真空冷冻干燥技术在化妆品领域的应用分析

　摘要

真空冷冻干燥技术是一门将真空技术和冷冻技术互相结合的冷冻干燥脱水技术，脱水过程属于物理脱水，通过该技术制得的冻干产品具有诸多优点。真空冷冻干燥技术主要应用在食品、医药和材料等传统领域中。但是近些年，真空冷冻干燥技术逐渐进入化妆品领域，而如何延长功效性化妆品的保存时间是化妆品行业不断探索的方向，得益于该技术的技术特点，采用冻干技术制备的冻干粉类化妆品具有高效功能性、货架寿命长等特点。因此本文主要对真空冷冻干燥技术原理、特点和在化妆品领域的应用进行介绍。

　关键词：真空冷冻干燥；冻干粉；化妆品

引言

随着生物基因工程技术和真空冷冻干燥技术相结合，功效化性妆品以冻干粉形式保存产品中具有高活性的功效活性物，这冲破了以往只有乳液膏霜、精油面膜等产品形状的格局。传统乳液等形态产品中的活性物不稳定、易失活导致产品功能失效，这就是消费者往往觉得传统化妆品的功效并不显著的原因。若采用更精致的工艺降低活性物分子量并足以透过角质层，则以冻干粉形式保存高活性物的化妆品不仅高效安全，还能快速透入皮肤被吸收，这一创举也算解决了化妆品行业皮肤透皮吸收技术的难题。但由于近些年真空冷冻干燥技术才应用于化妆品领域，许多消费者和生产商对该技术及其在化妆品领域的应用都还不够熟悉了解，且前方相关报道和数据文献等资源任然匮乏，因此本文主要对真空冷冻干燥技术及其在化妆品领域的应用趋势进行综述介绍，并附带关于多肽冻干粉的制备实验，希望能够为相应的实验提供一丝指导和帮助。

　1真空冷冻干燥技术

　　1.1真空冷冻干燥技术的原理

冻干技术的机理是先把含大量水分的含水物料预冻成固体，预冻的温度应在其共熔温度以下，预冻完成后便将冻结品置于合适的真空环境条件下，持续供能加热升高温度，使冻结的固态水直接升华成水蒸气去除，这便可以获得水分含量极低的干燥产品[9]。

该过程可由纯水的三相平衡图来理解，见图1。AB为固态区和气态区的交界线，所以是升华曲线；AC为液态区和固态区交界线，所以是溶解曲线；AD为液态区和气态区的交界线，所以是汽化曲线。箭头1显示由固体转向气态，表示冰不经过液态直接升华为水蒸气。可知，如果水要以液体的形式存在，其最低的大气压为610 Pa，若大气压小于610 Pa时，则不管温度多少，水的存在形式只能为固态或气态，倘若此时进行加热升温，水就只能从固态直接升华至气态，真空冷冻干燥的原理就是如此。而资料表明一般要保障其顺利完成，气压环境要远低于610 Pa，约20-30 Pa，不同产品数值不同，有的需要更高真空度[10]。

　1.2真空冷冻干燥技术的特点

真空冷冻干燥技术在多领域取得了广泛应用，得益于其诸多优点：1、由于是在低温度环境条件下进行，对许多干燥热敏性物质制品（如蛋白质、微生物类等），冻干后其药物分子结构几乎不会被破坏，药物的生物活性得到保障，活性高；2、由于在低温环境下干燥，营养物质和挥发性成分几乎没有什么流失，在药品食品中应用广泛，是一门特别棒的干燥药品食品技术；3、冻干过程是在无菌真空条件下，细菌真菌等难以生长，在生产过程中避免了大量微生物的产生，所得的制品更具有安全性和环保性；4、另外干燥过程是在真空条件下完成，氧气含量非常低，因此平时容易降解或被氧化的成分物质能够得到保护；5、冻干过程可以除去百分之九十五以上的的水份，产品含水量低，微生物难生长因此不易变质，保质期也长；6、冻干后的产品物质结构呈微孔状，加入溶剂后复溶性好，理化性状易复原[11]。

但是真空冷冻干燥技术也存在许多缺点需要克服：1、对设备（冻干机）精密度等要求高，耗资耗能较大，干燥速率慢干燥时间较长；2、冻干流程所加入的辅料（如冻干保护剂，赋形剂等）、冷冻干燥过程的条件设备的性能都非常重要，会直接影响产品质量，所以要先进行大量基础探究及试验；3、通过冷冻干燥所获得的制品呈多孔海绵状，其结构疏松多孔，因此若不慎暴露在空气中的话，极其容易吸收空气的水蒸气和被氧化，所以在包装以及储存方面有较高要求[11]。

