箬叶缓释补水材料的开发及在面膜上的应用

锁进猛　张浩　滕美　周聃一　乐薇

摘要：開发一种箬叶缓释补水材料的新型面膜产品。以保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率的综合评价CE值为考察指标，通过对箬叶活性凝胶含量、壳寡糖保湿凝胶含量、箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比三因素五水平星点试验设计对传统面膜配方进行优化，并对结果进行多元线性和二次多项式非线性拟合，进行预测分析与验证试验。进一步进行感官评价与动物刺激试验。面膜最优配方组成：箬叶活性凝胶含量4.6 %、壳寡糖保湿凝胶含量2.4%以及箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比1.2，保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率预测值与理论值的偏差分别为0.63 %、0.58 %与0.35 %。面膜使用效果试验表明：该面膜中不含刺激、易致敏成分，作用条件温和，面膜理化及感官评价指标符合国家接受标准，同时动物实验未表现出异常，进行临床研究表明该面膜具有明显美白效果。星点设计-效应面法对箬叶缓释补水面膜制备工艺优化，理论模型预测良好，适用于该面膜配方的优化。箬叶缓释补水面膜具有一定的美白、保湿与抗衰老功效。

关键词：箬叶;黄酮;面膜;壳聚糖;星点设计

中图分类号：S753文献标识码：A文章编号：1004-3020（2019）04-0024-08

Development of Slow Water Supplement Material for Indocalamus longiauritus

Leaves and its Application on Faciac MaskSuo JinmengZhang HaoTeng MeiZhou DanyiYue Wei

（College of Environmental and Biological Engineering， Wuhan Technology and Business UniversityWuhan430065）

Abstract： A new facial mask product containing natural antioxidant ingredients was developed. Using moisture rate， hydroxyl free radical clearance and tyrosinase activity inhibition rate of comprehensive evaluation of CE value as examining index， we optimized traditional mask formula， based on the contents of film-former， moisturizing factor， film former and moisturizing factor ratio with three factors and five levels star test design， and the results were analyzed by linear and quadratic polynomial nonlinear fitting， forecast analysis and verification experiments. Further sensory evaluation and animal stimulation experiments were conducted. The optimal formula of the mask consists of 4.6 percent film formation agent， 2.4 percent moisturizer， and the ratio of film formation agent and moisturizer is 1.2. The difference between the predicted value and theoretical value of the moisture rate， hydroxyl radical scavenging rate and the activity inhibition rate of tyrosinase is 0.63 percent， 0.58 percent and 0.35 percent， respectively. The application effect of the mask shows that the mask contains no stimulating， sensitive ingredients， and the functional conditions are mild. The physicochemical and sensory evaluation indexes of the mask conform to the national accepted standards. Meanwhile， the animal experiments show no abnormalities. The star point design-effect surface method can optimize the preparation process of Indocalamus longiauritus leaves flavone oligomeric chitosan mask， and the theoretical model predicts well. Indocalamus longiauritus leaves flavonoid oligomer chitosan mask has a certain whitening， moisturizing and anti-aging effect.

Key words：Indocalamus longiauritus leaves; flavonoids; Tmask; chitosan; star design

箬叶竹Indocalamus longiauritus别名粽叶，又叫“角黍”“筒粽”[1-2]，1825年被Hand.-Mazz正式命名，主要产于浙江西天目山、衢县和湖南零陵阳明山，中国长江以南包括安徽、浙江、湖南、湖北、四川等14个省均有生长，目前已发现近20个亚种[3-4]，箬叶具有清热止血、解毒消肿之效[5]，可以治疗吐血、下血、小便不利、喉痺、痈肿等病症[6]。近年来，除药用价值外，还发现箬叶中含有黄酮成分具有清除人体内自由基[7]、抑制酪氨酸酶活力美白抗衰老[8]的功能。

湖北林业科技第48卷第4期锁进猛，等：箬叶缓释补水材料的开发及在面膜上的应用壳寡糖是甲壳素脱乙酰基得到的产物，化学名称是β-（1，4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖[9]，广泛存在于甲壳类动物、真菌、植物等的细胞壁中[10]。将壳寡糖酰基化、羧基化、羟基化、酸化反应等都可得到水溶性的壳聚糖衍生物，并显示出良好的保湿性[11]。

近些年来国内大部分学者针对面膜制备工艺的优化多采用正交试验设计[8-13]，具有试验次数少，模型简单，数据处理方便的特点，但其精度不高。星点设计-效应面法[14]（Central composite design-response surface method，CCD-RSM）作为一种集数学和统计于一体的新型试验设计方法[15]，利用多元线性回归数学模型，具有预测准确、试验操作简单与精密度高的优点。

