黃丹，李芳華，王菁，王俞林 ，楊安全，黃超伯,3

(1.南京林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.歐詩(shī)漫生物股份有限公司，浙江 德清 313200； 3.南京林業(yè)大學(xué) 林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

類胡蘿卜素(carotenoids)是一類萜烯類化合物的天然色素的總稱,普遍存在于動(dòng)物、高等植物、真菌、藻類中。大多數(shù)天然存在的類胡蘿卜素是由八個(gè)類異戊二烯單元組成的四萜類化合物，根據(jù)類胡蘿卜素的化學(xué)結(jié)構(gòu)中是否含氧，可以把類胡蘿卜素分為含氧官能團(tuán)的葉黃素類，包括葉黃素、蝦青素等；和不含氧元素的胡蘿卜素類，包括β-胡蘿卜素、番茄紅素等。但人體本身不能合成類胡蘿卜素，只能從外界攝取，目前人們可以從各類水果、海洋動(dòng)物、藻類中提取出類胡蘿卜素(表1)。

近年來(lái)，隨著人們對(duì)美的追求，類胡蘿卜素也逐漸受到皮膚領(lǐng)域的關(guān)注，因?yàn)槠渚哂星宄杂苫?、修?fù)細(xì)胞組織DNA損傷、增加皮膚屏障、抗炎癥等特點(diǎn)，符合化妝品行業(yè)所追求的護(hù)膚功效。本文從類胡蘿卜素的抗氧化、抗紫外線、抗炎癥、保濕、美白和著色幾個(gè)方面介紹目前的工作研究進(jìn)展，并針對(duì)類胡蘿卜素特殊的化學(xué)特點(diǎn)，采用脂質(zhì)體、微膠囊等方式來(lái)包裹類胡蘿卜素，維持其生物活性，為其在化妝品中的進(jìn)一步研發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 類胡蘿卜素功效

類胡蘿卜素已被證實(shí)在抗氧化、抗紫外線、抗炎癥、美白、保濕、著色方面有著顯著的作用，顯示出在化妝品應(yīng)用中的潛力。

1.1 抗氧化

隨著年紀(jì)的增長(zhǎng)，人體皮膚細(xì)胞開始老化，這一衰老的過(guò)程是不可逆的[9]。皮膚的衰老狀態(tài)會(huì)表現(xiàn)為皮膚的彈性活力下降，出現(xiàn)皺紋、膚色暗淡、松弛、色素沉著加重等現(xiàn)象。皮膚衰老主要由內(nèi)源基因影響、體內(nèi)自由基的增多以及外界環(huán)境變化，比如紫外線照射、抽煙、光污染等因素所導(dǎo)致。而自由基是導(dǎo)致皮膚衰老最重要的因素之一，自由基的產(chǎn)生不僅會(huì)造成DNA的損傷，還會(huì)導(dǎo)致皮膚上的彈性蛋白和膠原纖維新陳代謝受到阻礙，使皮膚水分減少，出現(xiàn)皺紋。目前抗衰老的產(chǎn)品主要通過(guò)清除體內(nèi)過(guò)量的自由基、修復(fù)損傷DNA細(xì)胞和皮膚屏障、減少紫外線照射后的損傷、保濕等方式降低皮膚的老化速度。

表1 類胡蘿卜素的提取方法Table 1 Extraction method of carotenoids

類胡蘿卜素作為有效的天然抗氧化劑，是因?yàn)樗麄兛梢圆东@皮膚組織中過(guò)量的過(guò)氧化物自由基[10-12]。人表皮中最常見的類胡蘿卜素是β-胡蘿卜素和番茄紅素[13]。有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，番茄紅素是類胡蘿卜素中最有效的單線態(tài)氧猝滅劑。劉國(guó)安等[14]通過(guò)研究番茄紅素對(duì)自由基的清除、脂質(zhì)過(guò)氧化的抑制、DNA的氧化損傷保護(hù)等作用發(fā)現(xiàn)，番茄紅素均發(fā)揮很好的抗氧化作用，與槲皮素相比，對(duì)自由基清除效果更佳，但高劑量的番茄紅素有促氧化的趨勢(shì)。番茄紅素也可以有效的清除自由基次氯酸(HClO)[15]。吳青瑩等[16]提取香蕉皮中的類胡蘿卜素，在同一濃度下，類胡蘿卜素清除羥基自由基的能力優(yōu)于抗壞血酸。Sutasinee Chintong[17]通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證明蝦青素對(duì)DPPH自由基有很好的清除能力，同時(shí)Constance Lay Lay Saw[18]證明蝦青素相對(duì)于曲酸來(lái)說(shuō)，可以顯示出更強(qiáng)的清除DPPH自由基能力。劉俊麗等[19]將包裹有蝦青素有效劑量為1.5 μg/cm2/d的納米顆粒涂抹在經(jīng)紫外線照射后的小鼠背部，可以觀察到皮膚組織中的谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SDS)和過(guò)氧化氫酶(CAT)的表達(dá)較于已經(jīng)光老化的小鼠皮膚有顯著的提高，并可以維持皮膚的組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞形態(tài)、角質(zhì)層的厚度以及皮膚中的膠原蛋白的含量與未經(jīng)紫外線照射的正常的小鼠皮膚對(duì)比沒(méi)有明顯的差別。袁磊等[20]以蝦青素、β-胡蘿卜素、番茄紅素和葉黃素對(duì)研究對(duì)象，檢測(cè)其對(duì)DPPH自由基、羥基自由基和超氧陰離子自由基的清除能力，通過(guò)DPPH法、水楊酸法、鄰苯三酚自氧化法檢測(cè)吸光度的變化，可以得到清除能力大小為：蝦青素>葉黃素>β-胡蘿卜素>番茄紅素。羌宇等[21]運(yùn)用ABTS法測(cè)定清除自由基的含量，也得同樣的結(jié)論。

