全蚕丝蛋白霜的制备与性能表征

陈思洁，成晨，赖泽锴，刘颖文，左保齐，刘敏

（1.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215021 2.现代丝绸国家工程实验室，江苏苏州 215123）

丝胶是一种天然球蛋白物质，由多种氨基酸组成。由于所包含氨基酸的亲水性，丝胶具有优良的吸湿效果，当其涂覆在皮肤上时会形成一种极薄的膜，这种膜可以有效的防止皮肤表面的水分蒸发；另外，丝胶还具有抗氧化的功效，在自然条件下就可以有效的抑制活性氧的产生，形成对空气中有害物质的抵御，从而使皮肤得到良好的保护，和维生素C相比，其对于皮肤的抗氧保护效果更好[1]。开始，人们对于丝胶的认识比较少，以至于没有重视在制丝过程中废弃的丝胶，这不但是一种资源的浪费，同时还会对环境造成严重的伤害。开发丝胶副产品可变废为宝，拓宽蚕丝的用途。经过国内外学者的研究发现，丝胶在各个领域上都有着很大的应用价值，日本在对丝胶的研究上起步最早，其已经成功地研发出了药物以及化妆品等，并流入市场，效益可观，引起业界的广泛重视。但是由于养蚕业日本国内越来越缺乏竞争力，在后续的时间内对丝胶副产品的研究一直处于停滞不前的状况[2]。

丝素是将蚕丝脱胶后通过溶解和透析加工成的，从桑蚕丝中提取的丝素含有了人体必需的8种氨基酸，其中的丝氨酸、天冬氨酸、赖氨酸和谷氨酸等均为皮肤的营养要素，这些营养物质有促进皮肤新陈代谢、增强细胞活力的作用。因而，丝素蛋白可作为优良的化妆品添加剂应用于各类化妆品中[1]。

目前，许多化妆品公司如欧莱雅、大宝等都在近年来开展了含丝素蛋白的化妆品的研究。但在国内笔者尚未见到将丝胶丝素的复合产品成功应用到生产中的报道，且丝胶与丝素蛋白的某些作用机理也尚未明确，丝胶丝素蛋白复合化妆品的优良配方等问题还有待解决。

1 全蚕丝蛋白霜的制备与表征

1.1 仪器和试剂

1.1.1 主要仪器

电热炉，透析袋，高压蒸汽灭菌锅，通风橱，玻璃棒，烧杯，智能型傅里叶红外光谱仪(FTIR)(美国尼高力,Nicolet USA)，离心机，BS201S电子天平（德国Sartorius），78-1多功能磁力搅拌器（江苏荣华仪器制造有限公司），RS-552冰箱（浙江港通电器有限公司），DL-101型电热恒温鼓风干燥箱（北京中兴伟业仪器有限公司），肌肤水分油分弹性测试仪（广东淘美公司TM3688）

1.1.2 主要原料和试剂

桑生丝（广州桑生丝有限公司），无水碳酸钠（AR，北京广元化学制造厂），溴化锂（AR，淄博超川化工有限公司），防腐剂杰马PLUS（北京桑普生物公司），抗氧化剂BHA（丁基羟基茴香醚，河北源创生物公司）和VE(河北源创生物公司），油性原料天然角鲨烷(上海同顶实验有限公司），乳化剂赛比克305（聚丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯，法国赛比克公司），乳化剂阿拉伯胶(凯通贸易有限公司），去离子水，无水乙醇。

1.2 制备方法

1.2.1 制备方案

当在化妆品的研制过程中，作为一种特殊的添加材料，蚕丝蛋白的添加比例是有严格的要求，合适的比例才能保证良好的效果。蚕丝蛋白的主要组成单元是亲水性的氨基酸，符合制作水包油型产品的要求[3]。所以在本文的研究过程中选用的乳化剂是水包油型的。又因为蚕丝蛋白是容易滋生细菌的高营养型物质，导致其产品易发霉变质，所以在对防腐剂进行选择的时，笔者认为应该选用具有广谱抗菌性而且当含量较低的时也能发挥优良防腐效果的品种[4]。虽然蚕丝蛋白在护肤上有着很好的应用前景，但是该物质在阳光照射下以及含氧量较高的环境中的稳定性较差，所以利用蚕丝蛋白进行护肤品的制备时必须加入一定量的抗氧化剂。综合各种资料，笔者认为如果将物理抗氧化剂与活性抗氧化剂同时使用，可能会得到更好的效果，物理抗氧化剂可以有效地对基质中的易发生氧化作用的活性成分进行抑制，而活性抗氧化剂则是利用基质作为载体来抵制化学自由基的氧化[5]。本文全蚕丝蛋白霜由丝素（SF）：丝胶（SS）分别为5∶0，3∶1，1∶1，1∶3和0∶5的比例，加入适量的角鲨烷油脂，赛比克305乳化剂，杰马PIUS防腐剂，抗氧化剂BHA和VE组成。

