牙膏防腐体系优化：解析pH缓冲剂及3种表活对牙膏防腐性能的影响

本文通过防腐挑战测试方法研究牙膏中pH缓冲剂、表面活性剂对牙膏配方防腐性能的影响。研究结果表明，牙膏配方中添加一定量的pH缓冲剂可以提升该体系牙膏配方对真菌的防腐性能，K12可以有效提升牙膏配方的防腐性能，K12与APG复配时需控制比例，为设计出更加安全有效的产品配方提供参考。

研究亮点速览

①pH缓冲剂提升真菌防腐性能：添加碳酸氢钠、焦磷酸四钠等pH缓冲剂可显著提升碳酸钙基质牙膏的真菌防腐效能，但对二氧化硅体系及细菌防腐性能影响不明显。

②焦磷酸钠存在增效阈值：当焦磷酸钠添加量为0.4%时，对碳酸钙体系牙膏的真菌防腐性能提升最明显，继续增加用量效果不显著。

③K12显著增强防腐性能：阴离子表面活性剂月桂醇硫酸酯钠（K12）对细菌和真菌防腐均有良好增效作用，能显著提升配方的整体防腐能力。

④CAB对防腐性能影响小：两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB）对牙膏配方的细菌和真菌防腐性能均无明显影响。

⑤APG明显削弱防腐效果：非离子表面活性剂月桂基葡糖苷（APG）会显著降低配方的细菌和真菌防腐性能，尤其在添加量达1%时，配方已无法通过真菌防腐挑战。

⑥K12与APG复配需控制比例：在含2% K12的配方中，APG添加量超过1%时会严重削弱真菌防腐性能，影响配方稳定性。

01

实验部分

主要试剂

①苯甲醇(99%，托尔专用化学品(镇江)有限公司)；

②苯甲酸钠(99%，武汉有机实业有限公司)；

③月桂醇硫酸酯钠(K12，92%，四川省亿丰油脂化学有限责任公司)；

④椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB，45%，赢创特种化学(上海)有限公司)；

⑤月桂基葡糖苷(APG，50%，巴斯夫(中国)有限公司)；

⑥焦磷酸四钠(97%，江苏德邦多菱科技有限公司)；

⑦碳酸氢钠(100%，河南中源化学股份有限公司)；

⑧柠檬酸钠(99%，湖南洞庭柠檬酸化学有限公司)；

⑨氯化钠(天津市大茂化学试剂厂，分析纯)。

02

实验结果与讨论

01

pH缓冲剂对牙膏配方防腐性能的影响

⑴缓冲剂种类对牙膏配方防腐性能的影响

选择碳酸氢钠、焦磷酸四钠、柠檬酸钠这几种牙膏常用pH缓冲剂作为研究对象。基础配方中发泡剂均采用月桂醇硫酸酯钠(K12)，添加量均为2.0%。具体实验设计如表1。

从表2可以看出，碳酸钙基质牙膏与二氧化硅基质牙膏均可以很好通过细菌防腐挑战实验，pH缓冲剂的加入对碳酸钙体系及二氧化硅体系配方细菌防腐性能增效作用不明显。

从表3可以看出，碳酸钙基质牙膏加入pH缓冲剂可以很好提升配方真菌防腐效能。二氧化硅基质牙膏5#-8#样，pH缓冲剂的加入对二氧化硅体系配方真菌防腐性能增效作用不明显。

⑵缓冲剂添加量对牙膏配方防腐性能的影响

根据上述实验结果，选择其中一种缓冲剂焦磷酸四钠作为代表，验证不同添加量对碳酸钙基质牙膏真菌防腐性能的影响。牙膏基础配方与表1相同，添加不同量的焦磷酸四钠，具体实验如表4。

结合表4与表5可知，配方中焦磷酸钠添加量为0.2%时，真菌防腐挑战实验结果与基础配方无明显差异，当配方中焦磷酸钠添加量为0.4%时真菌防腐性能提升明显，添加量增加到0.6%时，防腐性能未有明显提升。通过对比1#样与12#样防腐挑战实验结果可知，防腐剂苯甲醇添加量由0.5%提升到0.7%，真菌防腐性能未有明显改善。

