響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化葡萄酒酒泥面膜保濕性工藝

王培如，于金田，陳海云，韋開明，馬海軍,2，朱娟娟,2*

（1. 北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏銀川 750021；2. 寧夏葡萄與葡萄酒技術(shù)創(chuàng)新中心，寧夏銀川 750021）

葡萄酒酒泥是葡萄酒釀造過程中的主要副產(chǎn)物，其生成量約占葡萄酒產(chǎn)量的4%～5%[1]，主要由微生物（酵母菌殘?bào)w為主）、蛋白質(zhì)、酒石酸、酚類物質(zhì)組成。葡萄酒帶酒泥在橡木桶中陳釀數(shù)月，酒泥能夠抑制其氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，并產(chǎn)生多種具有良好抗氧化作用的有效成分[2]。而在實(shí)際生產(chǎn)中，大多數(shù)企業(yè)都會(huì)將酒泥直接丟棄，這不僅浪費(fèi)了寶貴的生物資源，也會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來一定壓力。因此，積極開展葡萄酒泥綜合利用研究，變廢為寶，既可以避免環(huán)境污染，又可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會(huì)效益。

眾所周知，面膜是全世界女性熱衷的護(hù)膚品。面膜的種類繁多，大致可分為撕剝型、棉布式、泥膏狀和乳霜型等。面膜作用原理為在覆蓋面部時(shí)，達(dá)到暫時(shí)與外界空氣污染隔離，從而提高面部肌膚的溫度，來使肌膚的毛孔擴(kuò)張，促進(jìn)新陳代謝，提高面部肌膚的含氧量，有利于清除面部肌膚表皮細(xì)胞新陳代謝產(chǎn)物和積累的油脂類物質(zhì)，使面膜的精華液滲透到表皮的角質(zhì)層，達(dá)到皮膚光滑的目的。紅酒酒泥中含有有機(jī)酸類、酚酸類、多酚類、黃酮類以及糖苷類等多種物質(zhì)，其中很多物質(zhì)具有很強(qiáng)的抗氧化和清除自由基的能力，如原花青素、白藜蘆醇、兒茶素等，同時(shí)還具有抗輻射、抗疲勞、抗過敏、抗炎、抗真菌等作用[3]。葡萄多酚可內(nèi)外兼用，功能多樣，性質(zhì)溫和，可以起到天然的護(hù)膚效果，其在化妝品方面的應(yīng)用前景廣闊。

有關(guān)葡萄酒酒泥的研究及應(yīng)用，多是從酒泥中提取功能性的成分。如史秋蘭等[4]借助于酶解法從酒泥中提取白藜蘆醇；程超等[5]采用多重破壁技術(shù)從酒泥中提取葡聚糖；屈慧鴿、楊學(xué)山、杜娜等[6-8]從酒泥中分別提取了酒石酸、甘露聚糖、超氧化物歧化酶（SOD）。除提取功能性成分外，科研工作者還嘗試了酒泥的一些其他用途，如鄭鶴齡等[9]將酒泥經(jīng)發(fā)酵后制成有機(jī)或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥，以底肥或追肥方式施用于鮮食玉米及果樹（桃、冬棗），用于提高作物的質(zhì)量。然而，目前關(guān)于葡萄酒酒泥面膜的制備僅有10項(xiàng)中國(guó)專利，而無(wú)其他報(bào)道，且其保濕率未知。充分利用酒泥特有的香氣，豐富的多酚、果酸、纖維素和微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分是提高面膜保濕率的關(guān)鍵，因此本研究將以葡萄酒酒泥為原料，以面膜保濕率為關(guān)鍵指標(biāo)，利用響應(yīng)面試驗(yàn)尋求葡萄酒酒泥中保濕劑最適添加量，開發(fā)出一款技術(shù)路線可行，經(jīng)濟(jì)上合理，符合國(guó)標(biāo)要求的葡萄酒酒泥保濕面膜，從而為實(shí)現(xiàn)我國(guó)葡萄酒釀造過程中的廢棄物無(wú)害化處理和綜合利用提供技術(shù)支撐，對(duì)推動(dòng)我國(guó)葡萄酒產(chǎn)業(yè)的健康綠色發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 主要材料、試劑與儀器

葡萄酒酒泥，來自于北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院寧夏葡萄與葡萄酒技術(shù)創(chuàng)新中心葡萄酒釀造實(shí)驗(yàn)室。其中，酒泥中含有可滴定酸5.23 g·L-1、還原糖2.81 g·L-1、單寧0.084 g·L-1，酒精度12.8% Vol，pH值3.48。海藻酸鈉，食品級(jí)，山東景云食品配料有限公司；硅藻土，食品級(jí)，臨江市華通硅藻土制品有限公司；丙三醇，食品級(jí)，濟(jì)寧輝鵬化工有限公司；PEG-40氫化蓖麻油，化妝品級(jí)，江蘇省海安石油化工廠；己二醇、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、氫氧化鈉、濃鹽酸、干沒食子酸、次甲基藍(lán)、酚酞，均為分析純（AR），天津光復(fù)精細(xì)化工研究所。

UV1000紫外分光光度計(jì)，上海天美科學(xué)儀器有限公司；DL-1電子萬(wàn)用爐，廣東東菱電器有限公司；IQ-150 pH計(jì)，上?？坪銓?shí)業(yè)發(fā)展有限公司；FSJ-A05N6粉碎機(jī)，山東東營(yíng)弘玖制藥機(jī)械有限公司；PL2001-L電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；JXED-7酒精計(jì)，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；GKC控溫水浴鍋，上海蘇達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；TD-4M臺(tái)式低速離心機(jī)，濟(jì)南好來寶醫(yī)療器材有限公司。

1.2 酒泥面膜的制備

首先將新鮮的葡萄酒酒泥放置于40 ℃鼓風(fēng)烘箱中恒溫烘17 h，直至恒重；隨后將干燥的酒泥塊用粉碎機(jī)打磨成粉末后依次過50目和100目標(biāo)準(zhǔn)篩備用。將酒泥粉、海藻酸鈉、硅藻土按一定比例混勻配備而成A相；同時(shí)將PEG-40氫化蓖麻油、丙三醇、己二醇按一定比例混勻后加入滅菌的純凈水至100 mL，配備成B相；隨后將A相與B相混合制備成酒泥面膜。經(jīng)上述環(huán)節(jié)制備而成的酒泥面膜，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)依次進(jìn)行保濕性、耐寒性、耐熱性等指標(biāo)測(cè)定，同時(shí)選取20～30名過敏體質(zhì)的人員進(jìn)行體感測(cè)試，最后綜合所有指標(biāo)，篩選出合適配比的酒泥面膜配方。

1.3 酒泥面膜配方單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

酒泥面膜基礎(chǔ)配方如表1所示，主要參考范月琴[10]、胡博然[11]、袁春龍[12]、馬海軍[13]等酒泥面膜發(fā)明專利中的配方，部分成分有所變動(dòng)。其中，酒泥添加量不低于30%，選用面膜中常用的海藻酸鈉、硅藻土和丙三醇作為保濕劑，以便加強(qiáng)面膜的保濕效果；選用去離子水和己二醇作為溶劑、PEG-40氫化蓖麻油作為乳化劑、杰馬BP作為防腐劑，同時(shí)添加維生素B5作為營(yíng)養(yǎng)添加劑，緩解化妝品中敏感成分所產(chǎn)生的不適應(yīng)感，并加強(qiáng)皮膚的水合功能[14]。

1.3.1 硅藻土添加量的確定

按照表1酒泥面膜的初級(jí)配方，海藻酸鈉添加量0.5%、丙三醇添加量 2.5%，將硅藻土以5%、10%、15%、20%和25%的添加量制備面膜，以酒泥面膜的保濕性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定硅藻土最優(yōu)添加量。

1.3.2 海藻酸鈉添加量的確定

按照表1酒泥面膜的初級(jí)配方，硅藻土添加量15%、丙三醇添加量2.5%，將海藻酸鈉以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的添加量制備面膜，以酒泥面膜的保濕性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定海藻酸鈉最優(yōu)添加量。

1.3.3 丙三醇添加量的確定

按照表1酒泥面膜的初級(jí)配方，硅藻土添加量15%、海藻酸鈉0.5%，將丙三醇以0%、2.5%、5.0%、7.5%、10%和12.5%的添加量制備面膜，以酒泥面膜的保濕性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定丙三醇最優(yōu)添加量。

表1 面膜初級(jí)配方表Table 1 The recipe list of facial masks

1.4 酒泥面膜的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以單因素試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，采用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，使用Design-Expert 8.0.6軟件，以硅藻土（A）、丙三醇（B）和海藻酸鈉（C）3個(gè)因素為自變量，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)因素和水平見表2，每個(gè)處理重復(fù)3次。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化因素與水平表Table 2 The influencing factors and level of surface optimization%

1.5 酒泥面膜保濕性能測(cè)定

用醫(yī)用透氣膠帶[15]模仿真人皮膚置于25.4 mm×76.2 mm的載玻片上，室溫條件下，將適量面膜試樣直接均勻涂布其上，精確稱取質(zhì)量，記錄為M0，然后將其置于37 ℃的恒溫烘箱內(nèi)，分別放置30、60、90 min后，取出透氣膠帶，立即精確稱取樣品質(zhì)量，分別記錄為M30、M60、M90，則酒泥面膜的保濕率為：

