李鎮(zhèn)江 楊志剛 葉 莉 鄭又銘 饒 航 曾方塬 陳 靜 楊學(xué)昭 江源鋼 李 星 唐曉芳?

1. 四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，四川成都，611130；

2. 成都金開生物工程有限公司，四川成都，611130；

3. 天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津，300457

曲酸，5-羥基-2-羥甲基-1,4-吡喃酮，是利用米曲霉經(jīng)微生物發(fā)酵合成的一種次級代謝產(chǎn)物，天然存在于醬油、豆瓣醬、酒類的釀造中，具有抑菌、抗氧化、美白等作用，被列入我國《已使用化妝品原料名稱目錄》，同時(shí)也在歐盟、日本、美國等國家的化妝品中允許添加使用[1-2]。蘇國成等[3]系統(tǒng)比較了曲酸對常見食品污染菌的抑菌作用，其對大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和豬傷寒沙門氏菌常見污染菌均具有抑制作用。侯溫甫等[4]在鴨肉保鮮中以假單胞菌、氣單胞菌、熱殺索絲菌和具有致腐能力的病原微生物沙門氏菌為研究對象，結(jié)果表明曲酸對4株菌株均具有良好的抑制作用，其中2.0 mg/ml曲酸處理在液體體系中能完全抑制沙門氏菌、假單胞菌和氣單胞菌的生長。目前，曲酸的抑菌作用主要在食品保鮮方面研究較多，在日化品方面研究鮮少報(bào)道。另外，有研究表明洗手液中一些成分如表面活性劑、EDTA-2Na等也具有一定的抑菌作用[5-6]。因此，本文擬以曲酸、AES和APG等為原料，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)，考察洗手液中pH值、表面活性劑、增稠劑等成分對洗手液性能和抑菌效果的影響，通過復(fù)配和優(yōu)化篩選出一款抑菌效果好的洗手液配方，同時(shí)也為曲酸在日化品中應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑

主要試劑：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES，活性物含量≥70%），日化級，湖南麗臣奧威實(shí)業(yè)有限公司；椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB-35，活性物含量≥30%），日化級，四川花語精細(xì)化工有限公司；月桂基葡糖苷（APG，活性物含量50%），日化級，江蘇萬淇生物科技有限公司；曲酸（純度≥99.5%），成都金開生物工程有限公司；其他化學(xué)藥品氯化鈉、甘油、檸檬酸等均為分析純。

供試菌種：金黃色葡萄球菌ATCC 6538（Staphylococcus aureus，S. aureus）、大腸埃希氏菌ATCC 25922（Escherichia coli，E.coli），均購置于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心西南菌種站。

1.1.2 儀器

SB-5200DTD型超聲波清洗機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）；NDJ-8S型數(shù)顯黏度計(jì)（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；YX600W型臥式圓形壓力蒸汽滅菌器（上海三申醫(yī)療器械有限公司）；2152型羅氏泡沫儀（上海銀澤儀器設(shè)備有限公司）；78HW1型磁力攪拌器（金壇市醫(yī)療儀器廠）；HCB-1300V型潔凈工作臺（青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司 ）；SPX-250BⅢ型生化培養(yǎng)箱（天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 制備方法

本實(shí)驗(yàn)選用主表面活性劑為陰離子表面活性劑AES，輔表面活性劑為兩性離子表面活性劑CAB-35和非離子表面活性劑APG，進(jìn)行復(fù)配。

基礎(chǔ)配方（w/%）：AES 10，CAB-35 5，APG 6，甘油1，EDTA-2Na 0.1，曲酸1，氯化鈉2.5，pH為5，其余量為補(bǔ)足去離子水。

制備工藝：①稱取一定量的表面活性劑AES、CAB-35和APG，緩慢加入去離子水中，80 ℃水浴攪拌溶解；②將溶解好的表面活性劑溶液，冷卻至40 ℃，依次加入甘油、EDTA-2Na和曲酸攪拌溶解，用檸檬酸和碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH值；③最后加入氯化鈉調(diào)整洗手液黏度，邊加邊攪拌，反應(yīng)充分后，補(bǔ)足余量去離子水?dāng)嚢杈鶆?，用超聲波除掉洗手液中氣泡，靜置陳化24 h使產(chǎn)品穩(wěn)定，即為曲酸洗手液。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)考察

