科学实验：四种植物精油单方、复方的抑菌活性及在化妆品中的应用

      植物精油(essential oil)是存在于芳香植物体内的一类具有挥发性、可随水蒸气蒸馏、与水不能相互混溶的次生代谢物，其组成以萜类化合物为主。精油具有特殊的芳香气味，主要作为调香原料使用。此外它还具有多方面的功能，如杀菌、防腐、杀虫等功效，在食品、医药、日化、生物农药及化工工业等方面有广泛应用。

近年来，消费者对化妆品的需求越来越向“健康”、“天然”和“无添加”等理念转变，植物精油因其萃取自天然植物，并且在抗菌、消炎、抗氧化等方面具有突出的生物活性，常见于各种皮肤外用制剂以及化妆品的制备。本文选取了 4 种典型的植物精油，对其抑制细菌和真菌的性能进行了研究，并对其在抑制痤疮和防腐方面的应用进行初步探讨，旨在为其综合开发利用提供依据。

一、实验结果与讨论

1 精油抑菌活性

1.1 单方精油抑菌活性

      采用牛津杯法检测了4 种单方精油的抑菌活性，样品抑菌圈直径的测量结果见表 3。数据显示，4 种单方精油对不同菌种的抑菌效果存在明显差异，抑菌效果较好的是茶树精油和彼得松薄子木油，薰衣草精油的抑菌效果略显温和，鼠尾草精油的抑菌效果较差。茶树精油对金黄色葡萄球菌(抑菌圈直径为 45.06 mm)、大肠杆菌(抑菌圈直径为 34.72 mm)和痤疮丙酸杆菌(抑菌圈直径为 27.90 mm)的抑制效果明显，彼得松薄子木油对白色假丝酵母菌(抑菌圈直径为 29.02 mm)和黑曲霉菌(抑菌圈直径为59.90 mm)的抑制效果明显。抑菌圈结果也显示出单方精油的抗菌谱并不广，如茶树精油对白色假丝酵母菌无抑菌圈，彼得松薄子木油对铜绿假单胞菌无抑菌圈，鼠尾草精油对多个菌种都无抑菌圈。

      植物精油中所含的化学成分决定了植物精油的各种生物活性，植物精油的抑菌活性大小与其化学成分的组成和含量密切相关，精油的抗菌活性是其所含各种化学成分抗菌活性的整体表现  [1,3] 。茶树精油的主要成分 α - 松油醇和 4 - 松油烯醇，能破坏金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生物膜，导致细胞通透性增加，抑制其生长;彼得松薄子木油的主要成分为橙花醛和香叶醛，能破坏真菌细胞的超微结构，而且还能损伤其细胞膜体积调节功能及变形能力;薰衣草精油中的芳樟醇和乙酸芳樟酯使细胞膜结构破坏，使胞内物质外漏，进而造成菌体外形出现萎缩;鼠尾草精油的主要成分也为乙酸芳樟酯，所以和薰衣草的抑菌效果有一定相似之处，乙酸芳樟酯能够使细菌细胞壁和细胞膜有一定程度的溶解、凹陷、变形，使细胞的形态结构等遭到破坏从而起到杀灭作用。

      以上 4 种单方精油均表现出一定的抗菌活性，但抗菌效果存在一定局限性。本文设想利用单方精油不同成分间的复配，研究复方精油功能上的协同、互补性，以达到增强其广谱抗菌性的目的。

1.2 复方精油的抑菌活性

       5 种复方精油的抑菌活性如表 4 所示。数据显示，将单方精油复配后，复方精油的抑菌谱有所扩大，彼得松薄子木油分别与薰衣草精油和茶树精油复配后，对 6 种供试菌种都表现出了一定的抑菌活性。其次，精油复配后表现出较好的协同增效作用，复方精油 C 对金黄色葡萄球菌的抑菌效果显著提高(抑菌圈直径为 59.20 mm)，复方精油B 对大肠杆菌的抑菌效果有所增强(抑菌圈直径为40.26 mm)，复方精油 E 对白色假丝酵母菌的抑菌效果有所提升(抑菌圈直径为 30.21 mm)。

