_季铵盐型洗手液的制备及其抗菌性能研究

第 46 卷第 2 期 2016 年 2 月 日 用 化 学 工 业 China Surfactant Detergent Cosmetics Vol 46 No 2 Feb 2016 收稿日期: 2015 10 09; 修回日期: 2016 01 20 基金项目: 广东省中国科学院全面战略合作专项( 2013B091300005) ; 广州市科技计划资助项目( 201510010019) 作者简介: 黎敏珊( 1991 ) ， 女， 广州人， 硕士研究生， E mail: 359923068 qq com。 通讯联系人: 郑成， 教授， 博士生导师， E mail: zhengcheng5512163 com。 季铵盐型洗手液的制备及其抗菌性能研究 黎敏珊， 郑成， 毛桃嫣， 周虹谷， 欧志荣 ( 广州大学 精细化工研究所， 广东广州510006) 摘要: 通过对原料的选择和配方的优化， 制备了一种季铵盐型抗菌洗手液。该洗手液配方( 以质量分数计) 由 0. 75% 十 二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠( AES) ， 2. 25% 十四烷基甲基二羟乙基溴化铵 ( TMDAB) ， 20% 椰油酰胺丙基甜菜碱 ( CAB 35) ， 0. 25%醇醚磺基琥珀酸单酯二钠盐( MES) ， 1. 5% 椰子油二乙醇酰胺( 6501) ， 1% 甘油， 0. 1% 二羟甲基海因 ( DMDMH) ， 少量香精及色素， 少量柠檬酸调 pH 和余量的蒸馏水组成。经过测试表明该洗手液对大肠杆菌和金黄色葡 萄球菌的杀菌率达到 99. 99%和 100%， 产品稳定性、 起泡性好， 生产成本较低， 与市售的某些抗菌洗手液相比， 该洗手液 显示出一定的优越性。 关键词: 洗手液; 季铵盐; 抗菌; 配方 中图分类号: TQ649文献标识码: A 文章编号: 1001 1803( 2016) 02 0089 03 DOI: 10 13218/j cnki csdc 201602006 Preparation and performance of a quaternary ammonium salt based antibacterial hand sanitizer LI Min shan， ZHENG Cheng， MAO Tao yan， ZHOU Hong gu， OU Zhi rong ( Fine Chemical esearch Institute， Guangzhou University， Guangzhou， Guangdong510006， China) Abstract: By selecting and optimizing the formulation of components， a quaternary ammonium salt based antibacterial hand sanitizer was prepared The formulation ( expressed as mass fraction)consists of 0. 75% sodium ethoxylated dodecyl alcohol sulfate ( AES) ， 2. 25% tetradecylmethyldihydroxyethylammonium bromide ( TMDAB) ， 20% cocamidopropyl betaine ( CAB 35) ， 0. 25% disodium ethoxylated alcohol succinic acid monoester sulfonate ( MES) ， 1. 5% coconut acid diethanolamide ( 6501) ， 1% glycerin， 0. 1% dimethylol dimethyl hydantoin ( DMDMH) ， a little amount of fragrance and colorant， as well as a small amount of citric acid for adjusting pH value The balance is distilled water Test results of the product showed that the sterilization efficacy for Escherichia coli and Staphylococcus aureus achieves 99. 