綠色環保鳳仙花指甲油的研究與制備

胡玉婷，肖善善，謝念伽，張開蓮，高 蝶

西南醫科大學藥學院（瀘州 646000）

【關鍵字】鳳仙花；色素；提取；成膜；指甲油

鳳仙花（Impatiens balsaminaL.），又名指甲花、指甲桃、急性子、鳳仙透骨草，是鳳仙花科鳳仙花屬的植物。《滇南本草》中提到鳳仙花“可治小兒膿耳。”《綱目》曾有鳳仙花“可活血消積。治蛇傷，腰脅引痛”的說法。鮮草搗爛外敷，可治瘡癰腫痛、毒蟲咬傷、跌打損傷；花瓣搗碎后加大蒜汁等粘稠物可治灰指甲[1]。其全草可入藥，具有祛風除濕、活血定痛的功效，現代藥理學研究表明，鳳仙花還具有抗菌、抗氧化甚至治療脂溢性（雄激素性）脫發等功效，是中國傳統中藥材[2-4]。同時也常被古代女子用于染指甲[5]。唐代詩人李賀在《宮娃歌》就有“蠟光高懸照紗空，花房夜搗紅守宮”描摹出夏夜燭光之下女子在花房中搜尋鳳仙花搗碎后染指的生活場景。由此可見，鳳仙花具有抗菌和用作指甲染色劑的潛力，可用作指甲油的原料。

現如今，各種各樣的化妝品已經層出不窮[6]。其中，指甲油已經成為生活中常見的化妝品，因其用法方便及多樣的顏色選擇深受愛美女性的青睞。然而，現有指甲油成分中含有化學合成色素、丙酮、乙酸乙酯、鄰苯二甲酸二甲酯、甲醛等致癌物質及有毒有害化學物質[7]。長期使用基于這些物質制備的指甲油，會對人體造成不可避免的傷害如導致指甲損傷，甚至具有致癌性[8-10]。另外，在面向兒童的指甲油產品中，也添加了甲基異噻唑啉酮等有機物質，會危害兒童的健康[11]。據報道，中藥中許多成分如問荊莖提取物可以替代指甲油中的成分，且大多無毒害作用[12]。劉勁松課題組以風仙花色素為顯色劑制備了鳳仙花色素指甲油[13]。然而并未對風仙花中的色素提取條件進行優化，其指甲油的制備成分較為復雜且成膜效果不顯著。因此，本研究致力于尋找鳳仙花色素提取的最佳條件，以風仙花色素為顯色劑，改進現有指甲油的組成成分，研發出新型綠色環保的成膜率快且成膜效果好的鳳仙花指甲油。

1 材料與儀器

1.1 實驗材料

鳳仙花粉和鳳仙花購于安徽毫州藥材市場；乙醇（分析純）、阿拉伯膠、檸檬酸三丁酯、甘油購于成都科龍化工有限公司。整個實驗過程中使用的去離子水來自于美國艾科浦超純水系統。

1.2 實驗儀器

分析天平（AUW220，上海舜宇恒平科學儀器有限公司），紫外可見光分光光度計（UV-2600，日本島津儀器有限公司），恒溫水浴鍋（DF-101S，鞏義市予華儀器有限責任公司），干燥箱（DHG-9145A，上海齊欣科學儀器有限公司），旋轉蒸發儀（德國艾卡儀器設備有限公司），離心機（Eppendorf 5430R）。

2 方法

2.1 鳳仙花色素

鳳仙花花瓣中含有多種色素，如指甲花醌色素、花色素苷等。指甲花醌色素可以結合蛋白質；花色素是由類黃酮代謝所衍生的多酚類化合物，具有清除氧自由基及抑制脂質過氧化的能力[14]。根據色素種類的不同，利用色素的化學性質，可以選擇多種方法分離和提取色素[15]。近年來色素成分提取技術主要集中在溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法等[16-18]。利用色素提取液在515 nm處測定的吸光度值可以得出溶液中色素含量的多少。

