郭梅英，佘 亮，夏彩芬

(湖北工程學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北 孝感 432000)

殼聚糖(CS)是一種具有聚陽離子弱堿性質(zhì)的多糖，是由甲殼素在強(qiáng)堿條件下，脫去乙?；苽涠鴣韀1]。CS主要來源于蝦、蟹類動物外殼，是純天然可再生、對生物體無害的生物質(zhì)資源，因其具有抗菌抑菌性、無毒性、生物相容性和成膜性等優(yōu)良性能，在生物醫(yī)藥、食品保鮮和化妝品等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[2-3]。但CS的抗氧化性能一般，使得CS復(fù)合膜在面膜材料方面的發(fā)展受到一定的阻礙。在CS中加入聚乙烯醇(PVA)作交聯(lián)劑可制得具有一定機(jī)械強(qiáng)度的CS復(fù)合膜，該復(fù)合膜是目前護(hù)膚面膜的主要材料之一。

兒茶素又稱兒茶酸，主要來源于茶葉之中，其屬于黃烷醇類化合物，是茶多酚類物質(zhì)的主要成分。兒茶素類物質(zhì)根據(jù)碳環(huán)的結(jié)構(gòu)類型不同，可分為以下4種結(jié)構(gòu)：表沒食子兒茶素(EGC)、表兒茶素(EC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)[4-5]。兒茶素的分子鏈上含有很多活性酚羥基，能與人體中因為新陳代謝而產(chǎn)生的自由基反應(yīng)，使自由基失去氧化性而穩(wěn)定下來，防止自由基氧化人體組織器官和細(xì)胞使其失去原有的功能，因此兒茶素的抗氧化性很強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域中[6]。兒茶素的提取方法主要有4種，分別是溶液浸提法、超聲波提取法、微波提取法和酶提取法。實驗室常用的方法是溶液浸提法，這種方法操作簡單，成本低廉，但提取到的兒茶素純度不高，易被氧化，后期還需多次除雜提純。雖然兒茶素被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥保健和食品保鮮領(lǐng)域，但是它在護(hù)膚面膜方面的研究卻較為少見。

在當(dāng)今社會，隨著人們生活水平和美容護(hù)膚意識的不斷提高，人們對自身皮膚的護(hù)理和保養(yǎng)意識越來越強(qiáng)。面膜作為美容護(hù)膚營養(yǎng)物質(zhì)的一種載體，通過直接覆蓋到皮膚上將面膜中的營養(yǎng)物質(zhì)作用于皮膚，起到補(bǔ)水保濕、美白的效果而深受人們的喜愛[7]。近年來，受到環(huán)境惡化和電磁輻射的影響，皮膚老化速度加快，人們對面膜的要求不斷提高，具備抗氧化性、抗衰老功能的面膜越來越具有市場競爭力。

本研究把不同質(zhì)量的兒茶素添加到CS復(fù)合膜中，分析復(fù)合膜的吸濕透濕性和消除活性自由基的效果，探究兒茶素應(yīng)用到面膜材料中的可行性，為兒茶素廣泛應(yīng)用于護(hù)膚面膜領(lǐng)域提供參考。

1 實驗步驟

1.1 材料與儀器

主要實驗藥品：殼聚糖(低粘度)，分析純，上海瑞水生物有限公司；聚乙烯醇(PVA)，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；兒茶素，純度>98%，大連美侖生物技術(shù)有限公司；雙氧水，純度 ≥ 36%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；結(jié)晶紫，分析純；國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；磷酸二氫鉀，分析純，天津市東麗區(qū)泰蘭德化學(xué)試劑廠；DPPH，純度>97%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；焦性沒食之酸，分析純，天津博迪化工股份有限公司。

主要實驗儀器：SQP電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；DF-101S磁力攪拌器，河南予華儀器設(shè)備有限公司；SHZ-D循環(huán)水多用真空泵，鞏義市科華儀器設(shè)備有限公司；DZF-6050真空干燥器，上海索普儀器有限公司；JSM-6510掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；KQ-5013型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 PVA/CS鑄膜液的優(yōu)化

將PVA/CS總質(zhì)量控制在2 g，分別按照不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA(5%、10%、15%、20%、25%)稱取不同量的PVA和CS，用 50 mL的去離子水，在磁力攪拌器下的85 ℃恒溫油浴中，溶解PVA。用100 mL的1%冰醋酸溶液，采用同種方法，在55 ℃恒溫油浴中磁力攪拌2 h，溶解CS，且冷卻CS溶液后用3層紗布過濾，從而保證除去其中不溶性雜質(zhì)。隨后，將配置好的不同比例的PVA、CS溶液共混，再放入55 ℃的恒溫磁力攪拌器中油浴1 h。