99% and 100% respectively The stability and foaming performance of the product are well Besides， its production cost is rather low As comparing with some liquid hand cleaners from the market， the prepared product shows somewhat better antibacterial efficacy Key words: hand sanitizer; quaternary ammonium salt; antibacterial; formulations 目前， 我国常见市售抗菌洗手液的抗菌成分主要 有邻苯基苯酚( OPP) 、 三氯羟基二苯醚 ( DP300) 、 4 氯 3， 5 二甲酚( PCMX) 、 三氯均二苯脲( TCC) 以及新洁尔灭消毒液 1 。这些传统的抗菌剂一般是 对人体以及环境有一定危害的氯类、 苯酚类化合物。 有报道 2 指出含苯环的物质会对微生物的降解能力 有很大影响， 从而造成二次污染。因此开发一种去污 效果好、 安全、 低刺激、 具有抗菌能力、 对环境友好且低 成本的新型洗手液具有重要的意义。 1935 年研究者发现季铵盐有很强的杀菌性4 ， 随 后， 季铵盐作为抗菌剂的研究引起了人们的高度关注。 本课题组 5， 6 前期研究了带双羟基和长链烷基的季铵 盐的合成及性能， 采用微波和无溶剂合成的方法， 可以 在反应时间短， 转化率高的情况下合成出抗菌效果较 好的 季 铵 盐， 即 十 四 烷 基 甲 基 二 羟 乙 基 溴 化 铵 ( TMDAB) 6 。该物质具有良好的增溶性、 乳化性及可 98 开发与应用日用化学工业 第 46 卷 微生物降解性等优点， 因此本实验将用 TMDAB 作为 抗菌成分应用到洗手液的配方中， 重点考察 TMDAB 对洗手液的抗菌性能， 旨在配制出稳定性、 起泡性好， 成本较低且对环境友好的抗菌洗手液。 1实验部分 1. 1主要试剂与仪器 十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠( AES) 、 醇醚磺基琥 珀酸单酯二钠盐( MES) 、 椰子油二乙醇酰胺( 6501) 、 椰油酰胺丙基甜菜碱( CAB 35) 、 可食用色素、 二羟 甲基海因( DMDMH) 、 甘油、 香精， 均为工业级， 广州恒 广复合材料有限公司; 柠檬酸， 分析纯， 潍坊英轩实业 有限公司; TMDAB， 实验室自制6 ; 营养琼脂， 分析纯， 广东环凯微生物科技有限公司; 大肠杆菌、 金黄色葡萄 球菌， 广东省微生物化学研究所。FA2004 电子分析天 平， 上海良平仪器仪表有限公司; ZHJH 1112 超净化 工作台， 上海智城分析仪器制造公司; DX100 立式自 动电热压力蒸汽灭菌器， 上海申安医疗器械厂; SHP 250 生化培养箱， 上海森信实验仪器有限公司。 1. 2实验方法 1. 2. 1洗手液的制备 阴阳离子表面活性剂复配溶液的配制: 以配制 100 g 复配溶液为例， 在保持 AES 和 TMDAB 的质量分 数为 10%的前提下， 参照文献 11 设置一系列配比， 根据复配比例称取一定量的 AES 加入 90 g 水中并于 60 80 下搅拌溶解， 然后冷却至 40 左右， 继续加 入一定量的 TMDAB 搅拌溶解， 冷却至室温待用。 洗手液的配制: 以制备 100 g 洗手液为例， 根据配 方用量取一定量的阴阳离子表面活性剂复配溶液于烧 杯中常温搅拌， 向复配溶液中依次滴加( 以质量分数 计) 20% 30% CAB 35， 1% 甘油， 1. 5% 6501， 接着 加入少量柠檬酸调 pH 至中性， 然后加入 0. 1% 防腐剂 DMDMH 以及少量的外观调节剂色素、 香精， 最后再加 入蒸馏水补足余量， 继续搅拌 0. 5 h 后得到产品。 1. 2. 2洗手液各项性能指标的测定 参照 GB 19877. 