荸薺粗多糖抗氧化面霜的制備研究

趙梓琦, 樸敏艷, 劉軒岑, 王香草, 王財培, 施溯筠

( 延邊大學 藥學院, 吉林 延吉 133002 )

荸薺(water chestnut)俗稱馬蹄果,是單子葉植物綱莎草科多年生草本植物的地下球莖.荸薺含有多種活性物質[1-2],其中的多糖、黃酮、多酚、甾醇、皂苷等成分具有很好的抗氧化活性,能夠延緩自由基給皮膚帶來的衰老問題[3-5].研究[6]顯示,多糖還具有抗炎、抑菌、增加免疫力等生物活性以及較強的親水性和熱穩定性,因此其被廣泛應用于化妝品、醫藥和食品等領域.由于天然化妝品具有較高的安全性,因此近年來人們對其認可度、需求度不斷提高[7],商業銷售前景廣闊.目前為止還尚未發現將荸薺粗多糖作為天然抗氧化劑應用于化妝品中,因此本文以荸薺粗多糖為主要抗氧化成分制備了一款面霜,并對其感官指標、抗氧化效果以及耐寒耐熱等理化性質進行了評價.

1 材料和儀器

1.1 材料

荸薺切片干品,廣東萬順大健康產業開發有限公司生產,并經延邊大學鄭明善教授鑒定;富士蘋果,購于延吉市友進超市;沙棘果面霜,廣東瀚潤生物科技有限公司生產;卡波姆940,青島高科技工業園海博生物技術公司生產;單硬脂酸甘油酯和椰子油,山東優索化工科技有限公司生產;十八醇和硬脂酸,天津市科密歐化學試劑有限公司生產;甘油,山東臨沂綠森公司生產;苯氧乙醇,浙江圣效有限公司生產;乙醇、苯酚和濃硫酸,茂名市雄大化工有限公司生產;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH),北京華越洋生物有限公司生產;葡萄糖標準品,上海源葉生物科技有限公司生產.

1.2 儀器

FA-2004電子分析天平,上海良品儀器儀表有限公司生產;HH-6型數顯恒溫水浴鍋,金壇市科技儀器有限公司生產;UV-2201型紫外-可見分光光度計,日本島津公司生產;DHG-9023A型電熱恒溫鼓風干箱,常州諾基儀器有限公司生產;電動粉碎機,上海世邦工業科技集團股份有限公司生產;Z-36HK高速臺式離心機,天津市醫療器械廠生產;BCD-551WPCX電冰箱,合肥美菱股份有限公司生產;RODI多功能超純水系統,廈門銳思捷科學儀器有限公司生產;SHB-ⅢA抽濾機,上海默威生物科技有限公司生產;0.25 mm孔徑篩子,安平縣德祥瑞網業有限公司生產;試管和容量瓶,山東銘陽實驗設備有限公司生產;比色皿(規格為12.5 mm×12.5 mm×45 mm,光程為10 mm,容量為3.5 mL),日本島津公司生產.

2 實驗方法

2.1 藥材提取

2.1.1荸薺原料預處理

取荸薺切片干品,用電動粉碎機粉碎后過0.25 mm孔徑篩子,得荸薺細粉.

2.1.2荸薺粗多糖提取液的制備

參考文獻[8]中的水提法制備荸薺粗多糖提取液.取荸薺細粉50 g,加入體積分數為80%的乙醇,使料液比為1∶5(體積比);室溫下浸漬32 min后加入250 mL純化水,然后在80 ℃水浴中加熱20 min;減壓抽濾,用40 mL純化水清洗殘渣4次;收集洗滌液,并將提取液和洗滌液合并后轉至500 mL容量瓶中定容,所得溶液即為荸薺粗多糖提取液(質量濃度為1.0 g·mL-1).

