紫甘蓝色素及其在化妆品中的应用

2021-04-26陈燕飞尹诗欣杨家臣刘燕霞

韶关学院学报 2021年3期

陈燕飞，尹诗欣，杨家臣，刘燕霞

（韶关学院英东生物与农业学院，广东韶关 512005）

美容化妆品现已成为人们日常生活中的必需品，为解决化妆品中各种增塑剂、成膜剂、防腐剂、着色剂等［1］添加剂所引发的过敏或接触性皮炎、孕妇流产或胎儿畸形，甚至致癌等危害，各种新型增塑剂、天然防腐剂等无害替代物［2-3］纷纷推陈出新，但目前化妆品中的色素成分依然以焦油系等合成色素为主［4］，成为了化妆品开发领域的一大难题.

紫甘蓝又称紫包菜、紫圆白菜，属十字花科，在我国大部分地区均有种植.研究表明紫甘蓝叶片中色素含量丰富，提取出来的色素为花色素苷［5］，俗称紫甘蓝色素，其纯品呈深紫色粉末，价值很高.紫甘蓝色素属于有机弱酸/弱碱，在不同pH 环境下有4 种形式，即查尔酮、无色的醇型假碱、蓝色的醌型碱和红色的黄徉盐阳离子［6］，它们之间存在着平衡反应，因此紫甘蓝色素存在着可变色的特点.近年来，人们还在关注紫甘蓝色素提取方法的改良和抗氧化性的研究［7-8］.

对于紫甘蓝色素的应用以往多见用于果蔬鸡尾酒的色彩调配［9］，而在其它色素产品的开发利用上却未受到人们的重视，在化妆品中的应用更是微乎其微.为了给人们带来天然的色素原料，同时提高紫甘蓝的经济价值，本文选用高效无添加的方法对紫甘蓝色素进行提取，研究其变色规律及其抗氧化性后，利用紫甘蓝色素和有机绿色的原料，制作出可食用的指甲油和口红.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫甘蓝（品种：早红，市售），吉利丁（食用明胶粉），白酒（度数：62%Vol.），蜂蜜（种类：百花蜜），碳酸氢钠（食品级），橄榄油（酸度≤0.5%），蜂蜡（白颗粒状），合成小烛树蜡（国产），食用香精（纯香型），维生素E（浓度：0.164 g/粒），氨水溶液1 mol/L，乙酸溶液1 mol/L，盐酸溶液1 mol/L，氢氧化钠溶液1 mol/L，乙醇 -水杨酸溶液9 mmol/L，过氧化氢溶液8 mmol/L，硫酸亚铁溶液9 mmol/L；指甲油瓶和口红模具均为市售普通材料.

1.2 仪器与设备

分光光度计（752 型，上海），恒温水浴锅（HH-6 型，江苏金坛），电热恒温鼓风干燥箱（DHG101-2，浙江上虞），旋转蒸发仪（RE-52 系列，上海），榨汁机（MJ-BL25B3，广东佛山），微波炉（P70D20L-DE，广东），冰箱（BCD-206L3CT，合肥），pH 计（PHS-2C，上海）.

1.3 方法与步骤

1.3.1 提取紫甘蓝色素

将新鲜的紫甘蓝去除旧叶干叶，洗净晾干，取250 g，记为M1.切片后粉碎，分别采用以稀盐酸、乙酸、乙醇、蒸馏水为浸提剂，按液固比2∶1 加入烧瓶中，600 W 微波辐射3 min 或者水浴加热2 h（由于对稀盐酸、乙酸、乙醇进行微波加入存在安全隐患，故选择水浴加热的方式，而蒸馏水使用水浴方式的加热效果极不明显，因此采用微波方式加热），然后抽滤两次，将滤液放于旋转蒸发仪中浓缩，最后将浓缩液加热蒸干，得到紫甘蓝色素干品，称其质量M2.取0.1 g 色素干品，加蒸馏水搅拌溶解，定容至100 mL 容量瓶，即得1 mg/mL 的紫甘蓝色素溶液（用来研究其变色规律及其抗氧化性）.根据以下公式计算紫甘蓝色素的提取率：

式中，M1为新鲜紫甘蓝的质量，M2为紫甘蓝色素干品的质量.

1.3.2 测定紫甘蓝色素的变色规律

取14 个相同规格的小烧杯，依次贴上pH1～pH14 的标签，按照标签标示的值，用1 mol/L 氨水溶液，1 mol/L 乙酸溶液，1 mol/L 盐酸溶液，1 mol/L 氢氧化钠溶液来制备pH1～pH14 的14 种pH 环境条件，然后向每个小烧杯中滴入3 滴紫甘蓝色素溶液，观察并记录其颜色.

1.3.3 测定紫甘蓝色素清除自由基能力

采用Fenton 原理［8］测定自由基清除效果，其反应式为H2O2+Fe2+=HO·+OH-+Fe3+，羟自由基（HO·）又与水杨酸反应产生2，3-二羟基苯甲酸，在530 nm 处有特殊吸收峰.若加入紫甘蓝色素溶液，则会降低有色化合物的生成，引起吸光度的变化.将提取的紫甘蓝色素溶液选取了1、1.5、2.0、2.5、3.0 mL 共5 个用量分别标注为序号1～5，设置对照组和实验组，依据原理测定清除羟自由基的反应体系：1 mL 水杨酸-乙醇、1 mLFeSO4，在实验组加入1 mLH2O2，对照组则相应加入1 mL H2O，最后用H2O 补足到12 mL.空白管不加入色素溶液，吸光值标记为A1，对照组5 个样品分别标记为“A2-1”、“A2-2”、“A2-3”、“A2-4”、“A2-5”，实验组5 个样品吸光值分别标记为“A3-1”、“A3-2”、“A3-3”、“A3-4”、“A3-5”.根据下式计算羟自由基的清除率：

式中，A1为空白对照液的吸光度，A2为不加显色剂H2O2样品溶液的本底吸光度，A3为加入样品溶液后的吸光度.