以發(fā)泡力、黏度、抑菌效果為指標(biāo)，利用單因素實(shí)驗(yàn)考察表面活性劑、EDTA-2Na、甘油、曲酸、氯化鈉的添加量，以及pH值對洗手液性能的影響，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，選擇APG、EDTA-2Na和曲酸為影響洗手液抑菌效果主要因素，采用L9（34）設(shè)計(jì)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)獲得最佳配方。正交實(shí)驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平表

1.3 性能指標(biāo)測定

1.3.1 抑菌實(shí)驗(yàn)

（1）抑菌效果測定[7]：采用濾紙片擴(kuò)散法。將待測洗手液樣品稀釋1倍，即為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%樣品，備用，對照為無菌蒸餾水。以S. aureus為供試菌，制備成菌懸液，涂布至平板中，再將無菌濾紙片放入已涂布菌種的平板上，每皿放入3個。吸取4 μl 50%樣品，涂在濾紙片上，每樣3個，最后放入培養(yǎng)箱中37 ℃下培養(yǎng)24 h。測量抑菌圈直徑大小，記錄數(shù)據(jù)，取平均值，抑菌效果以抑菌圈直徑大小表示。

（2）抑菌率測定：采用懸液定量法測定[8-9]。

1.3.2 發(fā)泡力的測定

根據(jù)GB/T 13173－2008操作[10]。

1.3.3 黏度測定

采用NDJ-8S型數(shù)顯黏度計(jì)測量洗手液的黏度值。量取一定量樣品于燒杯中測量其黏度，溫度為25 ℃，記錄洗手液的黏度，重復(fù)測定3次，取平均值。

1.3.4 pH值測定

根據(jù)GB 19877.1－2005操作[11]。

1.3.5 耐熱、耐寒穩(wěn)定性測定

根據(jù)GB 19877.1－2005操作[12]。

1.3.6 總活性物含量測定

根據(jù)GB/T 13173－2008操作[10]。

1.4 統(tǒng)計(jì)和分析

每組試驗(yàn)重復(fù)三次。作圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Origin和SPSS軟件（P＜0.05表示顯著性差異，P＞0.05表示無顯著性差異）。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同pH值對洗手液性能影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，pH值對洗手液黏度和發(fā)泡力具有影響，對抑菌效果影響不大。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著pH值增加，體系黏度呈先下降后上升趨勢，當(dāng)pH＝7時(shí)，黏度最低為3676.7 mPa·s。起泡性能方面，隨著pH值增加，發(fā)泡力呈上升趨勢，在酸性條件下起泡能力比堿性條件下低，可能原因是體系中陰離子表面活性劑親水基團(tuán)帶負(fù)電荷，在酸性條件下，與氫離子結(jié)合轉(zhuǎn)化成酸性形態(tài)，導(dǎo)致表面活性降低[12-14]。同時(shí)，結(jié)合人體皮膚呈弱酸性pH值在4.5～6.5之間[15]，綜合考慮，確定洗手液的pH值為6。

圖1 不同pH值對洗手液的影響

2.1.2 AES添加量對洗手液性能影響

AES屬陰離子類表面活性劑，具有很強(qiáng)的起泡、去污和增稠作用，在洗護(hù)用品中常作為主表面活性劑使用[15]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，不同AES添加量對抑菌效果影響不明顯，對黏度和發(fā)泡力影響較大。在增稠作用方面，AES對黏度具有顯著性差異，隨著添加量增加，黏度呈上升趨勢，當(dāng)w(AES)為16%時(shí)，黏度達(dá)8000.0 mPa·s，流動性差，不方便使用。起泡性能方面，當(dāng)w(AES)≤6%時(shí)，隨著添加量增加，發(fā)泡力顯著提高，w(AES)＝6%時(shí)，發(fā)泡力為113.80 mm；當(dāng)w(AES)＞6%時(shí)，繼續(xù)提高添加量，對發(fā)泡力影響不大。因此，綜合考慮，確定洗手液中w(AES)為6%。