2.2 鳳仙花色素的提取

取干燥的鳳仙花粉末（40 目過篩，0.45 mm）50 g，加入150 mL 的70%乙醇，調節pH 約為1，于60 ℃回流條件下提取3 h。提取完畢后，取濾液離心，旋轉蒸發濃縮至無醇味，得鳳仙花色素提取液。

2.3 指甲油的制備

取鳳仙花色素提取液2 mL，依次加入檸檬酸三丁酯1.5 mL（增塑劑、成膜助劑），阿拉伯膠10 g（增稠劑），甘油2 g（保濕劑）和去離子水10 mL（溶劑），混勻5 min左右后即得指甲油。

3 結果

3.1 鳳仙花色素最佳提取條件的優化

3.1.1 提取溶劑的優化 齊玥等[19]曾對鳳仙花色素提取溶劑的選擇作出研究，在無水乙醇、丙酮、石油醚、冰醋酸中得出無水乙醇為最佳溶劑的結論。但這樣的結論并不準確，只能證明在常用提取溶劑中，醇類溶劑對鳳仙花色素提取具有較好的效果。提取劑的濃度不同提取效果亦會不同，而該研究組沒有對常用濃度進行研究，故本研究對不同種類與濃度的醇溶液對鳳仙花色素的提取效果進行了研究。準確稱取3 份干花粉，每份10 g。分別采用30 mL的無水乙醇、甲醇和70%乙醇作為提取溶劑，于70 ℃下回流提取3 h，取濾液離心，取上清液在515 nm處測定吸光度，最終發現70%乙醇對鳳仙花粉末中的色素提取效果最佳，故后續選擇70%乙醇為最佳提取溶劑。結果如圖1所示。

圖1 不同提取溶劑對色素提取率的影響Figure 1 Effects of different extraction solvents on the extraction yield of pigments

3.1.2 鳳仙花形態及用量對色素提取效果的影響 提取鳳仙花色素時可用的鳳仙花形態有干花和干花粉兩種，兩種形態鳳仙花的色素提取效果可能不同[20]。因此，需考察不同形態的鳳仙花及其用量對色素提取效果的影響。準確稱取3份干花或干花粉，每份10 g。按照與溶劑70%的乙醇的比例分別為1∶15，1∶30，1∶45（干花）或1∶3，1∶5，1∶9（干花粉）混勻。于70℃下回流提取3 h，取濾液離心，取上清液在515 nm 處測定吸光度。由圖2可知，無論是干花還是干花粉，隨著料液比的增大，提取出來的色素量均呈減少趨勢，故最佳固液比為1∶15（干花）或1∶3（干花粉）。而干花粉總體浸提率高于干花花瓣，且干花粉對于溶劑的消耗量遠少于干花花瓣。故根據經濟、簡便原則，最佳風仙花形態應選擇干花粉，其與溶劑的比例為1∶3。

圖2 鳳仙花形態及料液比比例對色素提取率的影響Figure 2 Effects of morphology of Impatiens balsamina L and solidliquid ratio on the extraction yield of pigments

3.1.3 提取溶劑pH 的優化 提取溶劑的pH 對目標成分的提取率也有一定影響，但對于色素而言影響不大[21]。一般情況下，在一定濃度范圍內，提取溶劑pH越小越易將色素提取[22]。因此，在最佳提取溶劑、最佳鳳仙花形態和用量的基礎上，可對提取色素的溶液pH進行優化。準確稱取3份干花粉，每份10 g。按照浸提比分別為1∶3 的比例加入70%乙醇，混勻。在溫度為70 ℃，pH分別為1，5，9的條件下浸提3 h，取濾液離心，取上清液在515 nm 處測定其吸光度。由圖3 可知，隨著pH 的增大，浸提出的色素量逐漸減小，弱酸性或堿性環境下pH的改變對色素提取率的影響不大，酸性條件下pH 的改變對色素提取率影響較大。且色素提取率在pH約為1時達到最大，故最佳浸提pH為1。