中国的箬叶资源分布广泛，湖北省每年大量产出箬叶，但对于箬叶的利用仅限于传统食物“粽子”的外包装，存在极大的资源浪费。以箬叶黄酮为主要生物添加剂研发出一款具美白、保湿、修复与抗衰老的新型面膜产品。既可以充分利用闲置资源[16-17]，又可以提高箬叶的产业价值，造福人类。并希望经过对黄酮类化合物的积极研究，为食品、医药等方面中的应用提供新的思路和更完善的理论依据[18-19]，日后能生产出更多具有低毒、高效的药品和天然保健品，加快天然资源的有效开发利用[8，20]。

1试验部分

1.1材料与仪器

箬叶（5月份于湖北仙桃采摘）、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）（L R，300～800，上海山浦化工有限公司）、柠檬酸（天津市风船化学试剂科技有限公司）、壳寡糖粉（山东海力生物制品有限公司）、明胶（河南博洋明胶有限公司）、珍珠粉（海南海润生物科技股份有限公司）等试剂，均为分析纯（AR）。RE52CS旋转蒸发仪，恒温水浴锅（上海亚荣生化仪器厂）、DZKW-D-2电热恒温水浴锅（北京市永光明医疗仪器有限公司）、SCIENTZ-10N冷冻干燥机（宁波新芝生物科技股份有限公司）、5810R型高速冷冻离心机（德国艾本德仪器有限公司）、AUY120型万分之一天平（日本岛津公司）、JYO2S型紫外分光仪（北京君意东方电泳设备有限公司）。

1.2试验方法

1.2.1箬叶黄酮冻干粉的制备

取箬叶40 g（18目）置于恒温反应釜内，用乙醇-水作为提取液，采用半仿生技术模拟人体胃、小肠、大肠的体液pH值，分别为0.9～1.5、7.6、8.3～8.5。提取105 min后，按文献[20]测得黄酮含量：2.3%。将粗提液减压浓缩，以湿法上样，装入内径为1.5 cm的层析柱，柱高12 cm，柱体积21 cm3，径高比1∶8，以聚酰胺树脂为固定相，洗脱剂为80%乙醇，洗脱剂用量150 mL，洗脱流速0.5 mL/min，收集洗脱液并减压浓缩除去乙醇溶剂，经冷冻干燥得箬叶黄酮冻干粉。

1.2.2箬叶缓释补水面膜的制备

箬叶缓释补水面膜主要由箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶两组分构成。箬叶活性凝胶内含活性成分箬叶黄酮，箬叶黄酮的游离羟基（·OH）具良好的抗氧化功效，天然箬叶成分也具有极佳的皮肤亲和性。壳寡糖保湿凝胶是低聚壳聚糖的柠檬酸溶液，低聚壳聚糖保湿功效与透明质酸相当，而其成本远低于透明质酸，低聚壳聚糖的螯合能力，使其具有修补痘坑，改善皮肤环境的功效。箬叶缓释补水面膜配方[8]见表1。

1.2.3箬叶缓释补水面膜评价体系

（1）保湿率：面膜中引入的低聚壳聚糖成分富含氨基与羧基基团，能够与氨基酸、葡萄糖、磷脂以及蛋白质等机体大分子良好的结合，因而具有保湿及润肤性，故将保湿率纳入评价体系，权重为0.4。保湿率具体测定参考文献[12]。

（2）羟基自由基清除率：箬叶提取物中的黄酮成分通过提高机体抗氧化酶的活性，从而加强了对氧自由基的清除作用，防止发生抗氧化损伤，故将羟基自由基清除率纳入评价体系，权重为0.3。羟基自由基清除率具体测定参考文献[7]。

（3）酪氨酸酶活力抑制率：酪氨酸酶是黑色素生成过程中的主要限速酶，中药提取物有效抑制酪氨酸酶活力，从而起到美白的功效，酪氨酸酶活力抑制率是评价面膜美白功能的关键性指标，故将酪氨酸酶活力抑制率纳入评价体系，权重为0.3。运用生化酶学法检测化妆品或化妆品原料的美白效果[15]，比较箬叶黄酮壳聚糖面膜样品与无箬叶黄酮面膜样品对酪氨酸酶抑制率的大小。

（4）綜合评价体系：以保湿率（Y1）、羟基自由基清除率（Y2）与酪氨酸酶活力抑制率（Y3），3个考察指标构建综合评价体系，计算公式：CE=0.4×Y1+0.3×Y2+0.3×Y3

