紫甘藍色素及其在化妝品中的應用

陳燕飛，尹詩欣，楊家臣，劉燕霞

（韶關學院 英東生物與農業學院，廣東 韶關 512005）

美容化妝品現已成為人們日常生活中的必需品，為解決化妝品中各種增塑劑、成膜劑、防腐劑、著色劑等［1］添加劑所引發的過敏或接觸性皮炎、孕婦流產或胎兒畸形，甚至致癌等危害，各種新型增塑劑、天然防腐劑等無害替代物［2-3］紛紛推陳出新，但目前化妝品中的色素成分依然以焦油系等合成色素為主［4］，成為了化妝品開發領域的一大難題.

紫甘藍又稱紫包菜、紫圓白菜，屬十字花科，在我國大部分地區均有種植.研究表明紫甘藍葉片中色素含量豐富，提取出來的色素為花色素苷［5］，俗稱紫甘藍色素，其純品呈深紫色粉末，價值很高.紫甘藍色素屬于有機弱酸/弱堿，在不同pH 環境下有4 種形式，即查爾酮、無色的醇型假堿、藍色的醌型堿和紅色的黃徉鹽陽離子［6］，它們之間存在著平衡反應，因此紫甘藍色素存在著可變色的特點.近年來，人們還在關注紫甘藍色素提取方法的改良和抗氧化性的研究［7-8］.

對于紫甘藍色素的應用以往多見用于果蔬雞尾酒的色彩調配［9］，而在其它色素產品的開發利用上卻未受到人們的重視，在化妝品中的應用更是微乎其微.為了給人們帶來天然的色素原料，同時提高紫甘藍的經濟價值，本文選用高效無添加的方法對紫甘藍色素進行提取，研究其變色規律及其抗氧化性后，利用紫甘藍色素和有機綠色的原料，制作出可食用的指甲油和口紅.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫甘藍（品種：早紅，市售），吉利丁（食用明膠粉），白酒（度數：62%Vol.），蜂蜜（種類：百花蜜），碳酸氫鈉（食品級），橄欖油（酸度≤0.5%），蜂蠟（白顆粒狀），合成小燭樹蠟（國產），食用香精（純香型），維生素E（濃度：0.164 g/粒），氨水溶液1 mol/L，乙酸溶液1 mol/L，鹽酸溶液1 mol/L，氫氧化鈉溶液1 mol/L，乙醇 -水楊酸溶液9 mmol/L，過氧化氫溶液8 mmol/L，硫酸亞鐵溶液9 mmol/L；指甲油瓶和口紅模具均為市售普通材料.

1.2 儀器與設備

分光光度計（752 型，上海），恒溫水浴鍋（HH-6 型，江蘇金壇），電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG101-2，浙江上虞），旋轉蒸發儀（RE-52 系列，上海），榨汁機（MJ-BL25B3，廣東佛山），微波爐（P70D20L-DE，廣東），冰箱（BCD-206L3CT，合肥），pH 計（PHS-2C，上海）.

1.3 方法與步驟

1.3.1 提取紫甘藍色素

將新鮮的紫甘藍去除舊葉干葉，洗凈晾干，取250 g，記為M1.切片后粉碎，分別采用以稀鹽酸、乙酸、乙醇、蒸餾水為浸提劑，按液固比2∶1 加入燒瓶中，600 W 微波輻射3 min 或者水浴加熱2 h（由于對稀鹽酸、乙酸、乙醇進行微波加入存在安全隱患，故選擇水浴加熱的方式，而蒸餾水使用水浴方式的加熱效果極不明顯，因此采用微波方式加熱），然后抽濾兩次，將濾液放于旋轉蒸發儀中濃縮，最后將濃縮液加熱蒸干，得到紫甘藍色素干品，稱其質量M2.取0.1 g 色素干品，加蒸餾水攪拌溶解，定容至100 mL 容量瓶，即得1 mg/mL 的紫甘藍色素溶液（用來研究其變色規律及其抗氧化性）.根據以下公式計算紫甘藍色素的提取率：

式中，M1為新鮮紫甘藍的質量，M2為紫甘藍色素干品的質量.

