Биоповреждения и защита косметических товаров

Е. Л. Пехташева, А. Н. Неверов, Г. Е. Заиков,

О. В. Стоянов, С. Н. Русанова

БИОПОВРЕЖДЕНИЯ И ЗАЩИТА КОСМЕТИЧЕСКИХ ТОВАРОВ

Ключевые слова: биоповреждения, биозащита, микроорганизмы, старение, стабилизация, косметические товары.

Обсуждаются вопросы биоповреждений и защиты косметических товаров. Показана роль различных микроорганизмов в процессе биодеструкции. Предлагаются пути биозащиты от повреждений.

Keywords: biological damage, biological protection, microorganisms, aging, stabilization, cosmetic products.

The questions of biological damage and protection of cosmetic products are discussed. The role of various microorganisms in the biodegradation process is shown. The ways of biological protection from damages are suggested.

В группе косметических товаров наиболее сильно повреждаются микроорганизмами косметические кремы, широко применяемые у нас в стране и за рубежом. Большинство косметических кремов представляют собой сложные эмульсионные системы типа вода в масле или масло в воде, в состав которых входят жидкие и твердые жировые компоненты, вода, биологически активные вещества [1-5]. Ранее в работах [6,7] были рассмотрены общие вопросы биоповреждений непищевых продуктов и их защиты

Микроорганизмы развиваются в водной и не растут или почти не растут в жировой фазе эмульсий. Поэтому наиболее благоприятные условия для развития микроорганизмов создаются в эмульсиях типа "масло - вода". Особенно сильно поражают эмульсии бактерии, относящиеся к группе грамотрицательных палочек, среди которых наиболее опасны представители родов Pseudomonas, Enterobacter и Achromobacter. Большинство компонентов косметических эмульсий представляют собой сложные эфиры высокомолекулярных спиртов и жирных кислот. Воздействие микроорганизмов на такие субстраты начинается с их гидролиза под влиянием внеклеточных эстераз. Однако наличие эстеразной активности не единственное условие для роста бактерий на таких средах. Необходимо, чтобы бактерии включали образовавшиеся в результате гидролиза соединения в процессы метаболизма.

Большое содержание в кремах воды, соединений углерода и азота, доступ воздуха, а также хранение косметических кремов при температуре +(20... 30) °С создают благоприятные условия для развития в них различных микроорганизмов, которые могут использовать в качестве источника углерода и энергии такие компоненты, как глицерин, пентол, моносахарат, косточковое масло, кондитерский жир, ланолин, апилак, эмульсионные воски, азулен, эвкалиптовое и парфюмерное масла, спермацет, гидрированные спирты кашалотового жира. Но наибольшая интенсивность роста числа бактерий отмечалась на средах, содержащих пентол, апилак, глицерин, и в меньшей степени - кондитерский жир.

Из испорченных косметических изделий были выделены различные микроорганизмы: плесневые грибы Penicillium glaucum, Aspergillus niger,

Aspergillus glaucus, представители дрожжей Torula, Candida, Saccharomyces; бактерии из родов Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomonas (по данным американских ученых, самое большое распространение получила синегнойная палочка, которая трудно поддается подавлению), а также Aerobacter aerogenes и Escherichia coll.

В России и ряде других стран проводится обязательный микробиологический контроль различных косметических изделий (кремов, зубных паст, шампуней). Испытания косметических товаров по микробиологическим показателям аналогичны испытаниям пищевых продуктов (определение количества микроорганизмов - бактерий, плесневых грибов, дрожжей на 1 г вещества).

Микробиологический контроль необходим не только потому, что микроорганизмы, попадающие в косметические препараты, могут вызвать их повреждение, но и потому, что присутствие в косметике патогенных бактерий может быть причиной возникновения кожных заболеваний.

Этот контроль распространяется не только на установление подверженности того или иного продукта микробной порче, но он включает также наблюдение за соблюдением микробной чистоты исходного сырья в ходе процесса производства и готового продукта. Сюда входят, прежде всего, определение общего числа микроорганизмов и разделение косметических препаратов по категориям и связанным с ними критериям микробной чистоты.