2.2 荸薺粗多糖含量的測定

2.2.1葡萄糖標準曲線的繪制

稱取5.0 mg葡萄糖標準品置于50 mL容量瓶中,加適量純化水使其溶解后定容.使用移液槍分別移取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL葡萄糖標準液,并將其置于20 mL試管中;在試管中加入純化水至2.0 mL后再加入體積分數為5%的苯酚溶液1.0 mL,搖勻后滴加濃硫酸5.0 mL;在室溫下顯色20 min后在490 nm處測定吸光值,并以葡萄糖的質量濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制標準曲線[8].

2.2.2粗多糖含量的測定

參考文獻[8]中的測定粗多糖的苯酚-硫酸法測定荸薺的粗多糖含量.將1.0 mL荸薺粗多糖提取液稀釋至25倍后,取0.5 mL該溶液置于20 mL試管中;加純化水稀釋至2.0 mL后再加入體積分數為5%的苯酚溶液1.0 mL,搖勻后滴加濃硫酸5.0 mL;在室溫下顯色20 min后在490 nm處測定吸光值,并根據得到的葡萄糖標準曲線計算樣品的粗多糖含量.

2.3 DPPH自由基的清除實驗

DPPH自由基的清除實驗按照Yoshida等的方法[9]進行測定.將荸薺粗多糖提取液配制成質量濃度為0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g·mL-1的樣品溶液,并分別將2.0 mL不同質量濃度的樣品溶液加入到2.0 mL的0.10 mmol·L-1DPPH乙醇溶液中;混勻溶液后,將溶液放置于室溫下避光保存30 min.在517 nm波長處測定溶液吸光度,記為A.取2.0 mL不同質量濃度的樣品溶液,加入2.0 mL無水乙醇后在波長517 nm處測定溶液吸光度,記為A1;取2.0 mL的0.10 mmol·L-1DPPH乙醇溶液加入2.0 mL無水乙醇(混勻后避光反應30 min)后在517 nm波長處測定溶液吸光度,記為A2.DPPH自由基清除率的計算公式為DDPPH=[1-(A-A1)/A2]×100%.

2.4 面霜的配制

根據本文的預實驗并參考文獻[10]中的方法制定面霜的配方,如表1所示.

表1 面霜配方的配比

參考陳海燕等的方法[11]配制面霜.A相的制作方法為:首先在質量分數為1.8%的卡波姆940中加入適量的純化水,使其溶解后再加入甘油;然后在水浴鍋中攪拌加熱(80 ℃),直至卡波姆完全溶解(所得即A相).將B相恒溫加熱(80 ℃),溶解后將其加入到A相,再攪拌40 min;待A、B混合相自然冷卻至室溫后加入C相,并在45 ℃水浴中攪拌加熱20～25 min;加入D相并攪拌,當混合相降至室溫后密封、備用.

2.5 單因素實驗

2.5.1單硬脂酸甘油酯用量的選擇

在椰子油的用量為4.0%(質量分數)、硬脂酸的用量為1.0%(質量分數)、甘油的用量為8.0%(質量分數)、乳化時間為40 min的情況下,選取不同質量分數的單硬脂酸甘油酯(1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)進行實驗,以此確定單硬脂酸甘油酯的最佳用量.

2.5.2椰子油用量的選擇

在單硬脂酸甘油酯的用量為2.5%(質量分數)、硬脂酸的用量為1.0%(質量分數)、甘油的用量為8.0%(質量分數)、乳化時間為40 min的情況下,選取不同質量分數的椰子油(2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%)進行實驗,以此確定椰子油的最佳用量.

2.5.3硬脂酸用量的選擇

在椰子油的用量為4.0%(質量分數)、單硬脂酸甘油酯的用量為2.5%(質量分數)、甘油的用量為8.0%(質量分數)、乳化時間為40 min的情況下,選取不同質量分數的硬脂酸(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)進行實驗,以此確定硬脂酸的最佳用量.