2真空冷冻干燥技术在化妆品领域的应用

　　2.1功效性化妆品应用现状

前文也有提到，由于消费者和化妆品公司对化妆品的功能性和效果性要求越来越高，化妆品科学技术也不断发展和进步，功效性化妆品逐渐地从传统的合成化妆品走向天然化妆品和生物基因美容化妆品，产品的活性物转向植物源活性物和基因工程源活性物，以追求产品的功效性并降低产品副作用。但消费者任然觉得觉化妆品的功效并不显著，根本原因就是因为化妆品的活性物质不稳定，容易失去活性，尤其是植物源活性物和基因工程源活性物，另外为延长化妆品保质期，需要网产品添加防腐剂、表面活性剂等，这些添加剂也会降低活性物功效性甚至使其失活。其实在医药领域也存在类似问题，20世纪初青霉素的需求和用途很大，但保存需要避开高温和光线且不稳定，于是在1935年采用冻干技术生产与保存。如今随着冻干技术逐渐走向化妆品领域，采用冻干技术制得的冻干粉类化妆品不仅能保存具有高活性的生物活性成分，也冲破以往只有乳液膏霜、精油面膜等产品形状的格局，可以说冻干技术是保存植物源活性物活性及生物基因工程源活性物活性的最佳的保存方式。

　2.2冻干粉类化妆品

　　2.2.1冻干粉类化妆品与普通化妆品比较

其实严格讲，冻干粉类化妆品可以说就是精华液，其将产品物质一分为二，分开保存。一份是体系稳定的溶媒，另一份就是产品将活性物质真空冷冻的冻干粉，使用的时候，将溶媒与冻干粉均匀混合，功效活性物的活性被激发，可以最大程度保证产品的功效，而其与普通精华液相比，具有显著的优点[35]：冻干粉类化妆品的保存时间更长，经过实践证明，与普通精华液相比，就算采用同样的保存方式和运输过程，冻干粉类化妆品的保存期远大于同配方的精华液；冻干粉类化妆品的功能效果更佳。其将具有高活性的活性物与产品其他成分保存，大大保证了活性物的活性；冻干粉类化妆品是在无菌条件下生产制备的，冻干粉状态下，产品水分含量极少，因此微生物难以繁殖且含水量极低，完全不需要添加额外的防腐剂，而防腐剂对人体具有危害作用，常会导致过敏现象；冻干粉类化妆品可以做到一次性使用，以避免普通精华液使用后被污染的可能性；冻干粉类化妆品大大提高了化妆品产品的科技含量的档次，象征着化妆品科学技术的发展与进步。

　2.2.2化妆品级冻干粉与医药级冻干粉注射针剂比较

化妆品级冻干粉还没有统一的国家行业标准，但目前一般是向医药级冻干粉注射针剂的标准看齐。一般化妆品级冻干粉只用于外用，但不能用于破损皮肤及粘膜等，更不能注射，只要接触到了血液就属于医药范畴，就需要国家FDA药品级的批准，其与医药级冻干粉注射针剂区别主要有：生产环境不同，医药级冻干粉注射针剂规定要在GMP药品车间生产，化妆品级冻干粉则没有此规定；成本不同，医药级冻干粉注射针剂在残余含水量、试剂纯度等要求更高，其成本远在化妆品级冻干粉；包装要去不同，医药级标准冻干瓶和橡胶塞等质量要求更高，而化妆品更讲究美观。

　2.2.3生长因子类冻干粉化妆品的应用进展

资料显示，市场上最先出现的冻干粉类化妆品是EGF类冻干粉。一般适合冻干的活性物质为细胞因子类（如细胞因子bFGF、aFGF、EGF等）和生物活性多肽类，其功效性非常强。生长因子是拥有刺激细胞生长活性的细胞因子，因此生长因子类冻干粉在美容化妆品领域有良好应用发展，可用于皮肤损伤修复及日常护理，而多肽是指氨基酸通过肽键形成的化合物，小分子多肽类其分子量介于氨基酸和蛋白质之间，不受营养因子干扰更容易被人体吸收，且生物多肽具有极强的活性和多样性，具有美容护肤方面的独特优越性，冻干粉依据不同的功效成分分为不同类型，有修复类、祛痘类、抗衰类等。常贵珍等人研究含EGF冻干粉的护肤产品对敏感性皮肤屏障功能改善作用，发现EGF冻干粉有助于恢复敏感皮肤患者的皮肤屏障功能。陈秋冬研究发现rh EGF在医学上有显著的创伤修复、愈合伤口等功效，rh EGF冻干粉能够有效地达到去痘修复的效果。张哲将干细胞上清液与小分子多肽混合采用冻干技术制备成冻干粉并测试其功效，结果表明与含透皮促渗剂的溶媒联合使用产品具有明显的抗衰嫩肤和减轻皱纹等功效。熊盛等人选用七肽-6、寡肽-3等九大肽为原料，以甘露糖醇，海藻糖，酵母内含物为辅料采用冻干技术制备出九大肽复合冻干粉，并测试其美容功效，结果表明该冻干粉具有显著的抗衰抗皱，美白保湿功能。