1 2005 和 QB 2654 2004 测定 洗手液感官指标( 外观、 气味和稳定性) 、 pH 和总活性 物含 量; 参 照 GB 15979 2002 进 行 抗 菌 性 能 测 试 7 9 ; 参照文献 10 进行起泡性能测试。 2结果与讨论 2. 1配方组分的选择 季铵盐 TMDAB 具有较好的抗菌性能， 生产工艺 简单、 价格便宜、 刺激性低且微生物降解性能好， 因此 可作为该配方中的抗菌成分。为了保证季铵盐型抗菌 洗手液仍具有良好的去污效果、 起泡性等特点， 配方中 一般需要引入阴离子表面活性剂， 然而阴阳离子表面 活性剂复配由于正负电荷的相互影响较大， 可能会出 现复配体系不稳定等不良现象， 因此本实验需要考察 该复配体系应用在配方中对产品的稳定性和抗菌性能 等的影响。 AES 为阴离子表面活性剂， 具有优良的洗涤 特性， 去污力强、 刺激性低、 无毒、 生物降解性好、 耐硬 水且价格便宜， 通过单因素试验发现 AES 与 TMDAB 复配后， 对 TMDAB 发挥抗菌性能的影响相对较小。 由于复配体系的性能通常比单一表面活性剂占优势， 所以配方中一般会有 2 3 种的表面活性剂复配产生 协同效果。CAB 35 为两性表面活性剂， 能够与阴离 子表面活性剂复配产生较好的协同效果， 使起泡性、 稳 泡性和去污力得到一定的提高， 而且不影响 TMDAB 发挥抗菌性能; MES 为阴离子表面活性剂， 泡沫丰富、 温和低毒且不伤手; 6501 为非离子表面活性剂， 具有 增稠、 助洗、 稳泡和发泡的作用。甘油作为保湿剂， 柠 檬酸用于调节 pH， DMDMH作为防腐剂， 外观调节可适 当加一些水溶性的色素和香精。 2. 2阴阳离子表面活性剂的复配 以配制 100 g 复配溶液为例， 固定 AES 和 TMDAB 的质量分数为 10%的前提下， 考察 AES 和 TMDAB 的 质量比对复配溶液性能的影响， 实验结果见表 1。 表 1 AES 与 TMDAB 的复配比及其性能测试结果 Tab. 1Blending composition of AES and TMDAB and the performance test results m( AES) m( TMDAB) 稳定性 杀菌率/% 大肠杆菌金黄色葡萄球菌 6 1好35. 21100 4 1好40. 54100 3 1差43. 52100 2. 5 1差48. 31100 2 1差52. 45100 1. 5 1差80. 32100 1 1差100100 1 1. 5差100100 1 2好100100 1 2. 5好100100 1 3好100100 由表 1 可以看出， 当 AES 和 TMDAB 的质量比为 6 1， 4 1， 1 2， 1 2. 5 和 1 3时， 复配体系可以稳定存 在， 其原因可能是复配体系暂时未形成难以分离的胶 09 第 2 期黎敏珊， 等: 季铵盐型洗手液的制备及其抗菌性能研究开发与应用 束， 因而能以稳定的澄清透明状态存在。当 AES 和 TMDAB 质量比在 3 1 1 1. 5 的范围内， 出现大量白 色絮状物， 溶液稳定性很差， 其原因可能是二者在强静 电作用的影响下相结合， 形成分子量较大的凝絮物。 此外， 当 AES 的质量比 TMDAB 的多时， 对大肠杆菌的 抗菌性能较低， 造成这样的结果可能是因为在复配过 程中， 季铵盐的电荷被中和， 正电性减弱。从目前季铵 盐的抗菌原理可知其抗菌过程为: 季铵盐吸附在菌体 表面， 然后穿透细胞壁， 随之与细胞膜结合， 从而扰乱 细胞膜组成， 导致细胞内物质外漏， 最终使菌体死 亡 4 。由于正电荷的减少， 导致吸附带负电性的细菌 的作用力减弱， 因此抗菌性能下降。综合表 1 测试结 果， 选取 AES 与 TMDAB 的质量比为 1 2， 1 2. 5和 1 3 进行后续实验。 2. 3正交试验 在实验中发现， 如果配方中不加 MES， 产品稳定 性及抗菌性能虽好， 但是产品的黏度过大导致手感及 起泡性不好; 如果加入少量 MES， 手感及起泡性有所 改善， 但由于 MES 是阴离子表面活性剂， 对季铵盐的 抗菌 效 果 又 有 一 定 影 响。此 外， 在 实 验 中 发 现 CAB 35的用量过多或者过少均会使体系不稳定。因 此， 综合考虑各方面的影响因素， 以配制 100 g 洗手液 为例， 以大肠杆菌杀菌率为考察指标， 采用四因素三水 平的正交试验， 确定较佳的洗手液配方。