2.5.4荸薺粗多糖提取液用量的選擇

在椰子油的用量為4.0%(質量分數)、單硬脂酸甘油酯的用量為2.5%(質量分數)、甘油的用量為8.0%(質量分數)、硬脂酸的用量為1.0%(質量分數)、乳化時間為40 min的情況下,選取不同質量分數的荸薺粗多糖提取液(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)進行實驗,以此確定荸薺粗多糖提取液的最佳用量.

2.6 感官和理化性質的評價

2.6.1涂抹分散性實驗

取少量面霜置于手背上并輕輕涂抹,然后參照表2對面霜的質地進行評分.

表2 面霜的評價指標

2.6.2耐寒耐熱性實驗

取等質量的面霜置于密封容器中,并分別在-10 ℃的冰箱和40 ℃的恒溫箱中放置24 h.溫度恢復至室溫后,觀察面霜是否出現分層、顆粒、異味等現象,并參照表2對面霜進行評分.

2.7 面霜的穩定性實驗

2.7.1面霜乳化的穩定性實驗

參考韓雪等的實驗方法[12]測定面霜的乳化穩定性.取0.1 g面霜加入50 mL純化水,50 ℃下攪拌均勻后得面霜稀釋液.取1.0 mL面霜稀釋液置于離心管中,離心3 min(3000 r·min-1)后觀察離心管內的稀釋液有無渾濁現象.

2.7.2面霜的長期穩定性實驗

參考張立秋等的方法[13]測定面霜的長期穩定性.取等質量的面霜兩份,一份置于冰箱(-10 ℃)內保存3個月,一份置于恒溫箱(25 ℃)內保存3個月.3個月后觀察面霜是否有分層、顆粒、異味等現象.

2.8 斑貼測試

按照《化妝品安全技術規范(2022年版)》[14]中的相關規范對人體進行皮膚刺激性測試.受試者共計60人(無皮膚病源史,男女比例為1∶1),年齡為18～25歲.將斑貼器貼在受試者的前臂內側,24 h后觀察皮膚狀態,并按照表3進行評定[15].

2.9 面霜樣品的抗氧化測試

面霜的抗氧化測試參考文獻[16-17]中的方法,并對其稍加改良.試驗共設置4組.測試方法為:取4塊新切割的蘋果(每塊為1 cm×1 cm×1 cm),在其中3塊的表面分別涂抹0.1 g樣品面霜、0.1 g市售面霜和0.1 g未添加荸薺粗多糖提取液的面霜基質,并將剩余的1塊用于空白對照實驗.10 h(室溫條件下)后觀察各塊蘋果切割表面的顏色變化.實驗平行3次.

3 結果與分析

3.1 最佳荸薺粗多糖提取液添加量的選取

由圖1可以看出:在0.01～0.06 g·mL-1范圍內,荸薺粗多糖提取液對DPPH自由基的清除能力隨濃度的升高而增加(質量濃度為0.06 g·mL-1時,荸薺粗多糖提取液對DPPH自由基的清除率為85.70%).當荸薺粗多糖提取液的質量濃度大于0.06 g·mL-1時,荸薺粗多糖提取液對DPPH自由基的清除能力趨于平穩,說明此時荸薺粗多糖提取液對自由基的清除率處于飽和狀態.基于上述結果和制備成本因素,本文在面霜基質中添加質量濃度為0.06 g·mL-1的荸薺粗多糖提取液.

3.2 荸薺粗多糖含量的測定結果

圖2為葡萄糖的標準曲線.以葡萄糖質量濃度為橫坐標、吸光度值A為縱坐標繪制標準曲線后得到的線性回歸方程為:y= 0.0775x-0.0005,R2= 0.9992.依據該回歸方程計算得到的粗多糖質量濃度為0.642×10-3μg·mL-1,含量為16.1%(質量分數).該結果與張方艷等[8]的測試結果(17.9%)相近.