　2.2.4植物来源类化冻干粉妆品的应用进展

近年来，回归安全天然，植物天然存在的化学成分对人体的副作用较很小，化妆品产品中添加植物来源的活性功效成分，也是市场的趋势所在，冷冻干燥技术能较好地保持从植物提取的有效成分的分解和散失降至最低限度，保持药用有效成分的活性。X昕雨、包东毅发明了源于天然绿色植物且具有高美白性的化妆品，其以脱脂小麦胚芽粉为原料，经酶解和纯化并采用冻干技术制得了富含多肽和多糖活性物的冻干粉，并通过实验研究表明该产品的活性物比熊果苷更优异的酪氨酸酶抑制作用，美白效果佳。杨洋采用冻干技术从紫菜中提取类菌胞素样氨基酸，再从山茶花中提取山茶花红色素，再将提取的类菌胞素样氨基酸和山茶花红色素与紫外线吸收剂通过湿法粉碎技术进行超微化组合，制得了对皮肤具有无刺激性且具有提亮肤色的生物防紫外线腮红化妆品。

随着生物技术的发展，生物来源的化妆品原料也得到快速发展，也大大丰富了化妆品原料的种类，目前生物来源类化妆品原料的获取以干燥技术为主，但这些原料易受外界环境影响，对获取环境的要求严苛，需要低温干燥、真空等条件，因此冻干技术很大程度上解决了生物来源化妆品原料的技术限制。

　　3总结与展望

　　3.1总结

真空冷冻干燥技术是干燥技术领域中技术含量高、应用领域广、也是难度较大成本较贵的技术，19世纪初就被人们发现并利用，经过漫长的发展，其不管是理论基础、冻干设备还是冻干工艺方面都得到了许多科学家的研究发展并取得了较丰富的成果，在食品工业、医药工业、材料科学和生物制品等领域应用越来越深。得益于真空冷冻干燥的技术特点，该技术在许多新领域的应用极具潜力，就如本文所提的化妆品领域，传统化妆品的功效并不显著是因为化妆品的活性物质不稳定，容易失去活性，而冻干粉类化妆品因其独特的工艺手法，其活性物质保存时长远远高于没有经过冻干技术处理的化妆品，因此其功效也显著于没有经过冻干技术处理的化妆品，另外传统化妆品中防腐剂对人体皮肤具有刺激性，甚至会导致过敏，而冻干粉类化妆品可以真正做到无菌和零添加防腐剂。当今植物源活性物和基因工程源活性物是功能性化妆品功效活性成分的趋势所在，而冻干技术是保存植物源活性物活性及生物基因工程源活性物活性的最佳的保存方式。

3.2展望

随着化妆品科学技术地发展，冻干技术在化妆品行业中将会得到更广泛的研究应用并有良好的发展趋势，冻干粉剂型化妆品也会在市场流行较长时间，但何时能真正流行起来还需考虑产品成本问题，相比普通化妆品而言，冻干粉类化妆品的制作成本高，要是冻干机的设备损耗，冻干瓶的价格，冻干瓶装量的限制，使用的繁琐等。另外还需多在传统冷冻干燥技术基础上，升级换代，基于专利配方和真空冷冻干燥工艺，创新发展.。但由于前方报道较少，相关文献资源任然匮乏，所以还将摸索和探讨很长一段时间。

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　致谢

时间如流水般一去不复返，不知不觉三年的大学生涯已经临近结束了，论文完成之际也为三年的大学学习生涯画上完美的句点。在这三年的学习和生活中，有太多难以忘怀的事情和经历，至今想起仍能一幕幕地出现在眼前，仿佛就发现在昨天，我想我一生都不会忘记。

在这里首先要非常感谢我的指导老师XXX老师，从刚进大一时就与X老师开始接触，X老师不管是在生活上还是学习上都给予我很大的支持与帮助。而且在本论文的选题，论文框架、实验部分以及论文撰写等方面都给予我细心地指导，使我对论文写作的思路更加清晰，在此向我XXX老师致以崇高的敬意和最衷心的感谢，没有X老师对我的指导与建议，我可能无法按期完成论文的撰写。

最后，我要感谢学院的所有老师对我的栽培，让我有机会接受学习专业的科学知识，最后感谢我的家人、朋友，同学们，正是你们在生活和学习上不断给予我鼓励和建议，我的大学生活才如此充实才会如此缤纷色彩，感谢！