1.3.4 制作天然绿色化妆品

可食用指甲油.指甲油主要含增塑剂、成膜剂、树脂、着色剂等成分［10］.经过改良，本文选取吉利丁、蜂蜜、高度白酒、紫甘蓝色素等可食用的天然材料进行制作.

称取6 g 吉利丁和24 g 白酒，常温下浸泡5 min 后80 ℃恒温水浴锅加热，搅拌至完全溶解，立即加入（经食用酸/碱调成不同色泽的）紫甘蓝色素和6 g 蜂蜜，搅拌均匀冷却后灌装到指甲油瓶，即完成指甲油的制作.

可食用口红.口红主要包括油、蜡、软化剂、防腐剂、抗氧化剂、色素、香精等成分［11］.本文选取橄榄油、蜂蜡、树腊、食用香精、紫甘蓝色素等天然材料制作可食用口红.

称取5 g 橄榄油与（经食用酸/碱调成不同色泽的）紫甘蓝色素混合，研磨15 min，再加入蜂蜡1.8 g、树蜡0.2 g，加热融化后放入1 滴食用香精和0.164 g 维生素E，将溶液快速倒入组装好的模具，冷冻20 min后插入口红管中，即完成口红的制作.

2 结果与分析

2.1 紫甘蓝色素为水溶性色素

预实验中分别采用稀盐酸、乙酸、乙醇、蒸馏水作为浸提剂进行紫甘蓝色素的提取.计算提取率后发现，乙酸、乙醇提取法的提取率较低，且需要较长的时间才能获得紫甘蓝色素浓缩液；“水-微波提取法”和盐酸提取法的提取率都较高，其中，“水-微波提取法”能在最短的时间内获得紫甘蓝色素的浓缩液，因而选择成分最天然无害的“水-微波提取法”对紫甘蓝色素进行提取，见表2.

表2 不同方法提取紫甘蓝色素

2.2 紫甘蓝色素在不同pH 环境下显现不同色系

实验室常用的石蕊指示剂在不同酸碱的环境下只有3 种颜色变化，即pH＜5 时呈红色，pH5～8 时呈紫色，pH＞8 时呈蓝色，而紫甘蓝色素具有更灵敏的变色特性，紫甘蓝色素在不同pH 环境下有11 种不同色系，pH1、pH2、pH3～4、pH5、pH6、pH7、pH8、pH9、pH10、pH11～12、pH13～14 分别为深红、粉红、粉紫、紫色、蓝紫、淡蓝、深蓝、蓝绿、淡黄、黄色、深黄，颜色变化较丰富，再加上其可食用的优势，更便于测定日用品，甚至是食品的pH 值范围.

2.3 天然高效的自由基清除剂

2.3.1 自由基的危害

自由基是生物体新陈代谢过程中产生的一类可单独存在、具有高度氧化活性且带有1 个或几个不配对电子的分子或原子.在正常情况下，体内自由基的产生和清除处于动态平衡之中，但若自由基产生过多或清除过慢，它会对生物体产生一系列危害，如损伤碳水化合物、蛋白质、脂类、核酸等，加快机体的衰老过程并诱发癌症、心血管疾病等诸多疾病［12］.

2.3.2 紫甘蓝色素浓度与羟自由基清除率呈正相关

HO·是活性氧中最活泼的自由基，也是毒性最大的自由基［13］，其清除率是反映药物抗氧化作用的重要指标.在一定范围内，随着紫甘蓝色素浓度增加，羟自由基清除效果也逐渐增强（见表3），因此紫甘蓝色素具有较强的抗氧化性.

表3 清除自由基能力

2.4 天然化妆品色素

利用紫甘蓝色素制作的指甲油（如图1）和口红（如图2）.经过对各种制作成分的改良，指甲油和口红不但具符合大众审美的彩妆效果，所使用的包括色素在内的原料，都是目前最无害的成分，因此都属于可食用级别，而且，还可依照消费者喜好来调节色彩明度，是对紫甘蓝色素应用的极好示范.

图1 可食用指甲油

图2 可食用口红

3 讨论

3.1 无害高效的“水-微波提取法”

本文在查阅相关资料［5-8］后，选用了盐酸、乙酸、乙醇、蒸馏水等4 种试剂作为浸提剂，尝试从新鲜紫甘蓝叶片中进行紫甘蓝色素的提取，旨在对比其提取率以作为最终提取方法选择的依据.

根据提取结果，盐酸提取法的提取率虽然略高于“水-微波提取法”，但是它不但引入了盐酸这一不安全的成分，而且获取浓缩液的时间也长于“水-微波提取法”，为了使所提取的色素更适于人体使用，本文选用最高效且无添加的“水-微波提取法”进行紫甘蓝色素的提取.对所提取的色素进一步分析，发现其不但成分纯天然，而且性质稳定，非常适和进一步进行化妆品的制作.

3.2 紫甘蓝色素具有多种色系、抗氧化等功效

根据紫甘蓝色素在不同pH 环境下呈现不同色系的显色规律，可根据需要，通过食用酸或碱可调节其显色，以制作迎合更多不同人群需求的各类化妆品有着广阔的产品适用范围.其随pH 的改变所发生的颜色变化精确且易于观察，还可开发为新型环保指示剂.紫甘蓝色素不但色彩丰富，还富含抗氧化类物质，较低的浓度也可达到较高效的自由基清除效果，因而紫甘蓝色素是一种前景十分可观的天然抗氧化剂.