分別取上述不同質(zhì)量比的混合液25 mL平鋪到有機(jī)玻璃模具中，以流延法使其流至整個底部，放置在真空干燥箱中脫去鑄膜液中的氣泡，脫后再放置于35 ℃烘箱中烘烤8 h，待其成膜后從模具上將其揭下，放在干燥通風(fēng)的環(huán)境晾干，之后再放入掃描電鏡中，觀察PVA/CS膜的表面形貌，判斷二者的相容性，選擇最合適的配比，進(jìn)行下一步試驗。

1.3 兒茶素/CS復(fù)合膜的制備

根據(jù)上述步驟選出PVA/CS鑄膜溶液的最佳配比，在PVA/CS最佳配比的鑄膜溶液中添加不同比例的兒茶素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，兒茶素/CS混合溶液依次命名為Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，將所得不同比例的兒茶素/CS混合溶液放入35 ℃的磁力攪拌器中攪拌0.5 h，量取25 mL的混合液，注入10 cm×10 cm有機(jī)玻璃模具中，將其鋪平，涂抹均勻，真空脫泡后置于35 ℃的真空干燥箱內(nèi)烘10 h。

1.4 復(fù)合膜表面結(jié)構(gòu)分析

將復(fù)合膜剪成適合大小的條狀，用導(dǎo)電膠固定在樣品盤上，再將其置于噴金儀中噴金，噴金后置于掃描電鏡中，觀察樣品的表面形貌特征，分析復(fù)合膜的分散效果。

1.5 吸濕性分析

將兒茶素/CS復(fù)合膜裁成20 mm×20 mm的樣條，稱量樣條的初始質(zhì)量M1，在室內(nèi)溫度為15 ℃的條件下，在兩個干燥器底部放入無水氯化鈣，再分別放入氯化鎂和氯化鉀飽和鹽溶液，維持干燥器的相對濕度(RH)分別為33%和85%，將樣條置于兩個相對濕度不同的干燥器中，放置0.5 d、1 d、1.5 d、2 d、2.5 d，稱量各個時間段樣條的質(zhì)量M2，用公式(1)計算復(fù)合膜吸濕率(%)[8]。

(1)

1.6 透濕性分析

水蒸氣的透過率及透濕性也是面膜材料的一個重要指標(biāo)，對復(fù)合膜進(jìn)行透濕性測試，選擇5個形狀、大小和質(zhì)量都相同的試劑瓶，在試劑瓶內(nèi)放置三分之一厚度的無水氯化鈣，再在試劑瓶口均勻涂抹凡士林，將復(fù)合膜(20 mm×20 mm)緊貼在試劑瓶上將其密封，稱量試劑瓶的重量，然后置于相對濕度為70%、溫度為25 ℃的環(huán)境中，使膜兩側(cè)的蒸氣壓保持穩(wěn)定，每隔1 h測量1次試劑瓶的重量，共記錄8組數(shù)據(jù)[9]，用公式(2)計算水蒸氣透過率WVP(%)[10]。

(2)

式中：WVP為水蒸氣透過率(g/(d·m2))，△m為測試瓶質(zhì)量的變化(g)，A為膜面積(m2)，t為時間(h)。

1.7 抗氧化性能分析

1.7.1 清除DPPH·的能力

配制pH 7.3的PBS緩沖溶液。準(zhǔn)確稱取一定量的DPPH，加入80 mL無水乙醇，配成0.1 mmol/L的DPPH無水乙醇溶液。分別量取4 mL的pH 7.3的PBS和4 mL的0.1 mmol/L的DPPH無水乙醇溶液于10 mL的離心管中，將復(fù)合膜裁成35 mm×15 mm的樣條置于離心管中，25 ℃恒溫震蕩搖勻，在日光燈下反應(yīng)0.5 h ，在紫外-可見光區(qū)的最大吸收波長處測量溶液的吸光度[11]。用公式(3)計算對DPPH·的清除率k(%)[12-13]：

(3)

