一种水溶性低交联聚谷氨酸的制备方法与流程

1.本发明属于精细化学品领域，提供了一种水溶性低交联聚谷氨酸的制备方法。


背景技术：

2.聚谷氨酸(γ-pga)是一种由若干个谷氨酸单体(d型或l型)通过微生物合成的高分子、阴离子型多肽聚合物，一般由500～5000个谷氨酸单体构成，相邻两个谷氨酸由酰胺键连接，每个谷氨酸都留下一个游离的羧基。由于γ-pga 分子中有大量游离的亲水性羧基，可在分子内部或分子之间形成氢键，因此保水性能极好，文献数据显示，γ-pga能吸收自身重量100-1000倍的水分。华熙生物公开的数据显示，γ-pga可显著促进皮肤丝聚蛋白的表达，提升角质层中天然保湿因子吡咯烷酮羧酸(pca)、反式尿刊酸(uca)的含量，0.5％γ-pga可将pca含量提高84.3％，uca含量提高42.8％。此外聚谷氨酸安全性高，并且可抑制透明质酸酶活性，抑制体内黑色素生成，还具有与透明质酸具有协同增效的功能，因此聚谷氨酸是一种性能优异的化妆品原料。日化级γ-pga最早由中国台湾味丹公司引入中国市场，可广泛应用于各种化妆品配方，如面膜、原液、精华液、膏霜、乳液、洗面奶、发用产品等。
3.卡波姆是一种聚稀基酸与丙赌脂交联得到的高分子聚合物。卡波姆在很低的用量下(0.1-0.3％)，就能展现出极强的增稠作用，使油滴等不溶添加剂永久性悬浮，且不受温度的影响。这是因为卡波姆因为有簇基基团而展现出一定的酸性，被碱性物质中和后，形成透明凝胶，从而起到增稠的作用。卡波姆时化妆品中最常用的增稠剂。
4.在实验中发现，当100kda分子量的聚谷氨酸添加量超过0.05％时，0.3％卡波姆溶液的粘度就会下降超过50％，从而导致增稠体系的崩溃。从卡波姆的增稠原理出发，我们认为引起卡波姆增稠体系的瓦解的原因有两个，一个是聚谷氨酸的强离子性，而卡波姆对离子敏感，当离子浓度过高时会使卡波姆分子再次卷曲而失去增稠作用；另一个原因就是聚谷氨酸分子的超强吸水性，聚谷氨酸上的羧基的持水能力大于卡波姆分子上的羧基，从而破坏卡波姆分子与水分子之间的氢键，造成卡波姆粘度下降。
5.因此如何能够使两者在化妆品体系中更好的共存，成为本领域技术人员急需解决的问题之一。