Источником заражения большинства косметических товаров может явиться зараженное сырье и неблагоприятные условия производства. В связи с этим производство косметических товаров должно проходить в стерильных условиях, исключающих попадание извне микроорганизмов. Создание абсолютно стерильных условий стоит очень дорого, поэтому в косметической промышленности стремятся создать оптимальные условия производства, для чего:

• все сырье проверяют на содержание микроорганизмов;

• емкости, используемые для изготовления составов, стерилизуют, например, еженедельно путем длительного прогревания при температуре +(100... 120) °С или путем химической стерилизации (на-

пример, раствором формальдегида или другого антисептика);

• используемую воду стерилизуют перед употреблением, например, с помощью ультрафиолетового облучения или дистилляцией;

• при изготовлении составов соблюдают максимальную чистоту (спецодежду меняют ежедневно, используется автоматическая и герметичная расфасовка и т.д.);

• в рецептуре используют достаточно эффективные, разрешенные к применению консерванты. Особенно важно соблюдение стерильности для косметики в ампулах, средств для детей и декоративной косметики для глаз.

Порошки (тальк, крахмал и др.), как правило, содержат споры различных микроорганизмов. Большинство восков и эмульгаторов, растительных и животных экстрактов, протеинов, минеральных солей, входящих в состав косметических изделий, также являются питательной средой для многих микроорганизмов. Биологически активные добавки, применяемые в косметике, способны стимулировать рост бактерий и микроскопических грибов.

Плохо очищенная вода может также служить источником микробного заражения. Найдено, что даже деионизированная вода представляет собой источник заражения, если применяемые ионнообменные смолы регулярно не проверяют на стерильность. Вопросу поддержания чистоты производственного оборудования и технического процесса уделяется большое внимание [8-12].

В производстве косметических товаров нежелательно применять оборудование, которое сложно демонтировать. Не рекомендуется оставлять в машинах или трубопроводах моющие растворы, которые могут служить питательной средой для развития микроорганизмов. Обязательным является применение антисептических средств. Банки и флаконы, предназначенные для упаковки косметических изделий, должны быть хорошо промыты раствором антисептика.

Загрязнение микроорганизмами может произойти и на стадии применения косметических средств, например, когда многократно открывают упаковку. Это касается, в первую очередь, средств, расфасованных в баночки с широким горлом, так как большая поверхность средства взаимодействует с окружающей средой и руками человека. Наилучшей упаковкой являются тубы или флаконы с небольшим отверстием и дозирующим устройством. Если же средством уже начали пользоваться, то желательно скорее его использовать, поэтому лучше покупать косметические средства в мелких расфасовках, а средства в крупной расфасовке целесообразно использовать не в личных целях, а для профессионального применения. Нельзя также хранить косметические средства на солнце.

Развитие микроорганизмов в косметических изделиях сопровождается разрушением компонентов, входящих в их состав, и накоплением в эмульсиях как продуктов разложения, так и соединений, синтезированных микроорганизмами в процессе

жизнедеятельности. Эти вновь образовавшиеся вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на кожу. Любая косметическая эмульсия, содержащая клетки микроорганизмов или обеспечивающая их рост, не должна использоваться, так как, наряду с изменением свойств эмульсии (появление запаха, изменение вязкости и цвета, вспучивание или даже расслоение эмульсии), она может стать причиной кожных или, что особенно опасно, глазных заболеваний.

Установлено, что бактерии, выделенные из испорченных косметических эмульсий, хорошо росли на средах, в которых жидкий парафин, олеиновая или стеариновая кислота, олеиновый или стеариновый спирт, пропиленгликоль являлись источником углерода и энергии. Напротив, такие соединения, как твердый парафин, гексадециловый спирт и по-лиэтиленгликоль с молекулярной массой 400, не обеспечивали роста бактерий. Наиболее интенсивный рост и способность использовать разнообразные соединения обнаружены у бактерий рода Pseudomonas. Однако этих данных недостаточно, чтобы четко представлять, какие соединения косметических эмульсий могут обеспечивать рост микроорганизмов.

В связи с этим были проведены исследования по определению способности микроорганизмов расти на средах с соединениями, входящими в состав косметических эмульсий.

В качестве тест-бактерий были использованы: Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli,

Enterobacter aeruginosa, Achromobacter delmarval, Staphylococcus aureus. Выбор названных микроорганизмов в качестве тестов был обусловлен тем, что Ps. aeruginosa, E. coli, St. aureus, Candida рекомендованы в качестве обязательных тест-культур при определении биостойкости косметических эмульсий. Эти микроорганизмы часто выделяют из пораженных эмульсий, их относят к условнопатогенными и поэтому особенно опасным. Остальные микроорганизмы были выделены из испорченных кремов.

На основании полученных данных можно считать, что почти все соединения, входящие в состав косметических эмульсий, могут служить субстратом для роста тест-организмов.