2结果与讨论

2.1星点试验优化箬叶缓释补水面膜工艺

2.1.1单因素试验

研究表明影响保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率的主要因素包括：箬叶活性凝胶含量、壳寡糖保湿凝胶含量以及箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比。利用控制变量法，对不同因素进行单因素考察。

（1）箬叶活性凝胶含量：按照1.2.2中制备方法，固定壳寡糖保湿凝胶含量为3.0%以及箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比为1.5，按2.0 %、3.0 %、4.0 %、5.0 %、6.0 %比例加入箬叶活性凝胶进行单因素试验，记录其保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率，并计算其CE值。结果如图1，箬叶活性凝胶含量大于4 %后羟基自由基清除率开始下降，CE值随之下降，说明箬叶活性凝胶过多时影响箬叶活性成分的有效释放，故选择箬叶活性凝胶含量：4 %为中心点。

图1箬叶活性凝胶含量对CE值影响（2）壳寡糖保湿凝胶含量：按照1.2.2中制备方法，固定箬叶活性凝胶含量为2.0 %以及箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比为1.5，按2.0 %、2.5 %、3.0 %、3.5 %、4.0 %比例加入壳寡糖保湿凝胶进行单因素试验，记录其保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率，并计算其CE值。结果如图2，壳寡糖保湿凝胶添加量到达3 %以后，CE值基本稳定，故选择壳寡糖保湿凝胶含量：3 %为中心点。

图2壳寡糖保湿凝胶含量对CE值影响（3）箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比：按照1.2.2中制备方法，固定箬叶活性凝胶含量为2.0 %以及壳寡糖保湿凝胶含量为3.0 %，按壳寡糖保湿凝胶与箬叶活性凝胶按5∶2、2∶1、3∶2、1∶1、2∶1的比例配置进行单因素试验，记录其保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率，并计算其CE值。结果如图3，箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比为3∶2時，CE值存在峰值48.76，故选择箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比：3∶2为中心点。

2.1.2星点试验设计及数据处理

（1）CCD试验设计：依据单因素的结果，选取对箬叶黄酮面膜影响最大的三个因素，进一步采用星点实验设计（CCD）优化最佳工艺。设计箬叶活性凝胶含量（X1）、壳寡糖保湿凝胶含量（X2）与箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比（X3）三个因素，各因素五水平，用代码-α、-1、0、1、α分布表示（α=1.732），试验因素水平见表2，试验结果见表3。

（2）模型拟合与方差分析：利用Design-Expert8.0.6.1软件对表3中数据进行效应面实验分析，以各考察指标的综合评价（CE值）为效应值，对箬叶活性凝胶含量（X1）、壳寡糖保湿凝胶含量（X2）与箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比（X3）进行多元线性和二次多项式非线性拟合。

gn-Expert8.0.6.1软件对各因素进行二次多项式非线性拟合，方差分析见表4，拟合模型：CE=b0+b1X1+b2X2+b3X3+b4X1X2+b5X1X3+b6X2X3+b77X12+b8X22+b9X23，在二项式拟合过程中，存在b4、b5与b6的P值远大于0.05，拟合显著性差，故进一步优化拟合结果，优化后拟合模型：CE=b0+b1X1+b2X2+b3X3+b7X21+b8X22+b9X23，优化后二次多项式非线性拟合方差分析见表5，所得二项式方程拟合方程和多元线性回归方程见表6。

结果表明，二项式拟合方程拟合程度更佳，所以，选择二项式拟合模型处理数据。

（3）等高线图和效应面图分析：利用Design-Expert8.0.6.1软件对表3中数据进行二次多项式非线性拟合得到二维等高图及三维效应面图，即图4。由图可以得到三个因素最佳的水平，即X1：3.42%～4.58%，X2：2.42%～3.58%，X3：1.21%～1.79%。进一步利用二项式拟合方程求导，得到最优工艺为X1：4.58%，X2：2.42%，X3：1.21%，即箬叶活性凝胶含量4.58 %、壳寡糖保湿凝胶含量2.42 %与箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比1.21。

2.1.3验证试验

根据实际条件对上述工艺参数进行修正，得到箬叶缓释补水面膜最优工艺为：箬叶活性凝胶含量4.6 %、壳寡糖保湿凝胶含量2.4%与箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比1.2，按照修正后的最优条件进行验证试验平行3组，结果见表7。