技术实现要素：

6.本发明针对上述技术存在的不足，提供一种水溶性低交联聚谷氨酸的制备方法，包括以下步骤：以低分子量聚谷氨酸为原料，加入一定量的交联剂后获得反应不完全的胶体状凝胶，再进行低温反应后加水均质，然后加入稳定剂、防腐剂，即为水溶性低交联聚谷氨酸。本发明制得的低交联聚谷氨酸性质稳定，既保留了聚谷氨酸的优点，又可以与卡波姆稳定复配，方法简单，易于操作。
7.根据上述发明人发现的引起卡波姆增稠体系瓦解的原因，发明人发现对聚谷氨酸进行改性是解决聚谷氨酸引起卡波姆降粘的有效方法，通过交联剂的作用，将聚谷氨酸分子上的羧基替换为亲水性弱或疏水性的基团，从而降低部分聚谷氨酸的持水能力。在上述
思路的指导下，发明人提供的具体技术方案如下：
8.一种水溶性低交联聚谷氨酸制备方法，其包含以下步骤：
9.1)将聚谷氨酸溶于蒸馏水中，配置质量体积浓度(g/ml)为10-20％聚谷氨酸溶液，搅拌均匀后加酸调ph2.0-5.0，并加入以纯聚谷氨酸质量计1％-15％的交联剂，40-60℃恒温反应1-5h后获得胶体状凝胶；
10.2)将上述凝胶于4℃环境中静置反应2h，然后加水均质，配制质量浓度为 0.2-0.8％的溶液，并调ph至5.0-7.0；
11.3)向上述溶液中加入稳定剂，置于60℃水浴1-3h后冷却，然后加入防腐剂，即为水溶性低交联聚谷氨酸产品；
12.上述获得的产品，其聚谷氨酸的重量百分比在0.1％-1％；
13.更进一步的，上述的制备方法中，步骤(1)中高纯度的聚谷氨酸采用的是 50kda-200kda的低分子量产品，4％溶液的电导率≤4000us/cm，优选的，聚谷氨酸分子量50kda-100kda，4％溶液的电导率≤3000us/cm，纯度大于92wt％；
14.步骤(1)中交联反应前聚谷氨酸溶液的浓度为10-15％(w/v，g/ml)；
15.步骤(1)和(2)中调ph所用酸为乙酸、稀盐酸、磷酸中的一种；
16.步骤(1)的交联剂为乙二醇二缩水甘油醚、1.4-丁二醇二缩水甘油醚中的一种或者两者混合，添加量为1％-15％；更进一步优选为5％-8％；
17.上述交联剂的作用是对聚谷氨酸进行改性，聚谷氨酸与交联剂反应后生成一种凝胶，从而克服了聚谷氨酸会引起卡波姆增稠体系降粘的缺点，而凝胶的稳定性与交联剂的种类至关重要，其交联机理为：
18.在酸性条件下,体系中的氢离子首先与甘油醚两端的环氧基团结合形成氢离子化的基团,使环氧基开环，然后γ-pga的羧基对氢离子化的环氧基亲和加成进攻,最后再脱去氢离子，通过酯键将两者结合起来。因此发明人优选了上述两种甘油醚作为交联剂使用；
19.同时，由于聚谷氨酸与交联剂反应后生成的是一种不溶于水的凝胶，且聚谷氨酸浓度较高，无法直接使用，因此只有通过均质才能将凝胶与水完全混溶，这样才能提高聚谷氨酸的适配性。
20.步骤(3)中的稳定剂为甘油、羧甲基纤维素中的一种或两种的混合物，添加量按照聚谷氨酸溶液总体积计为0.1％-1％(w/v，g/ml)；如不进行均质而直接加入上述的稳定剂无法获得预期的效果，因为凝胶与水是分层的，稳定剂对凝胶起不了作用；因此上述稳定剂必须配合均质操作才可以使形成的聚谷氨酸水凝胶不分层，稳定性好。
21.步骤(3)中的防腐剂为卡松、phl(1,2-己二醇 辛酰羟肟酸 1,3-丙二醇)、 dmdmh中的一种或其混合物，添加量按照聚谷氨酸溶液总体积计为0.1-0.5％
22.(w/v，g/ml)；
23.上述防腐剂可以防止微生物在化妆品内生长，维持化妆品的性质稳定以及让产品在使用后不易变质。
24.通过本发明所述方法制备的低交联聚谷氨酸具有以下优点：
25.(1)由于交联剂及交联条件的选择，生成的凝胶在均质后形成粒径极小的颗粒，从而在水中成一种近似互溶的状态，形成状态均一的流体，继续加水能完全水溶，不会出现分层及细小颗粒现象不影响使用；
26.(2)加水稀释后可获得0.3wt％的交联聚谷氨酸溶液(以纯聚谷氨酸计)与卡波姆(0.1％-0.3％)复配，对粘度无影响，这一点极大地促进了聚谷氨酸在化妆品中的应用。
具体实施方式
27.以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，下述实施例中，除特殊说明外所述百分比均为重量百分比，质量体积比的单位为g/ml。
28.实施例1
29.一种水溶性低交联聚谷氨酸制备方法，其包含以下步骤：
30.称取9.47g聚谷氨酸(纯度95％，分子量50kda，4％溶液的电导率3500us/cm) 溶于90ml蒸馏水中，搅拌至完全溶解后加盐酸调ph 2.5，并加入3％(以纯聚谷氨酸重量计)的1.4-丁二醇二缩水甘油醚，45℃恒温反应5h后获得胶体状凝胶；
31.将上述凝胶于4℃环境中静置反应2h，然后加2910ml蒸馏水均质，配制浓度为0.3％的交联聚谷氨酸溶液，并用稀盐酸调节ph至6.0；
