【原料介绍】化妆品高性能原料——壳聚糖及壳寡糖

2016.12.16

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一、什么是壳聚糖和壳寡糖？

自1859年，法国人Rouget首先得到甲壳素(chitin)后法国人开始在从甲壳素进一步提纯方面开始漫长的研究。

直到1997年布列塔尼南大学生物医学部使用低温加灌惰性气体萃取技术从海虾中萃取高达95%脱乙酰基的壳聚糖。至此，开始了壳聚糖在化妆品和医药上的研究和应用。

壳聚糖(chitosan)，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，是由甲壳素经过脱乙酰作用得到的，一般而言，N-乙酰基脱去55%以上的就可称之为壳聚糖。

壳寡糖，利用壳聚糖为原料，把壳聚糖降解为小分子，就是壳寡糖。其分子量在2000左右，聚合度为2-20。我们也可以把壳寡糖理解为小分子的壳聚糖。

二、壳聚糖的功效特点

1、螯合重金属

一般而言，由于生产设备和生产工艺的原因，化妆品中或多或少会带入重金属，重金属不但会影响皮肤，过多的重金属甚至能够伤害内脏器官。而壳聚糖的一个显著特性是吸附能力强。许多低分子量的材料，比如金属离子、胆固醇、甘油三酯、胆酸和有机汞等，都可以被壳聚糖吸附。现已证明壳聚糖是高效的螯合物介质。壳聚糖吸附能力的大小取决于其脱乙酰度的含量，脱乙酰度越大，吸附能力越强。

2、广谱抗菌性

壳寡糖显示出明显的抗菌活性，抗菌效果随浓度的增高增强。壳寡糖浓度为100mg/mL时对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较好的抑制效果，Benhabiles M Syanjiule等研究了不同分子量和脱乙酰度的壳聚糖和壳寡糖对四个革兰氏阳性菌和七革兰氏阴性菌的抑菌活性，研究发现壳寡糖对上述实验所用菌均有良好的抑菌效果。将壳寡糖制成膏霜类等化妆品，可减少细菌、真菌的感染，阻碍原菌的生长，抑制皮肤表面有害菌滋生、抑菌和抗皮肤病等功效，可对破损的肌肤不但不会引起感染，还会促进肌肤的愈合，消除疤痕及痘印。壳寡糖还可添加在牙膏中抑制口腔细菌。

3、保湿性

透明质酸(简称HA)是现在化妆品中常用的一种保湿剂，壳寡糖与透明质酸有类似的结构和性能，可以作为HA的替代品应用于化妆领域。透明质酸是由N-已酰氨基葡萄糖及D-葡萄糖醛酸的重复结构组成的线形多糖结构，壳寡糖是由2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖残基和2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖残基，以不同的比例通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性多糖；二者分子结构中的重复单元均是六元杂环分子，透明质酸含有活性官能团羧基、羧基及酰胺结构，壳寡糖含有活性基团羟基和氨基，还含有少量的N-乙酰氨基，在一定条件下可以进行羧基化反应和酰胺缩合反应；二者均可以形成分子内和分子间的氢键，有良好的溶解性能，形成粘弹性流体，可以填充在细胞与胶原纤维空间之中并覆盖在某些表皮组织上；透明质酸的制造工艺复杂，原料较贵，成本高，壳寡糖来源于自然界中可再生资源-甲壳素，制备工艺简单，生产成本低于透明质酸。日、韩等国已经利用壳寡糖的特殊性能研制出精华类和清洁类产品。

在面膜材料中，保湿性纤维的吸湿性强弱与纤维分子中亲水性基团的数量、纤维结构的微孔性及纤维之间的饱合性有关。壳聚糖纤维因其大分子结构中含有大量的亲水性基团，同时又是通过湿法纺丝而成，分子间形成了许多微孔结构，致使纤维具有很好的透气性和保水率，一般保水率在150%以上，高亲水性可增加皮肤舒适感，保护皮肤不干燥。