2、 复方精油对痤疮致病菌的抑制效果

      痤疮是一种常见的慢性毛囊、皮脂腺炎症性皮肤病，其病因除与内分泌、免疫功能、皮脂腺分泌过多和毛囊角化过度等因素有关外，还与痤疮丙酸杆菌、金黄色葡萄球菌混合感染密切相关。痤疮丙酸杆菌是造成青春痘的主要细菌，金黄色葡萄球菌能够在痤疮病灶上加重感染发炎，所以对痤疮丙酸杆菌和金黄色葡萄球菌有明显抑制效果的复方精油对痤疮会有一定的抑制功效。

      为了使精油能够更均匀地在培养基中分布，选用无水乙醇作为助溶剂，但考虑到乙醇本身有一定的杀菌作用，故设置了无水乙醇对照试验，结果表明在本试验设定的浓度下，乙醇对供试菌种没有明显抑制作用，选用乙醇作为助溶剂对供试样品的最小抑菌浓度的测定均无影响。

      表 4 显示，复方精油 B、C、E 对痤疮丙酸杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果较好，所以将精油B、C、E 和对照药品进行对比测试，结果见表 5。其中，精油 E 的抑菌效果不如精油 B 和 C。精油 B和 C 对金黄色葡萄球菌的抑制效果优于对照样品(>0.02%)，当精油 C 的浓度为质量分数 0.005%，精油 B 的浓度为质量分数 0.01% 时，就可将试管中的菌落完全杀灭。但精油 B 和 C 对痤疮丙酸杆菌的抑制效果偏弱，当精油 B 的浓度为质量分数0.025%，精油 C 浓度为质量分数 0.05% 时才能达到抑菌效果。虽然复方精油对痤疮丙酸杆菌的抑制效果弱于对照样品，但其对金黄色葡萄球菌抑制效果很好，所以复方精油对痤疮致病菌的抑制还是显而易见的，可以用于抑制痤疮的产品中。

3 、复方精油的防腐效果

     霉菌可引起的霉变是化妆品变质的主要原因 ，而且霉菌具有极强的繁殖能力，其孢子的休眠期长和抗逆性强，与细菌的芽孢有很大的差别，所以化妆品对真菌的抑制更为关键。由于复方精油E 对白色假丝酵母菌(抑菌圈直径为 30.21 mm)和黑曲霉菌(抑菌圈直径为 40.30 mm)有较好的抑制效果，所以对其防腐性能进行了研究。

3.1 精油 E 的最小抑菌浓度(MIC)测定结果表 6 列出了精油 E 对细菌和真菌的 MIC 值。

      表 6 数据显示，精油 E 对金黄色葡萄球菌、白色假丝酵母菌和黑曲霉菌的抑制效果较好，但对铜绿假单胞菌的抑制作用并不强，所以相对而言精油E 对真菌的抑制效果稍强，这和抑菌圈的测试结果吻合。

3.2 精油 E 的防腐挑战测试结果

     水分是微生物生存的介质，水分的含量及可给性影响着微生物的生长速率，水活度越高，微生物的生长速率越快。在化妆品中，水剂类产品相对于乳、霜类产品的抑菌要求更加严格，通过对水剂产品的防腐性能研究，更容易观测到防腐体系的抑菌能力。

      精油 E 在水剂中单独加菌的防腐挑战测试结果如表 7 所示，在同等浓度下，精油 E 对混合真菌的抑制效果较强，当添加量为质量分数 0.20% ~0.30% 时就对真菌有较好的抑制效果，但需要添加到质量分数 0.40% ~ 0.50% 才会对细菌有较好的抑制作用。

      精油的成本较高，如果按此比例加入到产品中会大幅度增加配方成本，而且使用量较大可能还会引起配方不稳定、刺激性强等一系列问题，所以精油 E 作为防腐剂使用效果并不理想。但如果将精油 E 与其他原料复配，少量加入产品中作为防腐增效剂使用，不仅能提升体系的防腐效果，特别是对真菌的抑制效果，其愉悦的气味还会带给使用者良好的感官体验。

