор. Используется для дезинфекции технологического оборудования, а также как консервант в косметических средствах, содержащих анионные и неионогенные ПАВ. Эффективность действия формальдегида на микроорганизмы уменьшается в щелочных средах. В косметических препаратах он может взаимодействовать с солями железа и тяжелых металлов, с белковыми соединениями, формальдегид разрушает витамин С, некоторые красители и эфирные масла. Используется в концентрациях, не выше 0,1% масс. В странах Евросоюза формальдегид запрещен к применению в косметических препаратах, так как он обладает денатурирующим действием на белки. Формальдегид денатурирует и белки микроорганизмов, и белки кожи человека. Поэтому его
применяют в основном для консервации шампуней, учитывая высокую устойчивость белков волос к денатурации.
Смеси консервантов
Применение смесей консервантов имеет ряд преимуществ Во-первых, сочетание в композиции противогрибковых консервантов с антибактериальными обеспечивает широкий спектр активности таких смесей. В результате один раствор из нескольких консервантов защищает от разных микроорганизмов.
Во-вторых, известен синергетический эффект, когда смесь нескольких консервантов оказывается эффективнее против микроорганизмов, чем каждый из консервантов по отдельности. Поэтому возможно снижение общего содержания консервантов в косметическом изделии.
В-третьих, известно, что отдельные консерванты из-за своей плохой растворимости в воде достаточно трудно вводить в косметические рецептуры. Однако при составлении смеси консервантов один из них может быть растворен в другом, жидком консерванте За счет такого предварительного растворения облегчается использование консерванта в косметическом производстве.
Например, смесь двух активных веществ — метилизотиозолони и метилхлоризотиозолопа C4H4NOS и C4H4C1N0S — обеспечивает бактерицидный и фунгицидный консервант широкого спектра действия.
5-Хлор-2-метилтиазон-3(2Н)-он |
Структурные формулы компонентов катона
Эта смесь хорошо растворима в воде, совместима со всеми видами ПАВ, протеинами, эмульгаторами, устойчива в диапазоне pH от 2 до 11, термически устойчива, и поэтому широко используется во многих странах мира. Его дезактивируют сульфиты и меркаптаны. Среди других консервантов гиазолоны имеют самую низкую минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) от 0,2 • 10_6 до 8 • 10 ~6 моль/л. В основе действия катона лежит подавление рос
та клеток микроорганизмов за счет ингибирования сразу нескольких ферментов цикла Кребса.
В кремах и тониках его применяют в количестве 0,05%,
а в моющих средствах — 0,10%.
ВЫВОДЫ
Консерванты относятся к разным классам химических соединений, имеют разное химическое строение и свойства. Их объединяет только одно свойство — они пагубно воздействуют на различные микроорганизмы. Число таких веществ не слишком велико: их около 200.
► Основная цель применения консервантов — либо убивать микроорганизмы в изделии, либо замедлять их рост и развитие до минимума.
► Консерванты добавляют в косметические композиции в таких количествах, чтобы они не оказывали неблагоприятного воздействия на клетки человека, но были эффективны против микроорганизмов. Безопасность и эффективность консервантов тщательно проверяется и строго регламентируется контролирующими организациями
► Использование смеси разных консервантов часто оказывается эффективнее, чем применение каждого консерванта по отдельности. Это явление, когда один консервант усиливает действие другого, называют синергетическим эффектом.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие вещества называются консервантами?
2. Почему присутствие консервантов в косметическом изделии необходимо?
3. Может ли существовать современная косметика без консервантов?
4. Как классифицируют консерванты по их строению (природе)?
5. Какие консерванты белковой природы вам известны?
6. Какие консерванты углеводной природы вы знаете?
7. Что такое антиоксиданты?
8. Что такое синергетический эффект? В чем его суть?
9. Какие низкомолекулярные консерванты применяются в составе косметических композиций?
10. Чем вызвано широкое применение парабенов в качестве консервантов?
11. Как вы думаете, что эффективнее: применение в косметическом изделии одного консерванта или смеси из нескольких разных консервантов? В каком случае суммарная концентрация консервантов может быть меньше? Почему?
4.12. Фотозащитные соединения
ключевые УФ-спектр • Фотостарение • Физические и химиче-
слова ские УФ-фильтры • Антиоксиданты
Солнечное излучение представляет собой электромагнитные волны с разной длиной волны у. В зависимости от длины волны свет делят на диапазоны — рентгеновское излучение (у < 200 нм), ультрафиолетовое излучение (у = 200—400 нм), видимый свет (у = 400--700 нм) и инфракрасный свет (у > 700) нм
Земной поверхности достигает излучение с длиной волны 290 нм и более. Коротковолновое излучение с у < 290 нм задерживается в стратосфере, поглощаемое озоном. На весь УФ-диапазон приходится примерно 9% суммарной энергии солнечного света.
Ультрафиолетовый свет принято делить натри области в зависимости or их повреждающего действия на кожу. В таблице 16 показаны области УФ-спектра, их проникающая способность (закрашенная область в таблице) и реакции на коже в порядке увеличения интенсивности облучения.
Мощность электромагнитного излучения зависит от географической широты местности и от высоты над уровнем моря На географической широте Москвы мощность излучения с длиной волны 290—320 нм в 10 раз ниже, чем на экваторе. Но ослабление УФ-излучения спектра А составляет всего 10%. При этом следует отметить, что интенсивность УФ-лучей А-спектра мало подвержена сезонным колебаниям, эта часть спектра не задерживается стеклом и обнаруживается не только на открытом воздухе, но и в помещениях. Интенсивность воздействия УФ-лучей А-спектра в России незначительно отличается от экваториальных стран. Но ведь именно эта часть спектра ответственна за процесс образования свободных радикалов в клетках, за структурные изменения в белках кожи, за возникновение и развитие эластоза и кератоза, за высушивание кожи и преждевременное образование морщин, т е. за все процессы, которые косметологи обозначают сейчас термином «фотостарение кожи». В частности, именно лучи А-спектра виновны в том, что кожа сельских жителей, проводящих много времени под открытыми лучами солнца, стареет гораздо быстрее, чем кожа горожан.
При кратковременном воздействии УФ-света на кожу образуется эритема — покраснение кожи, вызванное расширением кровеносных сосудов. Эритема развивается в течение 0,5—4,0 часов,
может возникнуть припухлость, но через несколько дней краснота и припухлость исчезают. При этом независимо от эритемы у многих людей происходит мягкое, но быстрое появление загара (пигментация). Меланоциты под действием УФ-света начинают вырабатывать вещество коричневого цвета — меланин (см. главу 2). Роль меланина, как считают ученые, заключается в защите органов дермы и подкожных тканей от ультрафиолетового излучения. Первый загар на коже появляется быстро, но сохраняется недолго. Второй «ответ» кожи на кратковременное воздействие света — это утолщение рогового слоя эпидермиса, что также частично защищает эпидермис от ультрафиолетового света. Для защиты кожи от действия УФ-лучей в составе косметических препаратов применяют ряд специальных веществ, поглощающих, отражающих или нейтральзующих вредное воздействие УФ-облучения.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 35 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |