全蠶絲蛋白霜的制備與性能表征

陳思潔，成晨，賴澤鍇，劉穎文，左保齊，劉敏

（1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州 215021 2.現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州 215123）

絲膠是一種天然球蛋白物質(zhì)，由多種氨基酸組成。由于所包含氨基酸的親水性，絲膠具有優(yōu)良的吸濕效果，當(dāng)其涂覆在皮膚上時(shí)會(huì)形成一種極薄的膜，這種膜可以有效的防止皮膚表面的水分蒸發(fā)；另外，絲膠還具有抗氧化的功效，在自然條件下就可以有效的抑制活性氧的產(chǎn)生，形成對(duì)空氣中有害物質(zhì)的抵御，從而使皮膚得到良好的保護(hù)，和維生素C相比，其對(duì)于皮膚的抗氧保護(hù)效果更好[1]。開始，人們對(duì)于絲膠的認(rèn)識(shí)比較少，以至于沒有重視在制絲過程中廢棄的絲膠，這不但是一種資源的浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的傷害。開發(fā)絲膠副產(chǎn)品可變廢為寶，拓寬蠶絲的用途。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，絲膠在各個(gè)領(lǐng)域上都有著很大的應(yīng)用價(jià)值，日本在對(duì)絲膠的研究上起步最早，其已經(jīng)成功地研發(fā)出了藥物以及化妝品等，并流入市場，效益可觀，引起業(yè)界的廣泛重視。但是由于養(yǎng)蠶業(yè)日本國內(nèi)越來越缺乏競爭力，在后續(xù)的時(shí)間內(nèi)對(duì)絲膠副產(chǎn)品的研究一直處于停滯不前的狀況[2]。

絲素是將蠶絲脫膠后通過溶解和透析加工成的，從桑蠶絲中提取的絲素含有了人體必需的8種氨基酸，其中的絲氨酸、天冬氨酸、賴氨酸和谷氨酸等均為皮膚的營養(yǎng)要素，這些營養(yǎng)物質(zhì)有促進(jìn)皮膚新陳代謝、增強(qiáng)細(xì)胞活力的作用。因而，絲素蛋白可作為優(yōu)良的化妝品添加劑應(yīng)用于各類化妝品中[1]。

目前，許多化妝品公司如歐萊雅、大寶等都在近年來開展了含絲素蛋白的化妝品的研究。但在國內(nèi)筆者尚未見到將絲膠絲素的復(fù)合產(chǎn)品成功應(yīng)用到生產(chǎn)中的報(bào)道，且絲膠與絲素蛋白的某些作用機(jī)理也尚未明確，絲膠絲素蛋白復(fù)合化妝品的優(yōu)良配方等問題還有待解決。

1 全蠶絲蛋白霜的制備與表征

1.1 儀器和試劑

1.1.1 主要儀器

電熱爐，透析袋，高壓蒸汽滅菌鍋，通風(fēng)櫥，玻璃棒，燒杯，智能型傅里葉紅外光譜儀(FTIR)(美國尼高力,Nicolet USA)，離心機(jī)，BS201S電子天平（德國Sartorius），78-1多功能磁力攪拌器（江蘇榮華儀器制造有限公司），RS-552冰箱（浙江港通電器有限公司），DL-101型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司），肌膚水分油分彈性測試儀（廣東淘美公司TM3688）

1.1.2 主要原料和試劑

桑生絲（廣州桑生絲有限公司），無水碳酸鈉（AR，北京廣元化學(xué)制造廠），溴化鋰（AR，淄博超川化工有限公司），防腐劑杰馬PLUS（北京桑普生物公司），抗氧化劑BHA（丁基羥基茴香醚，河北源創(chuàng)生物公司）和VE(河北源創(chuàng)生物公司），油性原料天然角鯊?fù)?上海同頂實(shí)驗(yàn)有限公司），乳化劑賽比克305（聚丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯，法國賽比克公司），乳化劑阿拉伯膠(凱通貿(mào)易有限公司），去離子水，無水乙醇。

1.2 制備方法

1.2.1 制備方案

當(dāng)在化妝品的研制過程中，作為一種特殊的添加材料，蠶絲蛋白的添加比例是有嚴(yán)格的要求，合適的比例才能保證良好的效果。蠶絲蛋白的主要組成單元是親水性的氨基酸，符合制作水包油型產(chǎn)品的要求[3]。所以在本文的研究過程中選用的乳化劑是水包油型的。又因?yàn)樾Q絲蛋白是容易滋生細(xì)菌的高營養(yǎng)型物質(zhì)，導(dǎo)致其產(chǎn)品易發(fā)霉變質(zhì)，所以在對(duì)防腐劑進(jìn)行選擇的時(shí)，筆者認(rèn)為應(yīng)該選用具有廣譜抗菌性而且當(dāng)含量較低的時(shí)也能發(fā)揮優(yōu)良防腐效果的品種[4]。雖然蠶絲蛋白在護(hù)膚上有著很好的應(yīng)用前景，但是該物質(zhì)在陽光照射下以及含氧量較高的環(huán)境中的穩(wěn)定性較差，所以利用蠶絲蛋白進(jìn)行護(hù)膚品的制備時(shí)必須加入一定量的抗氧化劑。綜合各種資料，筆者認(rèn)為如果將物理抗氧化劑與活性抗氧化劑同時(shí)使用，可能會(huì)得到更好的效果，物理抗氧化劑可以有效地對(duì)基質(zhì)中的易發(fā)生氧化作用的活性成分進(jìn)行抑制，而活性抗氧化劑則是利用基質(zhì)作為載體來抵制化學(xué)自由基的氧化[5]。本文全蠶絲蛋白霜由絲素（SF）：絲膠（SS）分別為5∶0，3∶1，1∶1，1∶3和0∶5的比例，加入適量的角鯊?fù)橛椭?，賽比?05乳化劑，杰馬PIUS防腐劑，抗氧化劑BHA和VE組成。

1.2.2 制備過程

（1）沸水提取絲膠蛋白。首先進(jìn)行預(yù)處理，將一定量的生絲置于少量去離子水中，在58°C下加熱30min。然后將處理完的生絲置于20倍量去離子水中，煮沸1h，以達(dá)到脫膠的目的，更換去離子水后再次煮沸1h。最后將低濃度的絲膠溶液進(jìn)行冷凍干燥處理增加純度后備用。將脫膠的蠶絲取出后置于蒸餾水中進(jìn)行沖洗，后置于100°C的烘箱中處理12h，冷卻后稱重，計(jì)算脫膠率。重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，求平均值。

（2）提取并溶解絲素蛋白。將步驟（1）中得到的蠶絲置于煮沸的Na2CO3溶液中，Na2CO3溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，30min后用去離子水進(jìn)行沖洗，以將殘留的絲膠完全去除。在60℃烘箱中烘干得到絲素，采用三元溶液（溴化鋰、無水乙醇、去離子水質(zhì)量比為44∶45∶11）進(jìn)行溶解并充分?jǐn)嚢?，攪拌后待液體冷卻將其裝入到透析袋中，經(jīng)透析三天后就可以得到純凈的絲素溶液，將該絲素溶液置于通風(fēng)櫥中進(jìn)行濃縮。為了避免細(xì)菌的滋生，一般將濃縮后的溶液在高壓鍋中滅菌10min，冷卻后放入4℃的冰箱中備用，可以保存更長時(shí)間。絲素溶液的體積分?jǐn)?shù)經(jīng)過烘干后稱重計(jì)算得到的。

（3）混合原料。將所有器具消毒后將角鯊?fù)楹腿榛瘎┘尤霟?，不斷進(jìn)行同一方向攪拌并緩緩加入絲膠及絲素蛋白，然后將其置于60℃的恒溫磁力攪拌器中，處理20min，冷卻后將抗氧化劑和防腐劑緩緩加入。在室溫下用磁力攪拌器再次攪拌10min。靜置后瓶裝。

1.3 性質(zhì)表征

1.3.1 紅外光譜分析

每種分子都有由其特殊組成、特殊結(jié)構(gòu)決定的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對(duì)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和鑒定[7]。利用紅外光譜儀對(duì)物質(zhì)分子進(jìn)行的分析和鑒定是研究物質(zhì)物理性質(zhì)的一種重要手段。實(shí)驗(yàn)中將一束不同波長的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，其中某些特定波長的紅外射線會(huì)被特定的分子吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。本實(shí)驗(yàn)采用的儀器是美國尼高力智能型傅里葉紅外光譜儀(FT?IR)。