圖3 不同pH對色素提取率的影響Figure 3 Effects of different pH on the extraction yield of pigments

3.1.4 提取時間的優化 不同的提取時間也會影響目標物質的提取率，齊玥項目組曾得出2 h為鳳仙花色素最佳提取時間的結論。但由于所提取溶劑的濃度不同，達到同一提取效果的提取時間會因溶劑濃度改變而改變。因此，為獲得高的鳳仙花色素提取率，本研究組仍然在提取溶劑為70%乙醇的情況下，考察了提取時間的影響。準確稱取3份干花粉，每份10 g。按照浸提比為1∶3的比例加入70%乙醇，混勻。在溫度為70°C，pH為1的條件下分別回流提取1 h，2 h，3 h，4 h，取濾液離心，取上清液在515 nm 處測定其吸光度。由圖4 可以得出，隨著浸提時間的延長，浸提出的色素量逐漸增加，至3 h時增長趨于平緩。根據方便、經濟、節約時間與流程的原則，故選用3 h 為提取時間，時間短效率高且應用方便。

圖4 不同提取時間對色素提取率的影響Figure 4 Effects of extraction time on the extraction yield of pigments

3.1.5 提取溫度的優化 不同的提取溫度也會影響目標物質的提取率[23]。例如，梔子黃色素的最佳提取溫度為40°C[24]，天然染料香蕉皮色素的最佳提取溫度為60°C[25]，南瓜黃色素的最佳提取溫度為63°C[26]。因此，為獲得高的鳳仙花色素提取率，本研究組考察了提取溫度的影響。準確稱取3份干花粉，每份10 g。按照浸提比為1∶3的比例加入無水乙醇，混勻。在pH分別為1，溫度分別為40°C、50°C、60°C、70°C的條件下分別浸提3 h。取濾液離心，取上清液在515 nm處測定其吸光度。由圖5可以得出，隨著提取溫度的升高，提取出的色素量逐漸增加，至60°C時增長趨于平緩。根據方便、經濟、節約時間與流程的原則，故最佳浸提溫度為60°C。

圖5 不同提取溫度對色素提取率的影響Figure 5 Effects of extraction temperature on the extraction yield of pigments

3.2 指甲油的制作

根據相關資料記載，指甲油主要由增塑劑、增稠劑、成膜助劑和保濕劑組成[27]。劉勁松課題組曾以鳳仙花色素為顯色劑制備了鳳仙花色素指甲油，但其制作的指甲油成分含量復雜，所用材料不明確，安全性存疑。故本研究組對指甲油配方進行了進一步的研究與優化，篩選出幾種適于制作指甲油同時符合綠色健康理念的化學材料——檸檬酸三丁酯、阿拉伯膠、甘油。

檸檬酸三丁酯化學名3-羥基-3-羧基戊二酸三丁酯，是一種酯類化合物，無色透明高沸點液體，微溶于水，與多數有機溶劑互溶，是一種無毒、綠色環保型的增塑劑[28]，也是世界公認的安全增塑劑，主要用于食品級、醫用級塑料制品的制作[29]。阿拉伯膠又稱阿拉伯樹膠，來源于豆科的金合歡樹屬的樹干滲出物，因此也稱金合歡膠。阿拉伯膠主要成分為高分子多糖類及其鈣、鎂和鉀鹽。自20世紀初就應用于我國的食品增稠加工，是一種天然增稠劑，亦是一種成膜助劑[30-31]。甘油是一種無色、無臭、有甜味、澄明的濃稠液體，在化學中名為“丙三醇”，是一種常見的表面活性劑，同時具有一定的吸水作用，可以吸附空氣中的水分子，具有保濕性[32]。