式中：A0為純DPPH溶液的吸光度，A1為復(fù)合膜作用后的吸光度。

1.7.2 清除羥基自由基(·OH)的能力

吸取1 mL濃度為0.4 mmol/L的結(jié)晶紫溶液于10 mL的離心管中，先后分別加入5 mL的pH為7.3的PBS溶液、1 mL的1 mmol/L的FeSO4溶液和1 mL的6%H2O2及裁好的35 mm×15 mm復(fù)合膜樣條，在25 ℃環(huán)境下恒溫震蕩30 min，使其充分反應(yīng)，最后在紫外-可見光區(qū)的最大吸收波長處測定其溶液的吸光度，用蒸餾水做空白樣品作為對照，根據(jù)公式(4)計算清除率k(%)[14-15]：

(4)

式中：A為復(fù)合膜和·OH作用后的吸光度，A1為復(fù)合膜的吸光度，A2為蒸餾水的吸光度

量取50 mL Tris堿溶液和22.9 mL的0.1 mol/L HCl于100 mL容量瓶中，加入去離子水配制成100 mL的pH為8.2的Tris-HCl緩沖溶液，向10 mL的離心管中加入8 mL pH 8.2的Tris-HCl緩沖溶液和裁好的膜樣條(35 mm×15 mm)，在25 ℃下恒溫震蕩20 min，再加入0.1 mL45 mmol/L的焦性沒食子酸，迅速搖晃均勻溶液后倒入比色皿中，在最大吸收波長處測樣品溶液的吸光度A1，用蒸餾水作為空白試樣測吸光度A0，每隔30 s測1次，共測8組數(shù)據(jù)，分別做樣品溶液和對照溶液的吸光度隨時間變化的線性方程[16]，方程模式為A=kt+b，A為吸光度，k為自氧化速率，t為放置時間，對應(yīng)的自氧化速率分別為和k1和k0,相關(guān)系數(shù)R2，根據(jù)公式(5)計算清除超氧陰離子的能力k(%)：

(5)

2 結(jié)果與分析

2.1 PVA/CS鑄膜液最佳配比的測定

將復(fù)合膜處理好后放入掃描電鏡中，放大1000倍，觀察其表面形貌，發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜中PVA所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時二者的相容性最好，因此選擇這樣配比的鑄膜液作為下面實驗的基底鑄膜液(PVA/CS復(fù)合膜SEM圖像未給出)。

2.2 兒茶素/CS復(fù)合膜表面形貌分析

將復(fù)合膜放入掃描電鏡中，在1000倍的狀態(tài)下，可以清楚地看到復(fù)合膜Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的表面形貌，如圖1所示(不含截面圖)。

圖1 復(fù)合膜的SEM圖

由SEM圖像發(fā)現(xiàn)，空白試樣Q1表面比較平整，表面空隙較少，說明PVA和CS相容性較好，當(dāng)分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的兒茶素后，復(fù)合膜Q2、Q3、Q4、Q5表面依舊非常平整，這說明兒茶素在復(fù)合膜中分散效果很好，且兒茶素的加入幾乎不影響復(fù)合膜的表面形貌。

2.3 吸濕性分析

兒茶素加入到CS溶液中，可以讓殼聚糖的親水基團(tuán)和水分子形成氫鍵，大大提高了殼聚糖的吸濕性。圖2和圖3為兒茶素/CS復(fù)合膜在低濕度和高濕度下，吸濕性隨時間和兒茶素含量的變化圖，兒茶素的加入，有利于提高殼聚糖中親水基團(tuán)的能力。由圖2可知，在相對濕度為33%時，樣品吸濕率大小為Q3>Q5>Q4>Q1>Q2，隨著樣品放置時間逐漸變長，復(fù)合膜總體的吸濕率是先提高后降低，由于加入的兒茶素含量較少，不同兒茶素比例的復(fù)合膜吸濕率變化幅度不是特別明顯，在60 h時，各樣品的吸濕率都逐漸靠近。其中的Q3在放置36 h時，吸濕率達(dá)到最高7.8%。即兒茶素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時，兒茶素/CS復(fù)合膜在低濕度下的吸濕性最好。

圖2 復(fù)合膜吸濕率隨時間的變化(RH 33%)

圖3 復(fù)合膜的吸濕率隨時間的變化(RH 85%)

由圖3可知，在相對濕度為85%，樣品吸濕率大小為Q4>Q5>Q2>Q3>Q1，在高濕度下復(fù)合膜的吸濕率逐漸增加，放置48 h時，Q4的吸濕率達(dá)到最大6.79%，且放置60 h后吸濕率變化不大。因此兒茶素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時，兒茶素/CS復(fù)合膜的吸濕率最佳。