1.2.2 制备过程

（1）沸水提取丝胶蛋白。首先进行预处理，将一定量的生丝置于少量去离子水中，在58°C下加热30min。然后将处理完的生丝置于20倍量去离子水中，煮沸1h，以达到脱胶的目的，更换去离子水后再次煮沸1h。最后将低浓度的丝胶溶液进行冷冻干燥处理增加纯度后备用。将脱胶的蚕丝取出后置于蒸馏水中进行冲洗，后置于100°C的烘箱中处理12h，冷却后称重，计算脱胶率。重复实验三次，求平均值。

（2）提取并溶解丝素蛋白。将步骤（1）中得到的蚕丝置于煮沸的Na2CO3溶液中，Na2CO3溶液的质量分数为0.05%，30min后用去离子水进行冲洗，以将残留的丝胶完全去除。在60℃烘箱中烘干得到丝素，采用三元溶液（溴化锂、无水乙醇、去离子水质量比为44∶45∶11）进行溶解并充分搅拌，搅拌后待液体冷却将其装入到透析袋中，经透析三天后就可以得到纯净的丝素溶液，将该丝素溶液置于通风橱中进行浓缩。为了避免细菌的滋生，一般将浓缩后的溶液在高压锅中灭菌10min，冷却后放入4℃的冰箱中备用，可以保存更长时间。丝素溶液的体积分数经过烘干后称重计算得到的。

（3）混合原料。将所有器具消毒后将角鲨烷和乳化剂加入烧杯中，不断进行同一方向搅拌并缓缓加入丝胶及丝素蛋白，然后将其置于60℃的恒温磁力搅拌器中，处理20min，冷却后将抗氧化剂和防腐剂缓缓加入。在室温下用磁力搅拌器再次搅拌10min。静置后瓶装。

1.3 性质表征

1.3.1 红外光谱分析

每种分子都有由其特殊组成、特殊结构决定的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定[7]。利用红外光谱仪对物质分子进行的分析和鉴定是研究物质物理性质的一种重要手段。实验中将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，其中某些特定波长的红外射线会被特定的分子吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。本实验采用的仪器是美国尼高力智能型傅里叶红外光谱仪(FT⁃IR)。

1.3.2 稳定性

对膏霜以及液状化妆品稳定性测试的主要项目就是耐热和耐寒性测试。

1.3.2.1 耐热性

将调节恒温箱到40℃，取五种比例的丝素/丝胶蛋白霜各两份，分别标号为1、2。将1号置于恒温箱中24h后取出，冷却到室温后与2号样品进行比对。

1.3.2.2 耐寒性

将电冰箱调节至-15℃，取五种比例的丝素/丝胶蛋白霜各两份，分别标号为1、2。将1号置于冰箱内24h后取出，恢复到室温后与2号样品进行性能的比对。

1.3.2.3 离心试验

对于乳液化妆品的货架寿命研究的一个重要试验是离心试验。本试验设置离心半径为10cm，转度为3000r/min，时间为30min。

1.3.3 保湿率

本实验使用的是肌肤水分油分弹性测试仪（广东淘美公司TM3688），各取4份容量相等的全丝素，SF/SS=3∶1，SF/SS=1∶1，SF/SS=1∶3以及全丝胶膏霜均匀涂抹于5位试验者的脸部两颊，涂抹后立即用肌肤水分油分弹性测试仪测量其肌肤水分含量，测量间隔时间为30min，共测量5次[8]。分析5次测量结果，去除误差较大值后取平均值制成折线图，以便进一步分析其保湿性。