1.3.2 測定紫甘藍色素的變色規律

取14 個相同規格的小燒杯，依次貼上pH1～pH14 的標簽，按照標簽標示的值，用1 mol/L 氨水溶液，1 mol/L 乙酸溶液，1 mol/L 鹽酸溶液，1 mol/L 氫氧化鈉溶液來制備pH1～pH14 的14 種pH 環境條件，然后向每個小燒杯中滴入3 滴紫甘藍色素溶液，觀察并記錄其顏色.

1.3.3 測定紫甘藍色素清除自由基能力

采用Fenton 原理［8］測定自由基清除效果，其反應式為H2O2+Fe2+=HO·+OH-+Fe3+，羥自由基（HO·）又與水楊酸反應產生2，3-二羥基苯甲酸，在530 nm 處有特殊吸收峰.若加入紫甘藍色素溶液，則會降低有色化合物的生成，引起吸光度的變化.將提取的紫甘藍色素溶液選取了1、1.5、2.0、2.5、3.0 mL 共5 個用量分別標注為序號1～5，設置對照組和實驗組，依據原理測定清除羥自由基的反應體系：1 mL 水楊酸-乙醇、1 mLFeSO4，在實驗組加入1 mLH2O2，對照組則相應加入1 mL H2O，最后用H2O 補足到12 mL.空白管不加入色素溶液，吸光值標記為A1，對照組5 個樣品分別標記為“A2-1”、“A2-2”、“A2-3”、“A2-4”、“A2-5”，實驗組5 個樣品吸光值分別標記為“A3-1”、“A3-2”、“A3-3”、“A3-4”、“A3-5”.根據下式計算羥自由基的清除率：

式中，A1為空白對照液的吸光度，A2為不加顯色劑H2O2樣品溶液的本底吸光度，A3為加入樣品溶液后的吸光度.

1.3.4 制作天然綠色化妝品

可食用指甲油.指甲油主要含增塑劑、成膜劑、樹脂、著色劑等成分［10］.經過改良，本文選取吉利丁、蜂蜜、高度白酒、紫甘藍色素等可食用的天然材料進行制作.

稱取6 g 吉利丁和24 g 白酒，常溫下浸泡5 min 后80 ℃恒溫水浴鍋加熱，攪拌至完全溶解，立即加入（經食用酸/堿調成不同色澤的）紫甘藍色素和6 g 蜂蜜，攪拌均勻冷卻后灌裝到指甲油瓶，即完成指甲油的制作.

可食用口紅.口紅主要包括油、蠟、軟化劑、防腐劑、抗氧化劑、色素、香精等成分［11］.本文選取橄欖油、蜂蠟、樹臘、食用香精、紫甘藍色素等天然材料制作可食用口紅.

稱取5 g 橄欖油與（經食用酸/堿調成不同色澤的）紫甘藍色素混合，研磨15 min，再加入蜂蠟1.8 g、樹蠟0.2 g，加熱融化后放入1 滴食用香精和0.164 g 維生素E，將溶液快速倒入組裝好的模具，冷凍20 min后插入口紅管中，即完成口紅的制作.

2 結果與分析

2.1 紫甘藍色素為水溶性色素

預實驗中分別采用稀鹽酸、乙酸、乙醇、蒸餾水作為浸提劑進行紫甘藍色素的提取.計算提取率后發現，乙酸、乙醇提取法的提取率較低，且需要較長的時間才能獲得紫甘藍色素濃縮液；“水-微波提取法”和鹽酸提取法的提取率都較高，其中，“水-微波提取法”能在最短的時間內獲得紫甘藍色素的濃縮液，因而選擇成分最天然無害的“水-微波提取法”對紫甘藍色素進行提取，見表2.

表2 不同方法提取紫甘藍色素

2.2 紫甘藍色素在不同pH 環境下顯現不同色系

實驗室常用的石蕊指示劑在不同酸堿的環境下只有3 種顏色變化，即pH＜5 時呈紅色，pH5～8 時呈紫色，pH＞8 時呈藍色，而紫甘藍色素具有更靈敏的變色特性，紫甘藍色素在不同pH 環境下有11 種不同色系，pH1、pH2、pH3～4、pH5、pH6、pH7、pH8、pH9、pH10、pH11～12、pH13～14 分別為深紅、粉紅、粉紫、紫色、藍紫、淡藍、深藍、藍綠、淡黃、黃色、深黃，顏色變化較豐富，再加上其可食用的優勢，更便于測定日用品，甚至是食品的pH 值范圍.