02

表面活性剂种类及添加量对防腐性能的影响

牙膏配方中加入一定量的表面活性剂，可以起到乳化香精提升体系稳定性的作用，同时刷牙时产生丰富的泡沫，提升产品清洁能力，故牙膏原料分类中也将配方中的表面活性剂定义为发泡剂。不同类型表面活性剂性能上差异明显，研究过程中发现不同类型表面活性剂对牙膏配方的防腐性能具有较大影响。

选择月桂醇硫酸酯钠(K12)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)、月桂基葡糖苷(APG)3种牙膏常用表面活性剂剂作为研究对象，结合表6与表7、表8可知：

①通过对比13#样与14#、19#样与20#样的测试结果可知，2种不同基质的配方中添加2%K12均可以显著提升配方细菌、真菌防腐性能，说明阴离子表面活性剂K12对2种防腐剂抑制细菌与真菌方面均有良好的增效作用；

②分别对比13#样与15#、19#样与21#样测试结果可知，添加2%CAB对配方细菌、真菌防腐性能无明显影响；

③分别对比13#样与16#、19#样与22#样测试结果可知，添加2%APG配方防腐性能下降明显，说明非离子表面活性剂APG对2种防腐剂均有拮抗作用，影响了防腐剂的作用效果。

④通过14#样的测试结果与17#、18#样测试结果对比，20#样测试结果与23#、24#样测试结果对比可知，不同实验组之间细菌防腐挑战实验结果差别不大，均可优秀通过28天细菌防腐挑战实验。

⑤在配方中加入2%K12前提下，2%CAB与2%APG对配方细菌防腐挑战实验结果没有显著影响；CAB的加入对配方真菌防腐性能影响不大；加入2%APG的对2种不同基质配方的真菌防腐性能均产生较大影响，配方无法通过防腐挑战实验。

⑴非离子表面活性剂添加量对牙膏配方防腐性能的影响

根据上述实验结果，进一步验证不同APG添加量对两种不同基质牙膏真菌防腐性能的影响。单独使用APG等非离子表面活性剂作为牙膏的发泡剂很难满足牙膏泡沫丰富的需求，目前APG在牙膏中的应用多是与K12进行复配，故单独研究APG单一原料使用剂量对配方防腐性能影响对牙膏配方开发指导意义不大。基于上述情况本研究在K12含量一定的条件下测试不同APG添加量对牙膏防腐性能的影响，牙膏基础配方与表6相同，具体实验如表9。

结合表9与表10：

①分别对比14#样与25#、26#样测试结果，20#样与28#、29#样的测试结果，配方中APG的添加量为0.1%、0.5%时，2种基质配方真菌防腐性能与只添加K12配方无显著性差异；

②通过对比18#样与27#样、24#样与30#样的防腐挑战实验结果可知，当APG添加量为1%时真菌防腐性能下降明显，已经无法通过真菌防腐挑战实验，且添加量增加到2%时，防腐性能与添加1%APG配方相当；

③同时，2种不同基质膏体在同样APG添加量下，防腐性能相当。

03

结论

①牙膏配方中添加一定量的pH缓冲剂可以提升该体系牙膏配方对真菌的防腐性能，这是由于缓冲剂可以有效结合碳酸钙基质配方中少量水解的钙离子；

②当配方中焦磷酸钠添加量为0.4%时已经可以很好起到防腐增效作用，继续提升添加量对防腐性能改善不明显；

③阴离子表面活性剂月桂醇硫酸酯钠(K12)可以有效提升牙膏配方防腐性能，包括细菌防腐性能与真菌防腐性能；

④两性表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)对不同基质配方的防腐性能无明显影响；

⑤非离子表面活性剂月桂基葡糖苷(APG)对不同基质牙膏配方的细菌、真菌防腐性能均有较大影响；

⑥在2%月桂醇硫酸酯钠(K12)的基础上复配月桂基葡糖苷(APG)的技术方案中，当月桂基葡糖苷(APG)的添加量1%时，对配方真菌防腐性能影响较大，本研究设计的配方已无法通过真菌防腐挑战实验。

通过以上实验可知，牙膏配方中表面活性剂的搭配、部分小料的添加等都会对防腐性能产生影响，在设计配方时可通过对配方体系的优化来降低其他原料对防腐剂的影响或产生最大的防腐增效作用，从而达到更加优异的防腐效果。

来源：转载自《日用化学品科学》2024年11月第47卷第11期 P51-P56