由表7可知，按照最佳工艺条件下制备的箬叶缓释补水面膜的保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率与预测值的偏差分别为：0.63 %、0.58 %与0.35 %，可见使用星点设计效应面法优化箬叶缓释补水面膜制备的配方可行。

2.2面膜使用效果试验

2.2.1水果测试

天然植物的果实，如苹果、梨、土豆等的果肉极易被氧化，引起褐变。将待测样品均匀涂抹于水果的纵切面，以无色透明状的箬叶活性凝胶为空白对照，无处理为环境对照。

如图5所示，相同环境条件下作用约129 min，环境对照区（B）出现了干燥脱水，明显地产生褐变情况，空白对照区（C）也呈现干燥脱水状态，且中心区域也出现了少量褐变情况，测试样品区（A）除边角位置有少量的变干，其颜色保持在初始状态，未发生褐变情况，结果显示，箬叶缓释补水面膜中添加的箬叶提取物成分，有效地防止水果的褐变，明显削弱了氧化作用，同时锁水，保湿功效达到了理想状态。

2.2.2动物试验

取试验小白鼠10只，连续15 d进行同步喂养，选择小鼠尾部位置做脱毛处理，分别标记为A、B组。A组均匀涂抹待测面膜样品，B组涂抹等量清水，保持30 min后用清水洗去，连续一周相同操作，观察并记录小鼠皮肤变化情况。

如图6所示，连续操作一周后，试验10只小鼠A组皮肤与B组组皮肤并无异常，皮肤表面也未出现红斑、红肿与溃烂，小鼠活动与食量均保持正常水平。结果表明，箬叶缓释补水面膜中不含刺激、易致敏成分，作用条件温和，pH适宜，可进一步进行临床实验研究。

2.2.3临床实验

动物实验结果初步表明待测面膜样品中无刺激性与易致敏成分，可进一步指导临床实验研究。将面膜样品涂抹于测试者左手，右手涂抹清水作对照，连续试用1个月后，观察测试者皮肤变化情况，如下图所示，左手有明显美白效果。

2.3面膜理化检测及感官评价

查阅相关规定，按照《中华人民共和国轻工行业标准》QB/T 2872-2007规定检测感官指标：外观和香气，理化指标：pH值、耐热和耐寒，卫生指标：铅、汞、砷等，结果如下表8所示。

表8面膜理化指标、感官及卫生检验评价指标

检测指标检测项目检验结果国家标准结果判定感官指标外观均匀啫喱状均匀啫喱状/乳液符合要求香气竹叶清香/符合要求理化指标pH（25 ℃）5.743.5～8.5符合要求耐热40 ℃保持48 h，恢复至室温与实验前无明显差异。（40±1）℃保持24 h，恢复至室温与实验前无明显差异。符合要求耐寒4 ℃保持48 h，恢复至室温与实验前无明显差异。（-5～10）℃保持24 h，恢复至室温与实验前无明显差异。符合要求卫生指标菌落总数307≤1000符合要求霉菌和酵母菌总数12≤100符合要求粪大肠杆菌群N.D不应检出符合要求金黄色葡萄球菌N.D不应检出符合要求铅、汞、砷N.D≤40、≤1、≤10符合要求如上表8所示，面膜外观呈悦目地淡黄色透明凝胶状，有竹叶清新香味，在常温下pH为5.74，黏度适中，细腻顺滑，易于摊开抹平，薄膜均匀，不会形成小孔;在4/40 ℃下持续48 h，恢复至室温与实验前无明显差异;粪大肠杆菌群与金黄色葡萄球菌均未检出，重金属离子铅、汞、砷等也均未检出。制备的箬叶黄酮面膜符合面膜十二項相关QB/T 2872-2007标准之规定。

3结论

星点设计-效应面法对箬叶缓释补水面膜制备工艺优化，理论模型预测良好，适用于该面膜配方的优化。面膜最优配方组成为箬叶活性凝胶含量4.6 %、壳寡糖保湿凝胶含量2.4 %与箬叶活性凝胶与壳寡糖保湿凝胶配比1.2，保湿率、羟基自由基清除率与酪氨酸酶活力抑制率预测值与理论值的偏差分别为0.63 %、0.58 %与0.35 %。

临床试验表明，箬叶缓释补水面膜中不含刺激、易致敏成分，作用条件温和，pH适宜，面膜理化及感官评价指标均符合国家质量接受标准。该面膜能够有效的抵抗氧化作用，具有明显的锁水，保湿功效。新型功能性面膜产品的研发为箬叶天然资源的有效开发利用，提供了新思路。

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