保濕率（%）＝(M30/M0＋M60/M0＋M90/M0)/3×100

1.6 葡萄酒酒泥面膜穩(wěn)定性測(cè)定

將制得的面膜置于離心機(jī)中經(jīng)過2000 r·min-1的速度離心30 min，觀察有分層現(xiàn)象。

1.7 酒泥面膜耐熱、耐寒性測(cè)定

將面膜分別置于40 ℃和-10～-5 ℃保持24 h，恢復(fù)至室溫觀察有無(wú)油水分離現(xiàn)象，以測(cè)定面膜的耐熱、耐寒性。

1.8 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對(duì)單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析，采用Box-Behenken設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)酒泥面膜制備工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 硅藻土對(duì)酒泥面膜綜合保濕率的影響

保濕率是衡量酒泥面膜功能的最重要指標(biāo)。硅藻土是一種硅質(zhì)巖石，它不僅有殺菌作用，還可以起到美白、保濕的護(hù)膚作用。硅藻土添加量對(duì)酒泥面膜保濕的影響結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，隨著硅藻土添加量的增大，酒泥面膜的保濕率先增后降；當(dāng)添加量為15%時(shí)，面膜的保濕率最高，達(dá)到95.37%；在添加量超過15%后，面膜的保濕率逐漸降低。因此，硅藻土添加量為15%時(shí)較適宜。

2.1.2 丙三醇對(duì)酒泥面膜保濕率的影響

丙三醇俗稱甘油，對(duì)面膜可以起到很好的保濕作用。由圖2可知，隨著丙三醇添加量的增加，酒泥面膜的保濕率也逐漸增高，當(dāng)添加量為10%時(shí)，酒泥面膜的保濕率最高，達(dá)到97.86%。因此，丙三醇添加量為10%時(shí)較適宜。

2.1.3 海藻酸鈉對(duì)酒泥面膜保濕率的影響

海藻酸鈉是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取碘和甘露醇之后的副產(chǎn)物，它可以增加肌膚的保水性、緊縮性及彈性。由圖3可知，海藻酸鈉添加量為0.5%～2%時(shí)，隨著添加量的增加，酒泥面膜保濕率逐漸增強(qiáng)；當(dāng)添加量為2%時(shí)，酒泥面膜的保濕率最高，達(dá)到91.03%。然而，當(dāng)添加量增加到2.5%時(shí)，酒泥面膜的保濕率反而大幅度降低，僅僅為88.83%。因此，海藻酸鈉添加量為2%時(shí)較適宜。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

以酒泥面膜保持率為響應(yīng)值設(shè)計(jì)了三因素三水平共17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，以隨機(jī)次序進(jìn)行，重復(fù)3次獲得響應(yīng)值，用Design-Expert 8.0.6對(duì)表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，擬合二次多項(xiàng)式方程，方程可靠性由R2表示，其統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性由F值檢驗(yàn)，影響因素線性效應(yīng)、平方效應(yīng)及其交互效應(yīng)的顯著性由模型系數(shù)的P值檢驗(yàn)。

表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果Table 3 the design and results of response surface%

2.2.2 面膜保濕率預(yù)測(cè)模型方程的建立及顯著性分析

用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合和方差分析，得到二階響應(yīng)表面模型方程：Y＝47.02＋1.92A＋3.78B＋13.10C－0.046AB＋0.0036AC＋0.047BC－0.049A2－0.159B2－3.19C2。方差分析和各因素的顯著性分析見表4。

表4 回歸方程顯著性檢驗(yàn)Table 4 Significance test of regression equation

由表4可以得出模型的P＝0.0119＜0.05，達(dá)到顯著水平，表明該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。失擬項(xiàng)用來表示所用模型與實(shí)驗(yàn)擬合的程度，即二者差異的程度[16]，失擬項(xiàng)P＝0.0982＞0.05，表明失擬不顯著，說明該回歸方程可以較好的擬合真實(shí)的響應(yīng)面，能真實(shí)地反映各影響因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系；模型的校正決定系數(shù)R2Adj 為0.7492，說明該模型能解釋約74.92%響應(yīng)值的變化；決定系數(shù)R2＝0.8903，表示方程的擬合程度較好，可信度較高。因此，該模型可以用來進(jìn)行酒泥面膜工藝的分析和預(yù)測(cè)。

響應(yīng)面是由響應(yīng)值和各種因素組成的三維空間曲面圖，因子對(duì)響應(yīng)值的影響越大，表面越陡。響應(yīng)面的斜率可以顯示兩個(gè)因素之間相互作用的大小，平緩的坡度說明因素之間沒有顯著的相互作用，陡峭的斜坡說明因素之間有顯著的相互作用。等高線狀可以反映交互效應(yīng)的含義，橢圓表示各因素之間的相互作用顯著，而圓形則反之[8]。由圖4可知，響應(yīng)面3D圖直觀的展現(xiàn)A、B為較為陡峭的曲面，等高線圖表現(xiàn)趨于圓形，說明硅藻土和丙三醇之間的交互作用對(duì)酒泥面膜的保濕率指標(biāo)沒有顯著影響。響應(yīng)面3D圖直觀的展現(xiàn)B、C為微微陡峭的曲面，等高線表現(xiàn)為圓形，說明丙三醇和海藻酸鈉之間的交互作用對(duì)酒泥面膜的保濕率指標(biāo)雖然沒有顯著影響，但也具有改善作用。

結(jié)合圖4和表4可知，各因素對(duì)酒泥面膜保濕率的影響程度依次為海藻酸鈉＞丙三醇＞硅藻土。A2、B2和C2對(duì)酒泥面膜保濕率的影響均達(dá)到極顯著，則可判斷出海藻酸鈉、丙三醇、硅藻土添加量對(duì)酒泥面膜保濕率的作用效果顯著。利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，結(jié)合響應(yīng)面分析，得到葡萄酒酒泥面膜的最佳工藝配方為：硅藻土添加量20%、丙三醇添加量12.5%、海藻酸鈉添加量2.0%。

2.3 酒泥面膜基本性能測(cè)定結(jié)果

按QB/T 2872—2007對(duì)所研發(fā)的面膜進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試[17]，結(jié)果如表5所示。酒泥面膜為深紫色、氣味清香，略帶淡淡的酒糟味、均勻、細(xì)膩，涂抹皮膚后涼爽，無(wú)不適感、無(wú)顆粒感，細(xì)膩柔滑。面膜耐熱、耐寒性能穩(wěn)定，離心試驗(yàn)未出現(xiàn)明顯分層，符合國(guó)標(biāo)要求。

表5 葡萄酒酒泥面膜膏性能測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of wine mud facial mask

3 討論與結(jié)論

葡萄酒酒泥來源于紅酒釀造過程的副產(chǎn)物，含有葡萄酒特有的香氣，豐富的紅酒酵母活性物、紅酒多酚、果酸、纖維素、維生素和微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分，生產(chǎn)100 t的葡萄酒可產(chǎn)成2.5～4 t的酒泥[9]。因此，積極開展葡萄酒泥綜合利用的研究，有利于推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增加經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

不同面膜制備工藝各有不同。在面膜制備工藝中，硅藻土、海藻酸鈉以及甘油是最常見的輔料。硅藻土的物質(zhì)組分以海藻為主，主成分為SiO2，優(yōu)質(zhì)的硅藻土呈白色-灰白色，質(zhì)輕、潤(rùn)滑、耐磨、吸附性強(qiáng)，因而在醫(yī)療、食品、化妝品工業(yè)中廣泛用作助濾劑和功能填料。在面膜中添加硅藻土，既可以增強(qiáng)酒泥面膜的穩(wěn)定性，又可以起到清潔毛孔的作用。海藻酸鈉因具有膠凝性、水合性、增稠與乳化性及穩(wěn)定性，是生產(chǎn)美容面膜、膜材、印模的主要原料。它既可以增加肌膚的保水性，又可以增加肌膚的緊縮性及彈性。丙三醇存在于人體皮膚的角質(zhì)層中，是應(yīng)用最早、最廣泛的天然保濕劑，接觸皮膚后會(huì)產(chǎn)生溫?zé)岣?，有較好的保濕能力，且人體皮膚對(duì)其耐受力較好，較為安全。李林英[18]對(duì)可剝性粉末面膜的研制得出最佳配方為硅藻土、海藻酸鈉的添加比例為10∶0.8；張伊凡[19]對(duì)柿果膠面膜進(jìn)行研究，得出其水洗面膜的配方添加量為海藻酸鈉1.5%、甘油5%；吉玉潔[20]在天然成分水洗面膜的研究中得出最佳配方為PEG-40氫化蓖麻油8.0%、丙三醇2.0%；周婷婷[21]對(duì)面部美白穴位貼的試制中得出添加海藻酸鈉0.8 g、甘油10 g較好。本研究中也得出同上述研究相似的結(jié)論。在添加上述3種成分后，葡萄酒酒泥面膜保濕性、成膜性、抗寒性等基本指標(biāo)有明顯改善。本研究以葡萄酒酒泥為試材，添加硅藻土、海藻酸鈉、甘油等多種保濕劑，開發(fā)出一款成分簡(jiǎn)單、天然的新型酒泥保濕面膜，其酒泥面膜最佳配方為：酒泥粉30份、海藻酸鈉2.0份、硅藻土20份、丙三醇12.5份、己二醇1份、維生素B50.5份、香精 0.1份、PEG-40氫化蓖麻油4份、杰馬BP 0.2份、純水29.7份。經(jīng)測(cè)試該面膜的保濕率達(dá)到93.52%，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)要求。