К числу наиболее стойких соединений жировой фазы относится ланолин, который обеспечивал рост только Ps. aeruginosa. Из эмульгаторов наименьшей стойкостью к воздействию микроорганизмов обладали стеарин, стеарат-ДЭГ и лаурат-ДЭГ, поскольку все тест-организмы, за исключением St. aureus, хорошо росли на средах с этими соединениями. Наиболее стойким эмульгатором оказался триэтаноламин, который не поддерживал роста тест-организмов, что хорошо согласуется с данными о невозможности использования бактериями третичных аминов.

Полученные результаты позволяют считать, что далеко не все микроорганизмы, обладающие способностью к использованию определенных соединений, входящих в состав косметических эмуль-

сий, могут в них развиваться и вызывать их повреждения.

Благодаря тому, что в состав эмульсий входят ПАВ, поверхностное натяжение в эмульсиях низкое. Грамотрицательные бактерии устойчивы к низкому поверхностному натяжению, тогда как грамположительные более чувствительны и не развиваются, если поверхностное натяжение среды ниже 50 дин/см2. Возможно, что решающим фактором, приводящим к гибели St. aureus, является именно низкий уровень поверхностного натяжения.

Отсутствие роста С. lipolytica в модельных эмульсиях объясняется недостаточным количеством кислорода.

Большинство компонентов косметических эмульсий - это сложные эфиры высокомолекулярных спиртов и жирных кислот. Воздействие микроорганизмов на соединения такого рода начинается с их гидролиза. В дальнейшем соединения, образовавшиеся при гидролизе, используются микроорганизмами в процессе их метаболизма. Образующиеся жирные кислоты, наряду с тем, что являются субстратом для развития микроорганизмов, могут и стимулировать их рост.

Так, например, Ps. aeruginosa использует олеиновую кислоту в процессе жизнедеятельности, а для дрожжей из рода Candida, бактерий из рода Pseudomonas олеиновая кислота является важным ростовым фактором. Наряду с кислотами, микроорганизмы используют и спиртовую группу эфира. Так, глицерин обеспечивает рост всех использованных тест-организмов.

Механизм разрушения косметических эмульсий во многом зависит от состава эмульгаторов. Считают, что в устойчивой эмульсии жировая фаза защищена от воздействия микроорганизмов адсорбированными молекулами эмульгатора.

Поскольку бактерии в эмульсиях развиваются в воде, соединения водной фазы, например, глицерин или избыток эмульгатора, не вошедшего в состав адсорбционных слоев жировой фазы, прежде всего используютсямикроорганизмами.

Устойчивость эмульсий к поражению микроорганизмами зависит от состава водной фазы: в состав косметических эмульсий, как правило, включаются глицерин, концентрация которого колеблется от 1 до 8 %, и этанол в концентрации от 1 до 3 %. Было изучено влияние этих соединений на устойчивость эмульсий к воздействию микроорганизмов на примере Pseudomonas aeruginosa.

Полученные данные показали, что при введении глицерина в состав эмульсии численность клеток Pseudomonas aeruginosa возрастала в 2 раза и более. Наоборот, введение этилового спирта снижало численность бактерий.

Все это позволяет считать, что главным фактором, определяющим стойкость эмульсий к поражению микроорганизмами, является биостойкость эмульгаторов [13-16].

Изменяя состав водной фазы, можно уменьшить степень повреждения эмульсий микроорганизмами. Наиболее сильно воздействуют на

эмульсии, вызывая их повреждения, бактерии из рода Pseudomonas, Enterobacter, Achromobacter. Поэтому защита эмульсий должна быть направлена на создание условий, исключающих рост в них представителей этих бактерий, и прежде всего Pseudomonas aeruginosa.

Любопытные факты

Если здоровый человек постоянно пользуется мылом, лосьоном, чистящими средствами, убивающими всех микробов, он вместе с вредными уничтожает полезные безвредные микроорганизмы. И тогда их место занимают значительно более опасные.

Большинство бактерий, с которыми сталкивается человек, скорее полезны, чем вредны. Убивая без разбора "плохих" и "хороших" микробов, мы способствуем появлению и распространению видов, устойчивых к антибиотикам.

Дело в том, что бактерии - естественная и необходимая составляющая нашей жизни. Они защищают нас от болезней, потому что "конкурируют" с вредными микроорганизмами и ограничивают их размножение.

Подтверждением этому служат исследования итальянского ученого Паоло Матрикарди, который пришел к выводу, что повышенное внимание к гигиене вызывает у детей предрасположенность к астме и аллергии.