圖2 不同AES添加量對洗手液的影響

2.1.3 CAB-35添加量對洗手液性能影響

CAB-35是兩性表面活性劑，具有柔軟性好、增稠作用，能降低其他表面活性劑毒性和對皮膚的刺激性[16]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，不同CAB-35添加量對發(fā)泡力和抑菌效果影響不明顯，對黏度影響較大。隨添加量增加，黏度總體呈上升趨勢，當(dāng)w(CAB-35)=0時(shí)，黏度為27.6 mPa·s，當(dāng)w(CAB-35)=16%時(shí)，黏度為7296.7 mPa·s。CAB-35屬于兩性表面活性劑，親水基團(tuán)同時(shí)攜帶正負(fù)電荷，在酸性條件下呈陽離子性，與陰離子表面活性劑混合易形成棒狀膠團(tuán)，黏度增大[13,17]。另外，通常洗手液黏度為3000～4500 mPa·s之間，因此，綜合考慮，確定洗手液中w(CAB-35)為6%。

圖3 不同CAB-35添加量對洗手液的影響

2.1.4 APG添加量對洗手液性能影響

APG是目前公認(rèn)的綠色功能性表面活性劑，具有增稠、穩(wěn)定泡沫作用[15]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，在該體系中不同APG添加量對發(fā)泡力影響不明顯，對黏度和抑菌效果影響較大。增稠作用方面，不同添加量的APG對黏度具有顯著性差異，隨著添加量增加，黏度呈上升趨勢，其中w(APG)為16%時(shí)，黏度高達(dá)7590.0 mPa·s，呈果凍狀，流動性較差。抑菌性能方面，當(dāng)w(APG)在4～12%之間時(shí)，抑菌效果具有顯著差異，隨著添加量增加，呈上升趨勢；當(dāng)w(APG)≥14%，抑菌效果有所降低，可能原因是高黏度時(shí)洗手液流動性、滲透性較差，導(dǎo)致APG成分?jǐn)U散效果不好。因此，綜合考慮，確定洗手液中w(APG)為8%。

圖4 不同APG添加量對洗手液的影響

2.1.5 EDTA-2Na添加量對洗手液性能影響

在洗護(hù)用品中，表面活性劑易與水中鈣鎂等金屬離子形成沉淀，造成洗手液渾濁和洗滌效果差，因此，通常需要添加金屬離子螯合劑如EDTA-2Na等[18]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，不同EDTA-2Na添加量對發(fā)泡力影響不明顯，對黏度和抑菌效果具有影響。隨著添加量增加，黏度總體呈下降趨勢，當(dāng)w(EDTA-2Na)＝1.0%時(shí)，黏度下降為4523.3 mPa·s。抑菌性能方面，當(dāng)w(EDTA-2Na)≤0.1%時(shí)，抑菌效果具有顯著性差異，隨添加量增加而提高。有研究表明，低劑量EDTA-2Na與抑菌藥物具有協(xié)同增效作用，EDTA-2Na與細(xì)胞膜上的鈣鎂離子螯合，導(dǎo)致膜酶活性降低或膜結(jié)構(gòu)受損，加大細(xì)胞膜流動性和通透性，提高了抑菌藥物的滲透性，增強(qiáng)了藥物的抑菌效果[5,19]。因此，綜合考慮，確定洗手液中w(EDTA-2Na)為0.1%。

圖5 不同EDTA-2Na添加量對洗手液的影響

2.1.6 甘油添加量對洗手液性能影響

表面活性劑具有脫脂作用，通常需要加入保濕劑類成分，防止手部皮膚干燥[18]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，不同甘油添加量對發(fā)泡力和抑菌效果影響不明顯，對黏度具有影響。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著添加量的增加，黏度呈下降趨勢，當(dāng)w(甘油)＝8.0%時(shí)，黏度從5956.7 mPa·s下降為4546.7 mPa·s。另外，當(dāng)w(甘油)≥3.0%，在清洗過程中，手部滑膩感強(qiáng)不易沖洗干凈。因此，綜合考慮，確定洗手液中w(甘油)為1.0%。

