贾聪敏 过红玲 曹婷婷 雷巧灵 张宪宝 王耘

[摘要] 目的 基于关联规则与实体语法系统设计安全、合理、有效的含有中草药化学成分的中药化妆品配方。方法 收集2014～2015年国内外所有含中草药化学成分的化妆品配方数据，利用关联规则发现各类化妆品产品的配方规律，基于所发现的规律和化妆品固有的配方结构，结合实体语法系统建立新的化妆品配方设计模型。 结果 根据模型设计出符合祛痘加美白化妆水配方结构和功效的新配方。将新配方进行筛选、定量、打样以及功效验证，面部痤疮者使用后均达到了良好的效果。 结论 利用关联规则与实体语法系统进行祛痘加美白类化妆品的配方设计方法具有一定的可行性，为其他类中药化妆品的配方设计提供了一定的参考，利于扩大中药在美容护肤方面的应用。

[关键词] 中药化学成分;化妆品配方设计;关联规则;实体语法系统

[中图分类号] R284          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）09（c）-0126-04

Exploring the formula design of traditional Chinese medicine cosmetics based on association rules and entity grammar system

JIA Congmin   GUO Hongling   CAO Tingting   LEI Qiaoling   ZHANG Xianbao   WANG Yun

Research Center of Traditional Chinese Medicine Information Engineering， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing   100102， China

[Abstract] Objective To design a safe， reasonable and effective Chinese medicine cosmetics formula containing chinese herbal medicine chemical composition based on association rules and entity grammar system. Methods Data of cosmetic formulations containing Chinese herbal medicine chemical composition from 2014 to 2015 were collected， while association rules were used to discover the formulation rules of various cosmetic products. Based on the discovered rules and the inherent formula structure of cosmetics， a new formula design model of cosmetics was established by combining entity grammar system. Results According to the model， a new formula which accords with the structure and efficacy of acne-removing and whitening lotion formula was designed. The new formula had been screened， quantified， proofed and validated， while good results had been achieved in acne patients after use. Conclusion It is feasible to use association rules and entity grammar system to design formula of acne-eliminating and whitening cosmetics， which provides a reference for the formulation design of other traditional Chinese medicine cosmetics and helps to expand the application of traditional Chinese medicine in cosmetology and skin care.

[Key words] Chinese medicine chemical composition; Cosmetic formula design; Association rules; Entity grammar system

随着人们对“天然”“绿色”化妆品的追崇，许多中草药成分成为美容护肤化妆品的功效成分或添加剂，研究开发以中药提取物为原料的中药化妆品已成为当代一个新颖的课题[1]。当前，化妆品配方设计原理虽然在美白类[2]、祛痘类[3]、祛斑类[4]、防晒类[5]、保湿类[6]等化妆品的配方设计中应用广泛。但各企業从事化妆品配方设计的工作人员水平参差不齐，导致配方设计及生产过程中存在诸多不合理的问题，如化妆品稳定性差或使用后出现的局部炎症及粉刺等问题[7]。据不完全统计[8-10]，因配方设计不合理导致的化妆品质量问题造成的经济损失近数亿元以上。如何避免人为因素影响，研发出更安全、合理、有效的中药化妆品值得我们深思。

关联规则在中药方剂的配伍规律研究中应用广泛[11-15]，可以从成分与成分、成分与功效、功效与症状等不同属性之间的关联关系研究方剂配伍规律。同时也能揭示化妆品专利中核心的中草药成分、中草药之间的相互联系和应用规律[16]。因此，本研究采用关联规则对功效一定且成分明确的中药化妆品进行配方规律研究。在已知配方规律的基础上结合实体语法系统构建化妆品配方模型，为设计出安全、客观、有效的各类中药化妆品配方提供参考，扩大中药在美容方面的应用。

1 资料与方法

1.1 数据来源

中国《消费品使用说明化妆品通用标签》规定：“自2010年6月17日起，所有在中华人民共和国境内生产或进口报检，并在境内销售的国产和进口化妆品都需要在产品包装上真实地标注产品配方中加入的全部成分名称。”这为本研究全面搜集市场上的中药化妆品产品成分提供了保证。2014～2015年共收集了7049个含中药化学成分的化妆品产品成分数据。包括：洁面产品、水、面乳、面霜、眼霜、防晒霜/乳、唇膏等，建立了中药化妆品组成成分数据库。

1.2 基于关联规则发现化妆品的组方规律

Agrawa等[17-18]在1993年设计出了一个挖掘顾客交易数据库中项集间的关联规则的重要方法，核心思想是基于频集理论的递推方法。Apriori算法中项集的概念即为项的集合，包含K个项的集合为K项集。项集出现的频率是包含项集的事物数，称为项集的频率。如果某项集满足最小支持度，则称它为频繁项集[19-20]。Apriori算法关联规则的挖掘分为两步：①找出所有频繁项集;②由频繁项集产生强关联规则。这里的项集即化妆品中的成分。

1.3 基于实体语法系统建立化妆品配方模型

实体语法系统[21]（EGS）是针对生物复杂系统建模而建立的一种形式语法系统，可以描述复杂系统的组成单位、组织方式、变化规律。实体语法系统可用四元组G=（V，F，P，S）表示。采用实体语法系统进行中药化妆品配方的设计，V表示组成天然药物化妆品的成分，如水、甘油等;F表示成分之间的关联关系;P表示推理引擎，即所编写的各种推理规则;S包括所有实体以及输入的初始条件。化妆品配方的总体结构分为功效体系、乳化体系、防腐体系、增稠体系、抗氧化体系和感官修饰体系等6大体系[22]。基于实体语法系统与化妆品配方结构，在配方规律的基础上，进行化妆品的配方设计。步骤如下：①数据整理。将关联结果中出现的所有成分按功效分类，并与配方结构进行匹配。②编写推理规则。将功效成分按照其功效依次加进配方中，并以关联规则的结果为限制条件，将与功效成分一起出现的各类乳化成分加进配方中，再以关联规则结果为限制条件，将和功效成分或者和乳化成分一起出现的其他类成分加进配方中，依次类推，最后将具有的结构体系成分都加入配方中。③利用推理引擎，得出新的配方结果。