1.3.2 穩(wěn)定性

對(duì)膏霜以及液狀化妝品穩(wěn)定性測試的主要項(xiàng)目就是耐熱和耐寒性測試。

1.3.2.1 耐熱性

將調(diào)節(jié)恒溫箱到40℃，取五種比例的絲素/絲膠蛋白霜各兩份，分別標(biāo)號(hào)為1、2。將1號(hào)置于恒溫箱中24h后取出，冷卻到室溫后與2號(hào)樣品進(jìn)行比對(duì)。

1.3.2.2 耐寒性

將電冰箱調(diào)節(jié)至-15℃，取五種比例的絲素/絲膠蛋白霜各兩份，分別標(biāo)號(hào)為1、2。將1號(hào)置于冰箱內(nèi)24h后取出，恢復(fù)到室溫后與2號(hào)樣品進(jìn)行性能的比對(duì)。

1.3.2.3 離心試驗(yàn)

對(duì)于乳液化妝品的貨架壽命研究的一個(gè)重要試驗(yàn)是離心試驗(yàn)。本試驗(yàn)設(shè)置離心半徑為10cm，轉(zhuǎn)度為3000r/min，時(shí)間為30min。

1.3.3 保濕率

本實(shí)驗(yàn)使用的是肌膚水分油分彈性測試儀（廣東淘美公司TM3688），各取4份容量相等的全絲素，SF/SS=3∶1，SF/SS=1∶1，SF/SS=1∶3以及全絲膠膏霜均勻涂抹于5位試驗(yàn)者的臉部兩頰，涂抹后立即用肌膚水分油分彈性測試儀測量其肌膚水分含量，測量間隔時(shí)間為30min，共測量5次[8]。分析5次測量結(jié)果，去除誤差較大值后取平均值制成折線圖，以便進(jìn)一步分析其保濕性。

2 結(jié)果與討論

2.1 全蠶絲蛋白霜的分子構(gòu)象與形態(tài)

圖1 不同比例絲素/絲膠蛋白霜紅外光譜圖

圖1為全蠶絲蛋白霜的紅外光譜圖，從圖中可以看到絲素蛋白的主要的吸收峰位于波數(shù)為500～2000cm-1的范圍內(nèi)。其中絲膠的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要是無規(guī)卷曲，并且含有一部分的β構(gòu)象，基本沒有α螺旋結(jié)構(gòu)。相對(duì)于外層絲膠而言，內(nèi)層絲膠與絲素比較靠近，含有的β結(jié)構(gòu)較多，但是在濕度較大的環(huán)境中，外層絲膠的部分無規(guī)卷曲會(huì)逐漸的向β結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)這樣的變化是不可以逆轉(zhuǎn)的[9]。所以對(duì)于全蠶絲蛋白霜的紅外光譜的分析著重于500～2000cm-1這一特定波數(shù)范圍。圖中，酰胺Ⅰ和酰胺Ⅳ的波數(shù)分布分別為1640cm-1、700cm-1,由此可知，全蠶絲蛋白霜組成成分的分子構(gòu)象主要就是β-折疊與無歸卷曲。對(duì)于不同比例的絲素、絲膠蛋白構(gòu)成的蠶絲蛋白霜的分子構(gòu)象無特別大的改變。

2.2 穩(wěn)定性

2.2.1 耐熱性

在膏霜類的化妝品研究過程中的其中一個(gè)重要的指標(biāo)就是產(chǎn)品的耐熱性。資料顯示，膏霜在50℃的環(huán)境中經(jīng)歷4.5個(gè)月，相當(dāng)于在20℃的環(huán)境中經(jīng)歷3年。在實(shí)驗(yàn)中，觀察到五種比例的蠶絲蛋白霜均未有分層、硬度和變色的變化，但是五種比例的蛋白霜在實(shí)驗(yàn)后都稍有變稀，在常溫放置48h后恢復(fù)正常粘稠度。這可能是由于其分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的加劇所致，分子在運(yùn)動(dòng)的過程中不斷的碰撞，從而導(dǎo)致液滴的界面遭到嚴(yán)重的破壞，最后使兩個(gè)液滴在引力的作用下凝結(jié)成一個(gè)大分子液滴，結(jié)果使體系的自由能下降[10]。在常溫下久置后液滴分子又恢復(fù)正常的運(yùn)動(dòng)。