2.4 透濕性分析

面膜中含有大量水分，但在使用過程中水分會被蒸發(fā)掉一部分，因此面膜材料應(yīng)具有較低透濕率，才能使面膜能有效地鎖住水分，降低營養(yǎng)物質(zhì)的流失，從而提高敷面效果。不同比例的兒茶素對復(fù)合膜的水蒸氣透過率如圖4所示。

圖4 復(fù)合膜隨時間變化的透濕率

從圖4中可以看出，空白試樣Q1的水蒸氣透過率最大，加入兒茶素之后，水蒸氣透過率顯著下降，Q2對水蒸氣阻隔效果最好，由此可知兒茶素加入到復(fù)合膜后能使復(fù)合膜的水蒸氣透過率顯著減小。水蒸氣透過率的大小為Q1>Q4>Q5>Q3>Q2，但是當(dāng)兒茶素含量進(jìn)一步增加時，水蒸氣透過率有微弱的上升趨勢，主要原因是隨著兒茶素量不斷增加，復(fù)合膜的緊密結(jié)構(gòu)被破壞，分子間開始變得疏松，對水蒸氣的屏蔽作用變?nèi)?。因此兒茶素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時，兒茶素/CS復(fù)合膜的保濕效果最好。

2.5 抗氧化性能測定

自由基來源于人體各個部位正常新陳代謝，適量的自由基對人體不會有太大的危害，但當(dāng)自由基過多時，就會加速細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)細(xì)胞癌變，引發(fā)一系列的疾病，因此人體需要攝入抗氧化劑來消除多余的自由基。自由基的種類主要有羥基自由基、含氮自由基和超氧自由基，用兒茶素/CS復(fù)合膜分別對這3種自由基進(jìn)行抗氧化分析，分析不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兒茶素/CS復(fù)合膜對自由基的清除效果。

2.5.1 清除DPPH·的能力

DPPH·是很穩(wěn)定的一種經(jīng)典含氮自由基，分析對DPPH·的消除能力可判斷兒茶素的抗氧化性強(qiáng)弱。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兒茶素對DPPH·的清除率見圖5。

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兒茶素對DPPH·的清除率

由圖5可知，加入兒茶素后復(fù)合膜對DPPH·的清除率顯著提高，其中Q5對DPPH·的清除率最大為77.78%，空白試樣Q1的消除率只有42.26%，當(dāng)加入0.2%的兒茶素后，復(fù)合膜對DPPH·的清除率提高到75.6%。在被測濃度范圍內(nèi)，當(dāng)兒茶素的含量進(jìn)一步增加時，復(fù)合膜的消除效果較為穩(wěn)定。兒茶素/CS復(fù)合膜對DPPH·清除能力的強(qiáng)弱為Q5>Q3>Q4>Q2>Q1。這表明兒茶素的加入能有助于復(fù)合膜抵抗自由基引起的氧化作用，加入的兒茶素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時，兒茶素/CS復(fù)合膜對DPPH·的清除效果最好。

2.5.2 清除·OH的能力

·OH是含氧自由基中氧化活性最強(qiáng)的一種，因此檢測兒茶素/CS復(fù)合膜對清除·OH的能力是評價復(fù)合膜抗氧化性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兒茶素對·OH的清除率見圖6。

圖6 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兒茶素對·OH的清除率

由圖6可知，隨著兒茶素的加入，復(fù)合膜對·OH的清除率先增加然后減小，復(fù)合膜對·OH清除率的大小順序為Q3>Q2>Q1>Q5>Q4，樣品Q3清除效果最好，為77.09%，即兒茶素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時，對·OH的清除效果最好。在Q3之后，但隨著兒茶素的量進(jìn)一步增加，清除率迅速下降。這表明低濃度的兒茶素對·OH有顯著的清除作用，一旦兒茶素的量過多，其對·OH的清除效果就會顯著下降。

表3 樣品清除率線性擬合關(guān)系

圖7 不同濃度的兒茶素對的清除率

3 結(jié)論

本文對不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兒茶素加入到復(fù)合膜后的表面形貌、吸濕透濕性、抗氧化性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)加入兒茶素后不會破壞復(fù)合膜光滑平整的表面形貌，且在復(fù)合膜中的分散效果較好，增加加入的兒茶素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)后復(fù)合膜的吸濕性逐漸增大，透濕性逐漸減小，表明兒茶素的加入增強(qiáng)了復(fù)合膜吸水和保濕的能力。