32.向上述溶液中加入6g甘油，混合均匀后置于60℃水浴1h后冷却，然后加入0.3％(w/v，g/ml)的dmdmh，即获得为水溶性低交联聚谷氨酸产品，经检测其质量分数为0.3％。
33.用旋转粘度计测定该产品溶液粘度为1620mpa s，室温，3号转子，转速 50rpm。
34.实施例2
35.一种水溶性低交联聚谷氨酸制备方法，其包含以下步骤：
36.称取9.47g聚谷氨酸(纯度95％，分子量100kda，4％溶液的电导率4000us/cm) 溶于90ml蒸馏水中，搅拌至完全溶解后加浓盐酸调ph 2.0，并加入5％(以纯聚谷氨酸重量计)的1.4-丁二醇二缩水甘油醚，45℃恒温反应2.5h后获得胶体状凝胶；
37.将上述凝胶于4℃环境中静置反应2h，然后加2910ml蒸馏水均质，配制浓度为0.3％的交联聚谷氨酸溶液，并用乙酸调ph至6.0；
38.向上述溶液中加入8g甘油，混合均匀后置于60℃水浴1h后冷却，然后加入0.4％(w/v，g/ml)的dmdmh，即为质量分数为0.3％的水溶性低交联聚谷氨酸产品。
39.用旋转粘度计测定溶液粘度为2000mpa s，室温，3号转子，转速50rpm。
40.实施例3
41.一种水溶性低交联聚谷氨酸制备方法，其包含以下步骤：
42.称取6.32g聚谷氨酸(纯度95％，分子量100kda，4％溶液的电导率4500us/cm) 溶于40ml蒸馏水中，搅拌至完全溶解后加浓盐酸调ph 3.0，并加入6％(以纯聚谷氨酸质量计)的乙二醇二缩水甘油醚，50℃恒温反应2h后获得胶体状凝胶；
43.将上述凝胶于4℃环境中静置反应2h，然后加1960ml蒸馏水均质，配制浓度为0.3％的交联聚谷氨酸溶液，并用磷酸调ph至6.5；
44.向上述溶液中加入10g羧甲基纤维素，混合均匀后置于60℃水浴2h后冷却，然后加入0.5％(w/v，g/ml)的phl，即为质量浓度为0.3％的水溶性低交联聚谷氨酸产品。
45.用旋转粘度计测定溶液粘度为1240mpa s，室温，3号转子，转速50rpm。
46.实施例4
47.一种水溶性低交联聚谷氨酸制备方法，其包含以下步骤：
48.称取3.16g聚谷氨酸(纯度95％，约3g，分子量60kda，4％溶液的电导率3000us/cm)溶于25ml蒸馏水中，搅拌至完全溶解后加浓盐酸调ph 2.5，并加入5％(以纯聚谷氨酸质量计)的1.4-丁二醇二缩水甘油醚，60℃恒温反应3h 后获得胶体状凝胶；
49.将上述凝胶于4℃环境中静置反应2h，然后加475ml蒸馏水均质，配制浓度为0.6％的交联聚谷氨酸溶液，并用稀盐酸调ph至6.0；
50.向上述溶液中加入2.5g甘油，混合均匀后置于60℃水浴1h后冷却，然后加入0.5％(w/v，g/ml)的dmdmh，即为质量浓度为0.6％的水溶性低交联聚谷氨酸产品。
51.用旋转粘度计测定溶液粘度为2660mpa s，室温，3号转子，转速50rpm。
52.实验例
53.称取9g卡波姆940粉末，加入到含有1.5l蒸馏水的烧杯中，机械搅拌，并加入碱液调节最终的ph为6.5-7.0，直至呈透明胶状，停止搅拌，所得即为质量浓度为0.6％的卡波姆凝胶。
54.量取100ml实施例4获得的质量浓度为0.6％交联聚谷氨酸产品，置于500ml 烧杯中，然后加入100ml上述含量为0.6％的卡波姆凝胶，搅拌均匀，然后置于 45℃恒温箱中做温度稳定性实验，标号a，设为实验组。
55.称取0.6315g聚谷氨酸(纯度95％，分子量60kda，4％溶液的电导率3000 us/cm)，置于盛有100ml蒸馏水的500ml烧杯中，完全溶解后加入100ml含量为0.6％的卡波姆凝胶，搅拌均匀，然后置于45℃恒温箱中做温度稳定性实验，标号b，设为对照组；
56.量取100ml蒸馏水置于500ml烧杯中，然后加入100ml含量为0.6％的卡波姆凝胶，搅拌均匀，然后置于45℃恒温箱中做温度稳定性实验，标号c，设为空白组。
57.每周将样品取出，冷却后检测粘度，追踪粘度变化，结果如表1所示。
58.表1卡波姆粘度随时间变化跟踪表(45℃)
[0059][0060][0061]
如表1所示，未经交联的聚谷氨酸加入卡波姆后，搅拌时能明显感觉到卡波姆的状态发生了变化，经过粘度检测，与空白相比下降了34.3％，当放置在 45℃环境中时两周，卡波姆与聚谷氨酸的混合液即丧失粘度；交联后的聚谷氨酸与卡波姆复配后粘度有所提高，这与交联聚谷氨酸本身的高粘度有关，继续放置在45℃环境中，状态稳定，当耐热储存实验进行四周后，交联聚谷氨酸加卡波姆的a组粘度相比初始值降低了2.2％；空白组c组耐热储存实验进行四周后，粘度相比初始值降低了1.7％。
[0062]
实验结果表明，本发明制备的交联聚谷氨酸与卡波姆复配后可稳定存在，对卡波姆的增稠稳定型不会产生明显影响。并且相较于未交联的聚谷氨酸表现出更好的耐热性，更适合在化妆品中应用。