因素水平见 表 2， 正交试验结果见表 3。 表 2洗手液配方因素水平表 Tab. 2Levels and factors for orthogonal designed tests 水 平 A m( MES) /g B m( CAB 35) /g C m( AES) m( TMDAB) D m( 复配 溶液) /g 10. 15201 220 20. 25251 2. 530 30. 35301 340 表 3正交实验结果分析 Tab. 3Orthogonal test results analysis 序号ABCD 大肠杆菌 杀菌率/% 1111190. 00 2122299. 70 3133399. 75 4212399. 99 5223198. 03 6231297. 10 7313294. 32 8321380. 23 9332170. 31 k196. 4894. 7789. 1186. 11 k298. 3792. 6590. 0097. 04 k381. 6289. 0597. 3793. 32 16. 755. 728. 2610. 93 由表 3 可知， 各因素影响大肠杆菌杀菌效果的顺 序为 A D C B， 较佳实验组合为 A2B1C3D2， 即以配 制100 g 的洗手液为例， 较佳配方为: m( MES)=0. 25 g， m( CAB 35)= 20 g， m( AES) m( TMDAB)= 1 3， m( 复配溶液)=30 g。根据表 3 配制的 9 组洗手液分 别做金黄色葡萄球菌抗菌性能测试， 结果显示， 9 组实 验所得产品对金黄色葡萄球菌的杀菌率均达到 100%， 且每组实验稳定性均良好。在较优的实验条件 下进行了 3 次重复实验， 其对大肠杆菌的杀菌率分别 为 99. 99%， 99. 99% 和 99. 98%， 实验的重现性良好， 对大肠杆菌的杀菌效果较好。 2. 4与市售抗菌洗手液的性能对比 从市场购入 2 大品牌抗菌洗手液， 按照国标 7 9 要求配制一定浓度的溶液做抗菌性能、 起泡性能以及 稳定性能测试， 并与实验抗菌效果较佳的洗手液产品 进行对比， 实验结果见表 4。 表 4实验所得较佳产品与某些市售洗手液产品的抗菌性能测试结果比较 Tab. 4Comparison of performance test results for the prepared product and some commercial products from market 测试样品 杀菌率/% 大肠杆菌金黄色葡萄球菌 初始泡沫高度/cm稳定性w( 总活性物) /% 实验所得较佳产品99. 9910012. 50好11. 31 某品牌洗手液 199. 99 10011. 60好13. 45 某品牌洗手液 265. 67 10011. 54好11. 20 由表 4 可知， 与市售的抗菌洗手液对比， 本实验根 据较佳配方所研制的抗菌洗手液在抗菌效果上具有一 定的优势， 对大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌的杀菌率 达到 99. 99%和 100%， 而且稳定性好， 总活性物含量 符合国家标准8 ， 起泡性比市售的洗手液稍好。 ( 下转第 100 页) 19 开发与应用日用化学工业 第 46 卷 成抑制率较低， 但其安全性较高; 与相同质量分数的啤 酒来源日本酵母提取物( A) 和国产酵母提取物( B) 相 比， WAE 的细胞安全性和黑素抑制效果均较优。 表 3WAE、 VC及啤酒来源日本酵母提取物( A) 和国产酵母 提取物( B) 对细胞黑素合成的抑制率 Tab. 3Inhibition of WAE， VC， Japanese beer yeast extract ( A) and domestic beer yeast extract ( B)on melanogenesis 样品 w/% 细胞存活 率/% 细胞中黑素 含量/% 黑素合成 抑制率/% WAE0100. 0 2. 13100. 00 1. 120 WAE0. 1099. 40 1. 2331. 68 1. 78*68. 32 WAE0. 0599. 83 3. 7048. 32 1. 21*51. 68 WAE0. 0199. 56 1. 1380. 23 0. 92*19. 77 VC0. 05 73. 