4、 基于植物精油的复配防腐方案

      烷基二元醇在个人护理品工业中已经有广泛的应用，其保湿性和安全性已得到普遍认同，部分二元醇还显示出一定抗微生物的效果。目前，1,2 - 己二醇已被广泛应用于防腐替代剂和增效剂。1,2 - 己二醇对细菌的抑制效果较好，但对真菌的抑制效果有限，同时，1,2 - 己二醇的成本较高，单独使用会使产品成本大幅度提高。所以 1,2 - 己二醇常与其他具有防腐功效的原料复配使用。

     虽然精油 E 对细菌的抑制效果并不理想，但若与 1,2 - 己二醇复配使用，其对霉菌良好的杀灭效果可以弥补 1,2 - 己二醇在霉菌抑制上的薄弱点。表 8 列出了复配方案对水剂产品的防腐挑战测试结果。表 8 中数据显示，在最容易滋生微生物的水剂产品中，使用复配方案 3#(质量分数 0.5% 的1,2 - 己二醇与 0.15% 的精油 E)和 6#(质量分数1.0% 的 1,2 - 己二醇与 0.15% 的精油 E)在第 7 d就可将所有真菌完全杀灭，28 d 内细菌持续减少，能够满足产品的防腐需求。其中，6# 方案对细菌的杀灭效果优于 3#，在第 14 d 就可将所有菌种全部杀灭。由此可见，1,2 - 己二醇加强了精油 E 对细菌的抑制效果，达到了较好的协同增效作用。

      鉴于 1,2 - 己二醇和精油 E 在水剂中的抑菌效果，测试复配方案 3# 和 6# 在乳液和膏霜中的防腐功效。随着配方中水分含量和水活度的降低，菌种的生长速率会有所降低，防腐效果也会有所增强。表 9 列出了复配方案应用于 O/W 乳液和膏霜的防腐挑战测试结果。表 9 中数据显示，在乳液和膏霜产品中，使用复配方案 3# 和 6# 都能较好地满足产品的防腐需求。尤其是在膏霜产品中，使用复配方案 6#，防腐效果非常明显。

      因此，对于护肤品常用的水剂、乳液和膏霜剂型，使用复配方案 3# 就可满足防腐需求，使用复配方案 6# 就可达到更稳妥的防腐效果。由于 1,2 -己二醇和植物精油都具有防腐效果但并不属于防腐剂范畴，所以此防腐体系符合“不使用或尽量少使用防腐剂”的市场潮流。

二、实验结论

      本文对 4 种精油和以它们为基础调配的复方精油的抗菌活性进行了分析，结果显示 4 种单方精油对供试菌有一定的抑制作用，其中茶树精油和彼得松薄子木油的抑菌效果优于薰衣草精油和鼠尾草精油。将薰衣草精油和茶树精油复配、茶树精油和彼得松薄子木油复配对金黄色葡萄球菌 [MIC(薰 + 茶)=0.01%，MIC(茶 + 彼)=0.005%] 有较好的杀灭作用，对痤疮丙酸杆菌 [MIC(薰 + 茶)=0.025%，MIC(茶 + 彼)=0.05%] 也有一定抑制效果，可用于抑制痤疮的产品之中。

      将薰衣草精油和彼得松薄子木油复配对黑曲霉菌(MIC=0.05%)的抑制效果较好，但对细菌的抑制能力差，不能满足防腐需求。将该复方精油和1,2 - 己二醇复配(质量分数 0.5% 或 1.0% 的 1,2 -己二醇与 0.15% 的精油 E)使用时体现了较好的协同增效作用，可作为一种广谱有效的防腐体系使用于化妆品常用剂型中。虽然天然植物精油对细菌和真菌都有一定的抑制效果，但大部分精油不具备广谱抗菌性，如要达到良好的抑菌效果，往往需要在植物精油间复配以及将其与其他抗菌物质复配。本文所作研究为植物精油在化妆品中的开发应用积累了基础数据，但针对具有抑菌功效的植物精油的筛选，对其中抑菌成分的分析和评价，对其抗菌机理的探索，以及对其复配方法的合理掌握，都还需进一步的深入研究。

文章原作：广州环亚化妆品科技有限公司

                  广东轻工职业技术学院

                  孔秋婵  张 怡  陈庆生  龚盛昭

文章摘自：香精香料化妆品