2.3 天然高效的自由基清除劑

2.3.1 自由基的危害

自由基是生物體新陳代謝過程中產生的一類可單獨存在、具有高度氧化活性且帶有1 個或幾個不配對電子的分子或原子.在正常情況下，體內自由基的產生和清除處于動態平衡之中，但若自由基產生過多或清除過慢，它會對生物體產生一系列危害，如損傷碳水化合物、蛋白質、脂類、核酸等，加快機體的衰老過程并誘發癌癥、心血管疾病等諸多疾病［12］.

2.3.2 紫甘藍色素濃度與羥自由基清除率呈正相關

HO·是活性氧中最活潑的自由基，也是毒性最大的自由基［13］，其清除率是反映藥物抗氧化作用的重要指標.在一定范圍內，隨著紫甘藍色素濃度增加，羥自由基清除效果也逐漸增強（見表3），因此紫甘藍色素具有較強的抗氧化性.

表3 清除自由基能力

2.4 天然化妝品色素

利用紫甘藍色素制作的指甲油（如圖1）和口紅（如圖2）.經過對各種制作成分的改良，指甲油和口紅不但具符合大眾審美的彩妝效果，所使用的包括色素在內的原料，都是目前最無害的成分，因此都屬于可食用級別，而且，還可依照消費者喜好來調節色彩明度，是對紫甘藍色素應用的極好示范.

圖1 可食用指甲油

圖2 可食用口紅

3 討論

3.1 無害高效的“水-微波提取法”

本文在查閱相關資料［5-8］后，選用了鹽酸、乙酸、乙醇、蒸餾水等4 種試劑作為浸提劑，嘗試從新鮮紫甘藍葉片中進行紫甘藍色素的提取，旨在對比其提取率以作為最終提取方法選擇的依據.

根據提取結果，鹽酸提取法的提取率雖然略高于“水-微波提取法”，但是它不但引入了鹽酸這一不安全的成分，而且獲取濃縮液的時間也長于“水-微波提取法”，為了使所提取的色素更適于人體使用，本文選用最高效且無添加的“水-微波提取法”進行紫甘藍色素的提取.對所提取的色素進一步分析，發現其不但成分純天然，而且性質穩定，非常適和進一步進行化妝品的制作.

3.2 紫甘藍色素具有多種色系、抗氧化等功效

根據紫甘藍色素在不同pH 環境下呈現不同色系的顯色規律，可根據需要，通過食用酸或堿可調節其顯色，以制作迎合更多不同人群需求的各類化妝品有著廣闊的產品適用范圍.其隨pH 的改變所發生的顏色變化精確且易于觀察，還可開發為新型環保指示劑.紫甘藍色素不但色彩豐富，還富含抗氧化類物質，較低的濃度也可達到較高效的自由基清除效果，因而紫甘藍色素是一種前景十分可觀的天然抗氧化劑.

3.3 化妝產品的使用與評價

經改良制作的指甲油相對于普通溶劑型指甲油而言［10］，具有較好的撕拉性，不但便于更換指甲油以搭配美妝造型，而且由于其成分天然且具有抗氧化特性，不會導致指甲蓋會發黃的現象.自制的口紅相比于市面上的口紅更便于卸妝，殘留少或無殘留［11］，成分純天然，甚至完全可以省去卸妝的環節，不干燥、保濕效果好.

3.4 紫甘藍色素可用于研發各類天然產品

紫甘藍色素相對于其它人工色素而言，具有較強的抗氧化能力，相對于其它可應用于美容化妝品著色的天然色素而言［14］，可以有規律地對其進行顏色調節，而且色澤鮮艷，可作為一種天然色素，添加到指甲油、口紅、唇釉、胭脂、眼影等化妝品中，使人們美得更健康、自然.

紫甘藍色素更可以應用于食品、藥品、兒童玩具（如彩泥）等領域中，進一步加大可食用色素的使用與研發，生產一系列天然綠色產品，是一種極具開發潛力、具有極好發展遠景和經濟價值的天然色素.