圖6 不同甘油添加量對洗手液的影響

2.1.7 曲酸添加量對洗手液性能影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，不同曲酸添加量對發(fā)泡力影響不明顯，對黏度和抑菌效果具有影響。在增稠作用方面，當(dāng)w(曲酸)≥1.5%時(shí)，體系黏度下降明顯，添加量為3.0%時(shí)，黏度下降為2256.7 mPa·s。抑菌性能方面，當(dāng)w(曲酸)≤1.0%時(shí)，曲酸在該洗手液體系中抑菌效果顯著，隨著添加量增加，抑菌圈直徑不斷增大，對S.aureus的抑制作用不斷增強(qiáng)。有研究表明，曲酸抑菌機(jī)制是改變細(xì)菌菌株細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和相關(guān)酶特性，導(dǎo)致菌株細(xì)胞膜破裂，使內(nèi)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，阻礙其生長[4]。另外，當(dāng)w(曲酸)為0時(shí)，也具有抑菌效果，是因?yàn)樵谠擉w系中APG和EDTA-2Na成分也表現(xiàn)出一定的抑菌作用。因此，綜合考慮，確定洗手液中w(曲酸)為1.0%。

圖7 不同曲酸添加量對洗手液的影響

2.1.8 氯化鈉添加量對洗手液性能影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，氯化鈉添加量對洗手液黏度具有顯著性差異，對發(fā)泡力、抑菌效果影響不明顯。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，黏度隨添加量增加，呈先上升再下降趨勢，當(dāng)w(NaCl)＝2.5%時(shí)，黏度最高為4493.0 mPa·s。氯化鈉在洗手液中主要作為黏度調(diào)節(jié)劑使用，氯化鈉是強(qiáng)電解質(zhì)，其電離出的離子與表面活性劑基團(tuán)結(jié)合，降低了表面活性劑同電荷的排斥作用，使球狀膠束向棒狀膠束轉(zhuǎn)化，體系黏度增加；當(dāng)氯化鈉過量時(shí)，正負(fù)離子大量聚集在棒狀膠束周圍，平衡受到破壞，體系黏度下降[20-21]。綜合考慮，確定洗手液中w(NaCl)為1.5%。

圖8 不同氯化鈉添加量對洗手液的影響

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定影響洗手液抑菌效果主要因素為APG、EDTA-2Na和曲酸三個因素，采用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以抑菌效果為指標(biāo)，獲得最佳配方。正交實(shí)驗(yàn)因素水平組合和結(jié)果如表2所示，通過極差分析，各因素對洗手液抑菌效果影響大小順序?yàn)椋呵幔続PG＞EDTA-2Na。確定的最優(yōu)組合為A3B2C3，即APG、EDTA-2Na和曲酸的最佳組合方案為：APG添加量9%，EDTA-2Na添加量0.1%和曲酸添加量1.25%。

表2 正交設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

2.3 性能測試

對得出的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行曲酸洗手液性能指標(biāo)測定，以不含曲酸的空白洗手液為對照，測定結(jié)果如表3所示，其發(fā)泡力為109.55 mm，總活性物含量為12.33%，黏度為4266.7 mPa·s，對S.aureus和E.col抑菌率分別為84.87%和84.63%，同時(shí)，空白洗手液也具有一定的抑菌性，是因?yàn)樵谠撓词忠后w系中APG和EDTA-2Na也表現(xiàn)出一定的抑菌作用，與單因素實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相符。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）在該體系中，黏度性能受表面活性劑、保濕劑和無機(jī)鹽等多種成分影響，其中AES、CAB-35、APG、氯化鈉成分具有增稠作用，以及互為協(xié)同增效作用，共同對洗手液黏度起著積極作用。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，AES、CAB-35、APG隨著添加量的增加，增稠作用呈上升趨勢，氯化鈉隨著添加量的增加，增稠作用呈先上升后下降趨勢。另外，甘油和曲酸在高劑量條件下具有一定的降稠作用。

（2）在該體系中，APG和EDTA-2Na也表現(xiàn)出一定的抑菌作用，以上兩種成分為洗手液常用原料，可在不影響洗手液性能前提下，綜合利用其抑菌作用，降低抑菌成分添加量。

（3）通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化篩選獲得洗手液配方為：AES 6%，CAB-35 6%，APG 9%，EDTA-2Na 0.1%，甘油1%，曲酸1.25%，氯化鈉1.5%，pH 6，余量為去離子水。該配方經(jīng)性能測試，其發(fā)泡力為109.55 mm，總活性物含量為12.33%，黏度為4266.7 mPa·s，對S.aureus和E.col抑菌率分別為84.87%和84.63%，具有良好的抑菌作用。