1.4 新配方产品的人体功效性评价

基于建立的中药化妆品配方模型设计祛痘加美白化妆水的新配方。祛痘类化妆品的效果可以通过微生物抑菌试验及人体功效性方法进行评价[23-25]，由于配方含有抑菌作用的薄荷醇，因此选用人功效性评价的方法进行效果验证。①试用人群：年龄20～29岁，有轻至中度痤疮;试用前1个月内未服用抗生素，未进行其他痤疮治疗。共招募8名符合条件的受试者，排除条件符合《化妆品接触性皮炎诊断标准及处理原则》。②方法：受试者在洁肤后，在痤疮部位以擦拭、按摩等方式直至皮肤完全吸收，早晚2次，连续试用3周。

1.5 统计学方法

采用SAS 9.2软件进行数据分析处理，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，試用前后采用配对t检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 中药化妆品的组方规律

采用WEKA 3.8软件中的Apriori算法对各类各种剂型的化妆品组成以置信度≥80%，支持度≥10%，计数≥2为条件进行计算。以化妆水类的关联规则结果为例来阐释配方规律的发现，祛痘类化妆水成分关联结果见表1，美白类化妆水成分关联见表2。

2.2 基于实体语法系统建立的中药化妆品配方

以祛痘洗面奶为例，在祛痘类中药化妆品配方规律的基础上利用实体语法系统得到16个祛痘洗面奶的新配方。见表3。

2.3 祛痘加美白个性化化妆品配方

基于建立的中药化妆品配方模型，进行祛痘加美白化妆水配方设计。见表4。6个配方中均存在水杨酸、北美金缕梅、甘草酸二钾、水、甘油、EDTA二钠、羟苯甲酯、柠檬酸钠、库拉索芦荟叶提取物，因此保留这9种成分。泛醇、薄荷醇和变性乙醇都是通过镇静、舒缓肌肤、抗菌的相似功效达到祛痘的效果。由于泛醇略带异臭，变性乙醇对皮肤刺激性较大，溶解表皮脂质，长期使用会造成皮肤黯淡无光泽，将其舍去。薄荷醇具有止痒、止痛、清凉等效果，在香烟、化妆品、牙膏、口香糖和药物中应用广泛，具有促渗透剂作用，因此选择薄荷醇。熊果苷和光果甘草根提取物在抑制黑色素过程中通过抑制酪氨酸酶的活性达到美白效果，但熊果苷美白效果更好，因此选用熊果苷。最终筛选的祛痘加美白化妆水的配方结果为2号。

2.4 人体功效性评价结果

2.4.1 视觉评估结果  2号配方化妆水试用前后的面部照片对比（局部图）见图1。试用者面部痤疮严重，病灶数较多且皮肤暗沉，使用此化妆水3周后，脸部痤疮数减少，肤色变白有光泽。

2.4.2 试用前后数据处理  试用前痤疮病灶数（28.625±15.918）个，试用后痤疮病灶数（20.125±12.999）个，试用前后比较差异有统计学意义（P < 0.05）。

3 讨论

支持度指某类化妆品中同时出现2个或2个以上的成分在该类全部化妆品中出现的概率。关联结果中的每个规则称为成分群，置信度在80%以上。在美白化妆水组成关联结果表2中出现了“熊果苷，羟苯甲酯，丁二醇，甘油，水”等成分群。说明在美白化妆水中添加熊果苷后可能会添加羟苯甲酯，丁二醇等成分。表3的16个祛痘洗面奶新配方中除了合理的祛痘功效成分和稳定渗透体系的乳化体系外，在防腐体系、抗氧化体系、增稠体系中均选择一种安全有效的成分，在安全和抗敏感方面具有一定的优势。

本研究设计的祛痘美白化妆水（配方2）交由广州名宇化妆品公司进行制备。如图1，试用者试用后的痤疮红色病变区域面积较试用前明显减小，炎性色素沉着较试用前有明显改善。1、2、4、5、8号受试者试用前痤疮病灶均呈现炎性皮损和脓包，在试用后皮损明显消失或减轻，脓包也逐渐消失或变小，尤其是5号的炎性皮损和红斑基本消失，皮肤变得白嫩有光泽。3、6、7号试用者面部痤疮有所减轻，皮肤在试用后更加光亮。8号试用者在试用前属于重度痤疮患者，脸部结节数有3个，炎性皮损也较为严重，有大量的脓包和丘疹，试用后炎症减轻，丘疹和脓包变小。8名试用者均表示涂抹后感觉清凉舒适，对于新生的炎性脓包涂抹后涨疼感有所减轻，皮肤较试用前有光泽，体验感觉良好。

基于关联规则与实体语法系统建立了祛痘加美白的中药化妆品配方模型，根据模型设计的中药化妆品经验证效果良好。因此，本研究方法可以避免人为因素的影响为设计出安全、客观、有效的中药化妆品配方提供了一定的参考价值。同时此方法可以用于研究其他类中药化妆品配方的设计，扩大中药在美容方面的应用。

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（收稿日期：2019-03-08  本文编辑：李亚聪）