Ученые из Университетского колледжа в Лондоне, Грэм Рук и Джон Стэнфорд, утверждают, что для того, чтобы иммунная система развивалась должным образом, детям обязательно необходим контакт с болезнетворными микроорганизмами.

Так же, как для роста мышц и костей требуются физические упражнения, так и для иммунной системы нужна тренировка, которая поможет выработать нормальную устойчивость к инфекциям, которые могут встретиться в жизни.

Обрабатывая все, к чему мы прикасаемся, антибактериальным мылом и глотая антибиотики при первых признаках обычной простуды, мы тем самым нарушаем сложившийся баланс микроорганизмов вокруг нас, позволяя выжить только сверхмикробам. С помощью этой "неестественной селекции" мы своими руками создаем бактерии, устойчивые к большинству, если не ко всем известным антибиотикам, и непредумышленно подвергаем огромной опасности здоровье людей.

Инфекционные болезни стоят на первом месте среди причин смерти в мире. Именно появлением устойчивых к антибиотикам микроорганизмов можно объяснить нынешний рост заболеваемости туберкулезом и пневмонией. Разработка новых антибиотиков отстает от потребностей сегодняшнего дня на несколько лет. Чтобы предотвратить кризис, люди должны задуматься, стоит ли использовать чистящие средства, которые "убивают все известные микробы", и принимать антибиотики при каждом недомогании.

Антибактериальные чистящие средства, мыло и лосьоны нужны только тем людям, чья иммунная система нарушена. А здоровому человеку вполне достаточно мыть руки водой с обычным мылом. В домашнем хозяйстве ученые рекомендует применять хорошо известные дезинфицирующие средства прошлого - хлорку, спирт и перекись водорода. Эти препараты хорошо выполняют свою работу, но их действие кратковременно, а потому они не принесут вреда.

В качестве защитных средств в косметической промышленности используют разнообразные антимикробные вещества. И очень важно, чтобы консерванты сохраняли антимикробную активность в течение всего времени использования.

Если 1950-е гг. характеризовались поисками "активного начала" в косметике, то 1960-е - новыми эмульгаторами, а 1970 - 1980-е - углубленными изысканиями новых консервантов.

Некоторые косметические средства также должны обладать антисептическим действием, в первую очередь это относится к средствам по уходу за ногами, антиперспирантам, средствам от угревой сыпи и т.д. Антисептик необходим для обезвреживания бактерий, развивающихся, например, на кожном жире.

Любопытные факты

В состав антисеборейных средств также входят противомикробные вещества. Одна из теорий возникновения перхоти утверждает, что ее вызывает грибок Pityrosporum ovale, обитающий на коже головы. Кожа головы является идеальной средой для размножения различного рода микроорганизмов, которые все вместе и составляют естественную флору волосистой части головы и выполняют важную роль защиты. У людей, страдающих от перхоти, обычно наблюдается избыточное количество P. ovale. Противомикробные средства уменьшают до нормы содержание этого микроорганизма, восстанавливая таким образом естественный баланс кожного покрова.

При выборе консерванта учитывается ряд факторов:

• водорастворимость;

• коэффициент распространения в масляной и водной фазе;

• токсикологические и дерматологические свойства.

Так как микроорганизмы развиваются в основном в водной среде, желательно чтобы консервант хорошо растворялся в воде. Инактивация консерванта часто является причиной развития микроорганизмов.

На потерю антимикробной активности консерванта влияют:

• рН среды косметических препаратов;

• анион-катионная несовместимость компонентов;

• присутствие неионогенных веществ и протеинов.

Для каждого консерванта и косметического препарата эти условия различны. Необходимо проверять любой консервант непосредственно в изделии.

Любопытные факты

Триклозан в качестве бактерицидного средства используют при изготовлении зубных паст, ковров, пластиковой посуды, мыла, косметических средств и даже детских игрушек, потому что по своему химическому строению триклозан представляет собой хлорированное производное фенола.

Недавно ученые обнаружили кишечные палочки, устойчивые к триклозану. На них не действовали и антибиотики. То есть регулярное применение триклозана приводит к перерождению микрофлоры, мутированию бактерий, появлению их опасных штаммо в,которые антибиотиками в случае чего уже не убить. Широкое применение триклозана может способствовать устойчивости бактерий к антибиотикам. А значит, возникает необходимость выпускать антибиотики, которые отличаются по своему действию от триклозана.

