綠色環(huán)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(yī)科大學(xué)藥學(xué)院（瀘州 646000）

【關(guān)鍵字】鳳仙花；色素；提??；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?！兜崮媳静荨分刑岬进P仙花“可治小兒膿耳?！薄毒V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(fēng)除濕、活血定痛的功效，現(xiàn)代藥理學(xué)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(fā)等功效，是中國傳統(tǒng)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?fàn)T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(xiàn)如今，各種各樣的化妝品已經(jīng)層出不窮[6]。其中，指甲油已經(jīng)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(xiàn)有指甲油成分中含有化學(xué)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(zhì)及有毒有害化學(xué)物質(zhì)[7]。長期使用基于這些物質(zhì)制備的指甲油，會對人體造成不可避免的傷害如導(dǎo)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(chǎn)品中，也添加了甲基異噻唑啉酮等有機(jī)物質(zhì)，會危害兒童的健康[11]。據(jù)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(fēng)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(fēng)仙花中的色素提取條件進(jìn)行優(yōu)化，其指甲油的制備成分較為復(fù)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(fēng)仙花色素為顯色劑，改進(jìn)現(xiàn)有指甲油的組成成分，研發(fā)出新型綠色環(huán)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程中使用的去離子水來自于美國艾科浦超純水系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

分析天平（AUW220，上海舜宇恒平科學(xué)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(zé)任公司），干燥箱（DHG-9145A，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司），旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（德國艾卡儀器設(shè)備有限公司），離心機(jī)（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(jié)合蛋白質(zhì)；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(zhì)過氧化的能力[14]。根據(jù)色素種類的不同，利用色素的化學(xué)性質(zhì)，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(shù)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(diào)節(jié)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(zhuǎn)蒸發(fā)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(jié)果

3.1 鳳仙花色素最佳提取條件的優(yōu)化

3.1.1 提取溶劑的優(yōu)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(jié)論。但這樣的結(jié)論并不準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行了研究。準(zhǔn)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(fā)現(xiàn)70%乙醇對鳳仙花粉末中的色素提取效果最佳，故后續(xù)選擇70%乙醇為最佳提取溶劑。結(jié)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(tài)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(tài)有干花和干花粉兩種，兩種形態(tài)鳳仙花的色素提取效果可能不同[20]。因此，需考察不同形態(tài)的鳳仙花及其用量對色素提取效果的影響。準(zhǔn)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(yuǎn)少于干花花瓣。故根據(jù)經(jīng)濟(jì)、簡便原則，最佳風(fēng)仙花形態(tài)應(yīng)選擇干花粉，其與溶劑的比例為1∶3。

圖2 鳳仙花形態(tài)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(yōu)化 提取溶劑的pH 對目標(biāo)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(nèi)，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(tài)和用量的基礎(chǔ)上，可對提取色素的溶液pH進(jìn)行優(yōu)化。準(zhǔn)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(huán)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(dá)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(yōu)化 不同的提取時間也會影響目標(biāo)物質(zhì)的提取率，齊玥項(xiàng)目組曾得出2 h為鳳仙花色素最佳提取時間的結(jié)論。但由于所提取溶劑的濃度不同，達(dá)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(zhǔn)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(jù)方便、經(jīng)濟(jì)、節(jié)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(yīng)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(yōu)化 不同的提取溫度也會影響目標(biāo)物質(zhì)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(zhǔn)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(jù)方便、經(jīng)濟(jì)、節(jié)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(jù)相關(guān)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(fù)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(jìn)行了進(jìn)一步的研究與優(yōu)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(xué)材料——檸檬酸三丁酯、阿拉伯膠、甘油。

檸檬酸三丁酯化學(xué)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(diǎn)液體，微溶于水，與多數(shù)有機(jī)溶劑互溶，是一種無毒、綠色環(huán)保型的增塑劑[28]，也是世界公認(rèn)的安全增塑劑，主要用于食品級、醫(yī)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(jì)初就應(yīng)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(xué)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行制備。分別比較各組指甲油初始、5 min、10 min及懸掛狀態(tài)；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(jié)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(tài)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(xiàn)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(huán)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(tǒng)與現(xiàn)代工藝相結(jié)合，利用化學(xué)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(jī)物代替指甲油中相應(yīng)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(jìn)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(fù)雜，且安全性不可考察；同時鳳仙花色素提取工藝也未進(jìn)行完整的優(yōu)化，故本研究組在前人研究的基礎(chǔ)上，針對這兩個問題進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，并獲得了一些新的成果。

現(xiàn)階段制作出的指甲油已經(jīng)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(jìn)行了后續(xù)的處理。即：在后續(xù)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(xù)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(hù)指甲免受化學(xué)物質(zhì)的毒害。但對指甲油而言，水溶性仍是一個缺點(diǎn)，我們還有待通過不斷的探索試驗(yàn)來改進(jìn)，繼續(xù)優(yōu)化指甲油制作方案。

5 結(jié)論與啟示

本研究通過單因素試驗(yàn)對鳳仙花色素提取方案進(jìn)行優(yōu)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(dāng)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(shí)現(xiàn)多樣性。我們在后續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(yī)護(hù)人員裝飾使用，方便使用者去除?；蚩梢园汛酥讣子彤?dāng)作護(hù)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）