化學新發現
讓化妝品更穩定的方法

前言

drs抗氧化劑

                消費者對天然或有機化妝品的印象是,很容易酸敗有味道,要趕快使用,不然會分離,但其實一般的化妝品也會有這類的問題,該如何延長產品的穩定性,以下從配方設計的角度來和大家分享,抗氧化劑和金屬螯合劑的使用。

 

為什麼需要抗氧化劑?

 

                化妝品因為不同因素,添加不同來源的油脂在配方中,其中為了符合天然、市場差異、肌膚柔嫩感或是芳香療法,而添加天然油脂,但為了預防油氧化酸敗,造成化妝品有異味、變色、功能喪失、分離和過敏源產生,根據統計2018年的保養品中添加天然抗氧化劑維他命E(Tocopherol)的比例比2014年高54.2%。

                天然抗氧化劑維他命E (Tocopherol)依結構可稱生育醇或生育酚,最早是從飼料穀物中發現維他命E這結構,因為缺乏維他命E會造成大鼠不孕症。天然維他命E有下列衍生物,分別為α、β、γ和δ四種

  Tocopherol四種構型

                以往認為造成化妝品氧化的因素,不外乎是照光和高溫,只要透過適當的包裝應該就可以完全避免,忽略了配方中的某些成分、製程和整體物性都會直接或間接影響。

 

化妝品中的氧化過程

乳液的氧化過程是發生在油和水之間的界面,會有以下三個階段反應

1)      起始反應 緩慢的化學反應中形成自由基,當自由基和紫外線照射到油(不飽和脂肪酸)上時,就會造成脂質自由基。

2)      傳播過程 通過氧(O2)的取代,形成了具有活性的脂質過氧自由基,會與不飽和脂肪酸反應形成另一個脂質基團,會造成連鎖反應。

3)      退化過程 脂肪酸會不斷分解,會產生降解產物(例如:醛與酮),引發產物降解。

 

氧化1

最終造成化妝品有異味、變色、功能喪失、分離和過敏源產生。 

如何終止氧化反應?

維他命E(Tocopherol)會攔截脂質過氧化物自由基,而終止脂質過氧化連鎖反應。

 

氧化2

天然抗氧化劑

 

                在大自然中,抗氧化劑存在脂肪含量高的食物中,例如:堅果、牛奶、雞蛋、蔬菜種子等,大多數是親脂性。

 

天然氧化劑

 

從2006年以來,天然維他命E(Tocopherol)在化妝品的使用量,開始超過合成BHT(Butylhydroxytoluol)。

 

氧化劑

 

                天然維他命E(Tocopherol) 有α、β、γ和δ四種衍生物,該如何選擇才能有效的解決氧化的問題,這取決於是要針對肌膚抗氧化?還是保護產品避免被氧化?

                若是設定α型態的天然維他命E(Tocopherol)的生理活性為1 IU/mg,從下列文獻整理圖中可看出,選擇α型態的天然維他命E(Tocopherol)在肌膚有較好的抗氧化效果,若是要使用在O/W乳化界面上做產品抗氧化,則選擇δ型態的天然維他命E(Tocopherol)較佳。另外,若以此相對活性下比較,α型態的合成維他命E(Tocopherol) 生理活性僅為0.67 IU/mg。

 

氧化

  

                不同植物來源的天然維他命E(Tocopherol),裡面四種衍生物的相對含量也不一樣,除非資料有說明,不然從成分標示上只能看出內含天然維他命E(Tocopherol),卻無法得知是哪類型的天然維他命E(Tocopherol),就無從判斷是對肌膚還是產品抗氧化保護了。下面圖表分別是從大豆、油菜籽和葵花取得天然維他命E(Tocopherol)內含四種衍生物的濃度圖

 

氧化

  

dermofeel® Toco 70 non GMO (COSMOS天然認證、非基因改質)

INCI: Tocopherol, Helianthus Annuus (Sunflower)Seed Oil

組成:70% 大豆來源混和型tocopherol + 30% 有機葵花油

應用:0.05-1.5%添加量,避免產品氧化

 

dermofeel® TocoBalance (COSMOS天然認證、非基因改質)

INCI: Tocopherol, Helianthus Annuus (Sunflower)Seed Oil

組成:70% 油菜籽來源混和型tocopherol + 30% 有機葵花油

應用:0.05-1.5%添加量,兼顧產品和肌膚氧化

 

dermofeel® TocoSkin (COSMOS天然認證)

INCI: Tocopherol, Helianthus Annuus (Sunflower)Seed Oil

組成:最少60.4% 葵花來源d-α-tocopherol + 39.6% 有機葵花油 

應用:0.05-1.5%添加量,避免肌膚氧化,抗發炎效果

 

                增強保護天然或一般化妝品,讓品質更穩定,添加抗氧化劑是必須的,但是抗氧化劑只能延長有限的時間,若能搭配金屬螯合劑降低氧化速率也是配方師值得參考的方法。

 

金屬螯合劑

                在化妝品的製造中,工廠設備(攪拌機、均質機)、配方成分(色料、物理性防曬劑)、自來水(硬水),都會造成金屬離子的生成或殘留,在產品中會促進氧化反應外,甚至會造成變色,若是製作清潔產品,則會降低起泡度。

下圖示意金屬離子(Cu2+, Fe2+)通過催化自由基的形成,提高降解氧化速率。

氧化

                螯合劑會和金屬離子配位產生金屬絡合物,讓金屬離子固定而失去反應性,如下圖示意。

 氧化

                現在配方師選擇的金屬螯合劑,大多是EDTA-2Na或是EDTA-4Na,若是要添加在天然化妝品,則選擇植酸(phytic acid),結構如下圖。

植酸

                將容易氧化的methyloleate放在含有Cu2+的環境中,並加熱到40℃去偵測過氧化值(若偵測到,表示methyloleate已氧化,產品可能變質了),從下圖能了解有添加0.01% 天然抗氧化劑維他命E(Tocopherols),能延長差不多12天,若是偕同添加0.01% 天然金屬螯合劑植酸(phytic acid),則可讓產品更穩定許多。

 

敖合

 

 

dermofeel® PA (COSMOS天然認證)

INCI: Phytic Acid, Aqua

外觀:棕褐色

原料pH值:1

應用:0.05-0.2%添加量,金屬螯合劑

 

dermofeel® PA-3 (COSMOS天然認證)

INCI: Sodium Phytate, Aqua, Alcohol

外觀:棕褐色

原料pH值:3

應用:0.05-0.2%添加量,金屬螯合劑

 

dermofeel® PA-12 (COSMOS天然認證)

 INCI: Sodium Phytate

外觀:白色粉末

原料pH值:12 

應用:0.05-0.2%添加量,金屬螯合

 

下圖可看出,在pH 6環境下,dermofeel® PA金屬螯合效果與EDTA差不多。

 

敖合

  

不同pH環境下,植酸(phytic acid)與EDTA螯合金屬的參考圖:

 

敖合

結論

                因此觀察銷售長紅的品牌經典化妝品,在成份標示中,必定會有抗氧化劑和金屬螯合劑等原料添加,根據2017年The Benchmarking Company調查,購買天然化妝品的女性中,有70%會找含有天然維他命(Tocopherol)成分的產品,台灣配方師們可以試著測試和評估,讓化妝品更穩定,讓品牌更安心。