2.2.2 耐寒性

耐寒性實(shí)驗(yàn)和耐熱性實(shí)驗(yàn)一樣，是一項(xiàng)重要的檢驗(yàn)膏霜穩(wěn)定性的指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)的過程中分別觀察五種比例的蠶絲蛋白霜，均未出現(xiàn)變色以及分層的現(xiàn)象，但是比例為SF/SS=1∶3和全絲膠的蛋白霜經(jīng)過冷凍后膏體不易黏起，且在皮膚上不易推開，延展性沒有冷凍之前好。

2.2.3 貨架存放穩(wěn)定性

經(jīng)過離心試驗(yàn)后對(duì)比五種比例的蠶絲蛋白霜的均未分層和分離，所以五種比例的膏霜貨架存放穩(wěn)定性較好，在運(yùn)輸以及存放的過程中可以放心運(yùn)作。

2.3 保濕性能

圖2 不同比例的絲素/絲膠蛋白霜：1∶1,1∶3,全絲膠的含水率

表1 不同比例絲素/絲膠蛋白霜不同時(shí)間的含水率

測試過程中,由于全絲素、SF/SS=3∶1的膏霜本身的可推展性不好，所以在涂抹的過程中，不好推開，測試保濕值不穩(wěn)定，具有較大的誤差。在測試的余下三種比例的結(jié)果可看出，當(dāng)絲膠含量增加時(shí)，其膏霜的濕度測量值是偏大的，符合制作保濕性能好的膏霜的特征[11]。而含有絲素蛋白的蛋白霜可以有效地為肌膚補(bǔ)充營養(yǎng)，提亮膚色。

3 結(jié)論

本研究采用水煮脫膠法以桑蠶絲制得絲膠蛋白溶液并進(jìn)行濃縮，利用絲素蛋白和絲膠蛋白制作保濕滋潤霜，開發(fā)蠶絲的副產(chǎn)品。通過紅外光譜分析、穩(wěn)定性測試和保濕性能測試得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合分析結(jié)果表明SF/SS=1∶3的全蠶絲蛋白霜可以最大程度地發(fā)揮蠶絲蛋白的活性及功效。其產(chǎn)品霜體細(xì)膩，易涂抹，對(duì)皮膚的滲透性良好，皮膚保濕效果優(yōu)異，滋養(yǎng)效果好，能實(shí)現(xiàn)其獨(dú)特的護(hù)膚效果；而且制備過程相對(duì)簡單，對(duì)設(shè)備的條件要求不高，進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)效率較高。此產(chǎn)品很好地利用了蠶絲蛋白對(duì)人體皮膚的親和性，以膏霜為載體能更好地形成保護(hù)膜而發(fā)揮保濕效果，并且產(chǎn)品中的輔助成分角鯊?fù)槟軌蚣訌?qiáng)皮膚角質(zhì)層的防御作用，保證涂抹在肌膚上的蠶絲蛋白不易流失，長時(shí)間地滋養(yǎng)皮膚。

本研究不足之處在于質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)仍不夠充分，目前不能肯定此膏霜符合《中華人民共和國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—潤膚霜膏類(QB/T1857-2004)》相關(guān)要求，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行進(jìn)一步研究改進(jìn)。

從實(shí)際的應(yīng)用角度看，絲素絲膠蛋白復(fù)合膏霜的研究制備不僅可以實(shí)現(xiàn)蠶絲的合理利用，對(duì)于提升蠶絲產(chǎn)品附加值、提高蠶絲產(chǎn)地的經(jīng)濟(jì)、增加蠶農(nóng)及絲綢企業(yè)收入、減少環(huán)境污染等也有著積極的影響。同時(shí)在當(dāng)今人們崇尚天然的潮流中，此產(chǎn)品能滿足消費(fèi)者對(duì)天然化妝護(hù)膚用品日益增長的消費(fèi)需求，在國內(nèi)具有相當(dāng)大的潛在市場。

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