4、抗氧化防衰老

国内外研究者对壳寡糖及其衍生物的抗氧化性进行了研究，张敬晗等通过实验发现，在实验设定的浓度范围内，壳寡糖比壳聚糖、羧甲基壳聚糖清除羟自由基的能力大，且清除能力随溶液浓度增加而增大，以0.32mg/mL壳寡糖的清除率最大，为97.81%，相当于0.64mmol/L抗坏血酸的清除羟自由基能力。Dai-Hung Ngo等用电子自旋共振研究了没食子酰壳寡糖的抗氧化性，实验研究表明，没食子酰壳寡糖可提高超氧化物歧化酶（SOD）的活性。郭芳宁等的研究表明，2.0mg/mL的壳寡糖铁配合物对超氧阴离子自由基的清除率为59.84％，对DPPH自由基的清除率为65.76％。壳寡糖可以吸收紫外线、消除自由基、活化细胞，有良好的抗氧化、抗衰老、抗疲劳作用，因此可用于化妆品中达到美白、抗皱、调理的效果。

5、壳寡糖的通透与促透功效

壳寡糖在皮肤表面可以形成半透膜，有良好的透气性，又不干扰表皮废物和毒素的排泄，用于护发产品中可以保持头发表面的成膜通透性，湿润易梳理，使头发具有自然光泽，并能抗静电、防灰尘、止痒去头屑。壳寡糖的游离氨基可螯合重金属，封锁金属离子，可以用于开发高级的保湿和美白化妆品。林婕等发现分子量3000，浓度3mg/mL的壳寡糖的促透功效与化妆品常用的促透剂水溶性氮酮相近，可作为天然促透剂用于化妆品中。

6、生物相容及可降解性

壳聚糖和壳聚糖作为低等动物组织中的纤维成分，从大分子结构上来看，它们既相似于植物组织中的纤维素结构，又与高等动物组织中的胶原质结构相类似。因此它们不但与人体有着极好的生物相容性，同时又可被生物体内的溶解酶分解成糖原蛋白为人体吸收。

7、安全性

壳聚糖和壳寡糖经急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性、染色体畸形试验、胚胎毒性和致畸胎试验、骨髓细胞微核试验等一系列毒理学试验，研究表明壳聚糖和壳寡糖对人体无毒。

壳聚糖是迄今为止发现的自然界中唯一存在的阳离子型可食用纤维，其在医用敷料领域同样拥有极其广泛的应用价值。

8、防静电、防紫外线

壳聚糖是世界上唯一一种只带正电荷的生物纤维，不会产生静电，可避免因静电导致的皮肤瘙痒等，因此很多化妆品研发工程师会使用壳聚糖作为面膜。此外也有研究表明壳聚糖具有一定的防晒功效。

9、新生能力

研究表明，壳聚糖能修复受损细胞及过敏肌肤，活化细胞、加快细胞新生。

根据美国芝加哥大学的研究显示，由壳聚糖制成的医用敷料在减少创面渗液、减轻创面疼痛、缩短疼痛时间、促进创面愈合等方面总有效率达90%，显效率达83.3%，比常规治疗创面愈合时间缩短20%。日本在2014年底，将壳聚糖敷料列为日本政府特许的唯一准许宣传疗效的功能型商品。

三、其应用前景

广州天成化妆品公司技术总监万恒军告诉记者，相对于现在市面上最流行的天丝纤维来说，壳聚糖这一材料制作成的面膜基布对肌肤的刺激性更低，对重金属一类有害物质的吸附性强，可以说是现在性能最优秀的面膜基布之一。而且其成纤性较好，在生产过程中无需添加胶类成纤，对于敏感肌肤十分适用。

但是，壳聚糖生产成本比天丝纤维高，这是其在市场上普及的一大障碍。谢文福对记者说，一片天丝面膜基布的成为约为2角钱，而壳聚糖材料基布则约为7角，价格高达天丝材料的3倍多。如果营养液、包装等其他变量一致，那壳聚糖基布的面膜贴价格比天丝基布面膜贴价格要高出10%-30%。“如果能想办法降低成本，壳聚糖材料在市场上会更火。”他说。

技术信息：

科技创新与应用2014年第27期《壳寡糖的性能及其在化妆品中的应用》.

中国纺织报《壳聚糖非织造布或将超越蚕丝纤维成医用面膜纸主体材料》.

曲朵深海护肤《只为脱颖而出——曲朵“壳聚糖”面膜》.

化妆品财经在线《面膜基布新神器：壳聚糖非织造布有哪些独特之处》.

张敬晗等《壳聚糖及其衍生物清除羟自由基的能力》2008.

Ngo. Etal.《Antioxidant activity of gallatechitooligosaccharides in mouse macrophage》2011.

郭芳宁《壳寡糖铁配合物的合成及抗氧化作用》2013.

林婕.《化妆品功效成分的透皮吸收机理》2009。