制作方案：取鳳仙花色素提取液2 mL，在相同的實驗條件下，按照一定比例（見表1），依次加入檸檬酸三丁酯、阿拉伯膠、甘油及去離子水進行制備。分別比較各組指甲油初始、5 min、10 min及懸掛狀態；同時，比較成膜時間及成膜后流動性、光澤度的差異，篩選出最佳方案。結果如表2和圖6所示。

表1 各方案中不同成分的含量Table 1 The contents of different components in each program

圖6 各組指甲油初始、5 min、10 min及懸掛狀態Figure 6 Nail polish in initial state，5 min，10 min and hanging state of each group

由于鳳仙花色素提取液均為棕紅或棕黃色，所制得指甲油顏色均為深棕色，過于單一，故向其中加入微量天然礦石色素以提升美觀度，按方案2 制備指甲油，將成品涂抹于人體指甲，所得效果如圖7 所示。由效果圖及研究人員現場觀察可得，所得指甲油成膜性良好，附著性良好，指甲油表面富有光澤，可以作為一款綠色環保指甲油日常使用。

圖7 指甲油成品及涂抹于指甲效果Figure 7 The products of nail polish and the effects of nail polish on nails

4 討論

鳳仙花染指甲已具悠久歷史，宋代周密所著的《癸辛雜識》中已記載鳳仙花染指甲之法[8]。我們將傳統與現代工藝相結合，利用化學方法提取了鳳仙花色素作為指甲油色素，并利用無毒害的有機物代替指甲油中相應成分用于制備指甲油。該方法制作出的指甲油成膜較好、光澤度高，為指甲油的制作工藝提供了一個新的思路。

已有以鳳仙花為顯色劑制作指甲油研究，同時也有對鳳仙花色素提取工藝進行研究的論述。但已有的鳳仙花指甲油研究制作過程較為復雜，且安全性不可考察；同時鳳仙花色素提取工藝也未進行完整的優化，故本研究組在前人研究的基礎上，針對這兩個問題進行了進一步的研究，并獲得了一些新的成果。

現階段制作出的指甲油已經具有美化指甲的效果，由于本研究所選材料均為無毒性的水溶性材料，所得指甲油具有水溶性。而在我們的研究中，雖然鳳仙花色素的提取溶劑pH為1，但我們獲得色素提取液后，對其進行了后續的處理。即：在后續指甲油的制備中只加入了少量色素提取液（2 mL），同時加入了10 mL的去離子水（pH 約為7）。以色素提取液pH 為1，去離子水pH為7計算，混合后溶液呈弱酸性。同時，在后續制作中還添加了其他原料如阿拉伯膠（pH 6～7），但它們對pH 的影響較小，獲得的指甲油為弱酸性，對身體影響也較小。因此，所制備的指甲油危害小，且具有水溶性，可以將其作為指甲油底油，在人體指甲與普通指甲油之間形成一道屏障，保護指甲免受化學物質的毒害。但對指甲油而言，水溶性仍是一個缺點，我們還有待通過不斷的探索試驗來改進，繼續優化指甲油制作方案。

5 結論與啟示

本研究通過單因素試驗對鳳仙花色素提取方案進行優化，得出使用鳳仙干花粉，在70%乙醇為提取溶劑，提取pH=1，提取溫度為60°C 時浸提3 h 為最佳。得出當鳳仙花色素提取液用量為2 mL、阿拉伯膠用量為10 g、檸檬酸三丁酯用量為1.5 mL、甘油用量為2 g和去離子水用量為10 mL 時，得到的指甲油成品各方面效果最佳。

另外，指甲油制作中所有方案得到的指甲油為深棕色，顏色無法實現多樣性。我們在后續改進實驗中，加入顏色不同的礦石粉末，在顏色和款式上滿足了大眾的需求。由于采用的原料均為無毒無害的水溶性安全材料，制作出來的指甲油具有水溶性。因此可用于一次性使用場合及醫護人員裝飾使用，方便使用者去除。或可以把此指甲油當作護甲油來使用，在人體指甲與普通指甲油之間形成一道安全的屏障。

（利益沖突：無）