80 1. 894. 74 0. 3195. 26 VC0. 01 83. 24 2. 02*57. 84 0. 9142. 16 A0. 1097. 59 3. 1180. 86 2. 6619. 14 A0. 05100. 20 2. 4486. 64 1. 8713. 36 A0. 01104. 43 2. 3489. 45 2. 2210. 55 B0. 107. 55 0. 98119. 45 1. 48* B0. 057. 28 1. 02110. 87 2. 01* B0. 0182. 74 2. 03*94. 47 1. 985. 53 注: 与空白对照组相比， P 0. 01， *P 0. 05。 3结论 WAE 具有促进成纤维细胞增殖作用， 可作为抗衰 老、 恢复弹性蛋白和胶原蛋白的合成速度的原料应用 于化妆品。WAE 可以抑制黑素的生成， 且安全性与美 白功效、 促进成纤维细胞活性功效均优于啤酒来源日 本酵母提取物和国产酵母提取物， WAE 可作为一种安 全性高且功效明显的美白原料应用于化妆品中。 参考文献: 1赵小敏， 赵云珊， 瞿欣 纯天然酵母提取物的皮肤美白功效J 日 用化学工业， 2011， 41( 4) : 268 270 2SHOJI T， MASUMOTO S， MOIICHI N， et al Procyanidin trimers to pentamers fractionated from apple inhibit melanogenesis in B16 mouse melanoma cellsJ J Agric Food Chem， 2005， 53( 15) : 6105 6111 3张建， 巫玮， 万玉华， 等6 种中药组方对小鼠 B16 黑素瘤细胞增殖 和黑素生成的影响J 实验动物比较医学， 2011， 31( 1) : 52 56 4PAVEZ S， KANG M， CHUNG H S， et al Survey and mechanism of skin depigmenting and lightening agentsJ Phytother es， 2006， 20 ( 11) : 921 934 5刘之岱， 熊丽丹， 李利3T3 中性红摄取法评价化妆品光毒性作用 J 日用化学工业， 2012， 42( 2) : 120 122 6宋长伟， 熊丽丹， 王裕军， 等 新型龙胆酸衍生物的合成及其抑制 酪氨酸酶活性研究J 有机化学， 2012， 32( 9) : 1753 1758 7GASPA L ， CAMAGO J F B， GIANETI M D， et al Evaluation of dermatological effects of cosmetic formulations containing Sacchromyces cerevisiae extract and vitamins J Food and Chemical Toxicology， 2008， 46: 3493 3500 8尤新 酵母提取物J 精细与专用化学品， 2002( 17) : 25 26 9孙素姣， 苏顺琴， 徐继鹏 UVA1 对人工皮肤成纤维细胞光损伤的 影响J 皮肤病与性病， 2009， 31( 3) : 1 3 10李中良， 伍津津， 杨桂红， 等 用于替代皮肤刺激试验的组织工程 表皮模型的构建研究J 中国修复重建外科杂志， 2011， 25( 2) : 129 131 11 EL GHALBZOUI A， SIAMAI ， WILLEMZE ， et al Leiden reconstructed human epidermal model as a tool for the evaluation of the skin corrosion and irritation potential according to the ECVAM guide- linesJ Toxicol in Vitro， 2008， 22( 5) : 1311 1320 12SPIEKSTA S W， DOS SANTOS G G， SCHEPE J， et al Potential method to determine irritant potency in vitro: Comparison of two recon- structed epider