圖2 葡萄糖的標準曲線

3.3 單因素實驗的結果

3.3.1單硬脂酸甘油酯的用量篩選

由圖3可以看出,當單硬脂酸甘油酯的質量分數為2.5%時,面霜的綜合涂抹效果和耐寒耐熱的評價分數最高,因此本文將單硬脂酸甘油酯的用量定為2.5%.

圖3 加入不同質量分數的單硬脂酸甘油酯時得到的評價分數

3.3.2椰子油的用量篩選

由圖4可以看出,當椰子油的質量分數為4.0%時,面霜的綜合涂抹效果和耐寒耐熱的評價分數最高,因此本文將椰子油的用量定為4.0%.

圖4 加入不同質量分數的椰子油時得到的評價分數

3.3.3硬脂酸的用量篩選

由圖5可以看出,當硬脂酸的質量分數為1.0%時,面霜的綜合涂抹效果和耐寒耐熱的評價分數最高,因此本文將硬脂酸的用量定為1.0%.

圖5 加入不同質量分數的硬脂酸時得到的評價分數

3.3.4荸薺粗多糖提取液的用量篩選

由圖6可以看出,當荸薺粗多糖提取液的質量分數為3.0%時,面霜的綜合涂抹效果和耐寒耐熱的評價分數最高,因此本文將荸薺粗多糖提取液的用量定為3.0%.

圖6 加入不同質量分數的荸薺粗多糖提取液時得到的評價分數

3.4 面霜的穩定性試驗結果

1)乳化穩定性.由圖7(a)可以看出,面霜稀釋液離心后仍保持澄清狀態(管中未出現白色渾濁物質),同時未有分層出現,由此說明該面霜具有良好的乳化穩定性.

圖7 面霜乳化穩定性和面霜長期穩定性的試驗結果

2)長期穩定性.由圖7(b)和(c)可以看出,面霜在25 ℃恒溫箱和-10 ℃冰箱中保存3個月后,均未出現分層、顆粒、異味等現象,由此說明該面霜具有長期穩定性.

3.5 斑貼試驗結果

由表4可以看出,60名受試者的斑貼區域均未出現紅斑、丘疹、水腫等陽性反應,即斑貼實驗未出現不良刺激性反應,由此說明該面霜對人體無刺激性和致敏性,安全性良好.

表4 斑貼試驗結果

3.6 面霜成品的抗氧化試驗結果

由圖8可以看出:在實驗前,空白對照的蘋果切面表面水分充足,顏色為淺綠.實驗10 h后,空白對照組的蘋果切面其水分流失明顯,顏色呈黃色,同時伴有大量的棕色絲狀體;涂抹市售面霜的蘋果切面其水分流失低于空白對照組,顏色雖呈深黃色,但無明顯的棕色絲狀體;涂抹面霜基質的蘋果切面其水分流失低于空白對照組,但顏色淺于市售面霜組的顏色,同時也無明顯的棕色絲狀體;涂抹樣品面霜的蘋果切面其水分流失、發黃程度以及棕色絲狀體數量明顯低于上述3個試驗組.以上結果說明,本文制備的荸薺面霜具有良好的抗氧化活性.

圖8 面霜抗氧化的試驗結果

4 結論

本文利用水提法制備了荸薺粗多糖提取液,得率為16.1%(質量分數).利用荸薺粗多糖提取液制備的抗氧化護膚面霜,其理化指標符合中華人民共和國輕工行業標準QB/T 1857—2013《潤膚膏霜》,并具有良好的抗氧化功效.該面霜的最佳配方(質量分數)為:2.5%單硬脂酸甘油酯、0.2%十八醇、4.0%椰子油、1.0%硬脂酸、0.1%苯氧乙醇、1.8%卡波姆940、8.0%甘油、3.0%荸薺粗多糖提取液.本文研究結果可為荸薺在護膚類化妝品中的開發和利用提供良好參考.