2 结果与讨论

2.1 全蚕丝蛋白霜的分子构象与形态

图1 不同比例丝素/丝胶蛋白霜红外光谱图

图1为全蚕丝蛋白霜的红外光谱图，从图中可以看到丝素蛋白的主要的吸收峰位于波数为500～2000cm-1的范围内。其中丝胶的二级结构主要是无规卷曲，并且含有一部分的β构象，基本没有α螺旋结构。相对于外层丝胶而言，内层丝胶与丝素比较靠近，含有的β结构较多，但是在湿度较大的环境中，外层丝胶的部分无规卷曲会逐渐的向β结构发生变化，同时这样的变化是不可以逆转的[9]。所以对于全蚕丝蛋白霜的红外光谱的分析着重于500～2000cm-1这一特定波数范围。图中，酰胺Ⅰ和酰胺Ⅳ的波数分布分别为1640cm-1、700cm-1,由此可知，全蚕丝蛋白霜组成成分的分子构象主要就是β-折叠与无归卷曲。对于不同比例的丝素、丝胶蛋白构成的蚕丝蛋白霜的分子构象无特别大的改变。

2.2 稳定性

2.2.1 耐热性

在膏霜类的化妆品研究过程中的其中一个重要的指标就是产品的耐热性。资料显示，膏霜在50℃的环境中经历4.5个月，相当于在20℃的环境中经历3年。在实验中，观察到五种比例的蚕丝蛋白霜均未有分层、硬度和变色的变化，但是五种比例的蛋白霜在实验后都稍有变稀，在常温放置48h后恢复正常粘稠度。这可能是由于其分子的不规则运动的加剧所致，分子在运动的过程中不断的碰撞，从而导致液滴的界面遭到严重的破坏，最后使两个液滴在引力的作用下凝结成一个大分子液滴，结果使体系的自由能下降[10]。在常温下久置后液滴分子又恢复正常的运动。

2.2.2 耐寒性

耐寒性实验和耐热性实验一样，是一项重要的检验膏霜稳定性的指标。在实验的过程中分别观察五种比例的蚕丝蛋白霜，均未出现变色以及分层的现象，但是比例为SF/SS=1∶3和全丝胶的蛋白霜经过冷冻后膏体不易黏起，且在皮肤上不易推开，延展性没有冷冻之前好。

2.2.3 货架存放稳定性

经过离心试验后对比五种比例的蚕丝蛋白霜的均未分层和分离，所以五种比例的膏霜货架存放稳定性较好，在运输以及存放的过程中可以放心运作。

2.3 保湿性能

图2 不同比例的丝素/丝胶蛋白霜：1∶1,1∶3,全丝胶的含水率

表1 不同比例丝素/丝胶蛋白霜不同时间的含水率

测试过程中,由于全丝素、SF/SS=3∶1的膏霜本身的可推展性不好，所以在涂抹的过程中，不好推开，测试保湿值不稳定，具有较大的误差。在测试的余下三种比例的结果可看出，当丝胶含量增加时，其膏霜的湿度测量值是偏大的，符合制作保湿性能好的膏霜的特征[11]。而含有丝素蛋白的蛋白霜可以有效地为肌肤补充营养，提亮肤色。

3 结论

本研究采用水煮脱胶法以桑蚕丝制得丝胶蛋白溶液并进行浓缩，利用丝素蛋白和丝胶蛋白制作保湿滋润霜，开发蚕丝的副产品。通过红外光谱分析、稳定性测试和保湿性能测试得到的数据，经过综合分析结果表明SF/SS=1∶3的全蚕丝蛋白霜可以最大程度地发挥蚕丝蛋白的活性及功效。其产品霜体细腻，易涂抹，对皮肤的渗透性良好，皮肤保湿效果优异，滋养效果好，能实现其独特的护肤效果；而且制备过程相对简单，对设备的条件要求不高，进行生产时效率较高。此产品很好地利用了蚕丝蛋白对人体皮肤的亲和性，以膏霜为载体能更好地形成保护膜而发挥保湿效果，并且产品中的辅助成分角鲨烷能够加强皮肤角质层的防御作用，保证涂抹在肌肤上的蚕丝蛋白不易流失，长时间地滋养皮肤。

本研究不足之处在于质量评价实验仍不够充分，目前不能肯定此膏霜符合《中华人民共和国轻工行业标准—润肤霜膏类(QB/T1857-2004)》相关要求，应根据标准要求进行进一步研究改进。

从实际的应用角度看，丝素丝胶蛋白复合膏霜的研究制备不仅可以实现蚕丝的合理利用，对于提升蚕丝产品附加值、提高蚕丝产地的经济、增加蚕农及丝绸企业收入、减少环境污染等也有着积极的影响。同时在当今人们崇尚天然的潮流中，此产品能满足消费者对天然化妆护肤用品日益增长的消费需求，在国内具有相当大的潜在市场。

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