Существует мнение, что целесообразнее использовать синтетические смеси, которые имеют более широкий антимикробный спектр и труднее инактивируются. Универсального консерванта, который мог бы быть использован в любых косметических изделиях, не существует. В настоящее время все большее применение находят не отдельные консерванты, а смеси антимикробных веществ, обладающие синергическим эффектом и имеющие более широкий спектр действия. Поэтому защищать косметические препараты лучше не одним консервантом, а их смесью, так как это позволяет использовать каждый из консервантов в меньшей концентрации.

Для защиты жидких эмульсионных кремов от поражения микроорганизмами обычно используют смеси нипагина (метилового эфира параоксибен-зойной кислоты), нипазола (пропилового эфира па-раоксибензойной кислоты), сорбиновой кислоты, ацетометоксана, а в состав зубных паст, мыла, дезодорантов и других косметических средств в настоящее время вводят триклозан, бронопол, параформ [1-6].

Литература

1. Актуальные вопросы биоповреждений.// Под ред Пла-тэ Н.А. - М.: Наука, 1983. - 265 с.

2. Актуальные проблемы биологических повреждений и защиты материалов, изделий и сооружений: .// Под ред Платэ Н.А.. Сборник статей. - М.: Наука, АН СССР, Научный Совет по биоповреждениям, 1989. - 256 с.

3. Андреюк Е.И., Билай В.И., Коваль Э.З., Козлова И.А. Микробная коррозия и её возбудители. - Киев: Наукова Думка, 1980. - 258 с.

4. Биоповреждения и методы оценки биостойкости материалов. // Под ред Платэ Н.А. Сборник статей. - М.: Наука, АН СССР, Научный Совет по биоповреждениям, 1988. - 140 с.

5. Ильичев В.Д., Бочаров Б.В., Анасимов А.А. Биоповреждения: Учебное пособие биологических спец. вузов

/ Под ред. В. Д. Ильичева. - М.: Высшая школа, 1987. -352 с.

6. Пехташева Е.Л., Методы оценки биостойкости материалов/ Пехташева Е.Л., Неверов А.Н., Заиков Г.Е., Софьина С.Ю., Темникова Н.Е. // - Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 8. - с. 163166.

7. Пехташева Е.Л., Способы защиты материалов от биоповреждений/ Пехташева Е.Л., Неверов А.Н., Заиков Г.Е., Софьина С. Ю., Темникова Н. Е. // - Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 8. - с. 167-172.

8. Микроорганизмы и низшие растения - разрушители материалов и изделий. // Под ред Платэ Н.А. - М.: Наука, 1979. - 225 с.

9. Пехташева Е.Л. Биоповреждения и защита непродовольственных товаров: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений // Под ред. А.Н. Неверова. - М.: Мастерство,

2002. - 224 с.

10. Первая Всесоюзная конф. по биоповреждениям. // Под ред Платэ Н.А. Тез. докл. - М.: Наука, АН СССР, 1978. -226 с.

11. Проблемы биологического повреждения материалов. // Под ред Платэ Н.А. Экологические аспекты. - М.: АН СССР, Научный Совет по биоповреждениям, 1988. - 124 с.

12. Ротмистров М.Н., Гвоздяк П.И., Ставская С. С. Микробная деструкция синтетических органических веществ. - Киев: Наукова Думка, 1975. - 224 с.

13. Всесоюз. конф. «Защита материалов и техники от повреждений, причиняемых насекомыми и грызунами». // Под ред Платэ Н.А. - М.: АН СССР, Научный Совет по биоповреждениям, 1984. - 145 с.

14. Третья Всероссийская науч.-практич. конф. «Экологические проблемы биодеградации промышленных, строительных материалов и отходов производств». // Под ред Платэ Н.А.Сборник материалов. - Пенза: Научный Совет РАН по биоповреждениям, 2000. - 192 с.

15. K.Z. Gumargalieva, G.E. Zaikov “Biodegradation and biodeterioration of polymers. Kinetical aspects”, New York, Nova Science Publ., 1998, 210 pp.

16. S.A. Semenov, K.Z. Gumargalieva, G.E. Zaikov “Biodegradation and durability of materials under the effect of microorganisms”, Utrecht, VSP International Science Publ.,

2003, 199 pp.

© Е. Л. Пехташева - Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, г.Москва, pekhtashevael@mail.ru; А. Н. Неверов - Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, г.Москва, pekhtashevael@mail.ru; Г. Е. Заиков -д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, chembio@sky.chph.ras.ru;; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru; С. Н. Русанова - канд. техн. наук, доцент той же кафедры, s-n-r_2004@mail.ru.