類胡蘿卜素體現(xiàn)出很好的抗氧化的性能，對(duì)比與已經(jīng)廣泛應(yīng)用在化妝品中的曲酸、槲皮素等抗氧化成分來(lái)說(shuō)，顯示出更強(qiáng)的清除自由基和對(duì)氧化損傷細(xì)胞修復(fù)的能力，特別是蝦青素和番茄紅素，在化妝品領(lǐng)域中有較大的應(yīng)用潛力。

1.2 抗紫外線

暴露在UVB下的細(xì)胞，會(huì)發(fā)生DNA損傷，在細(xì)胞組織中產(chǎn)生ERK磷酸化反應(yīng)[24]，誘導(dǎo)下游炎癥信號(hào)通路打開，同時(shí)誘導(dǎo)一氧化氮(iNOS)和環(huán)氧合酶(COX)-2的蛋白質(zhì)含量和mRNA表達(dá)水平變高[25]，而引起炎癥。Kenji Shiratori等[24]用幽門螺桿菌提取物和純化的蝦青素來(lái)處理UVB照射后的細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)蝦青素可以有效抑制細(xì)胞的凋亡反應(yīng)，同時(shí)可以恢復(fù)被UVB誘導(dǎo)后的人永生化角質(zhì)形成細(xì)胞(HaCaT)和人類正常成纖維細(xì)胞(Hs68)的活性，且通過(guò)減少在UVB暴露后造成的DNA分子雙鏈斷裂來(lái)治愈DNA損傷。在長(zhǎng)時(shí)間的紫外線照射下，皮膚的角質(zhì)層變厚，皮膚粗糙度增加。SUSUMU HAMA[26]將小鼠皮膚暴露于紫外線照射下，皮膚的橫截面用蘇木精和曙紅染色，可以觀察到在皮膚組織層面的沒(méi)有用蝦青素處理過(guò)的部位角質(zhì)層變厚，經(jīng)過(guò)蝦青素脂質(zhì)體處理后，成功控制住角質(zhì)層厚度的增加及形態(tài)的變化。通過(guò)UVB處理后的損傷細(xì)胞中，膠原蛋白降解酶增多[26]，膠原蛋白含量減少，使皮膚失去彈性。Hsin-Yu Chou[24]用蝦青素處理被UVB照射的細(xì)胞，可以觀察到蝦青素以劑量依賴的方式抑制細(xì)胞組織的DNA損傷，并在24 h之后可以看到Hs68中的膠原蛋白的分泌增加，蝦青素通過(guò)從細(xì)胞中傳導(dǎo)電子來(lái)降低紫外線照射后產(chǎn)生的氧化應(yīng)激損傷，使膠原蛋白在體內(nèi)和體外合成，修復(fù)皮膚組織損傷和老化。巖藻黃質(zhì)也可以對(duì)UVB誘導(dǎo)的人成纖維細(xì)胞損傷有保護(hù)作用[27]。楊娜[28]通過(guò)在小鼠成纖維細(xì)胞上照射紫外線，將熊果苷加入后細(xì)胞中SDS、CAT、GSH的含量作為對(duì)照，加入番茄紅素后細(xì)胞中的SDS、CAT、GSH的含量明顯上升，說(shuō)明番茄紅素對(duì)有氧化損傷的成纖維細(xì)胞有保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)[29]調(diào)查20名年齡在40～50歲的志愿者，在額頭的皺紋處局部定量、定濃度的使用番茄紅素，可以觀察到皮膚的粗糙度和番茄紅素添加濃度有顯著關(guān)系。M Andreassi等[30]研究發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)模擬器進(jìn)行光刺激后，含有番茄紅素的產(chǎn)品對(duì)皮膚的保護(hù)效果強(qiáng)于含有維生素E、維生素C的產(chǎn)品。

抗紫外線和抗衰老密不可分，紫外線照射后的皮膚損傷加快了皮膚老化的速度，同時(shí)也會(huì)引起皮膚炎癥反應(yīng)，所以抗衰老、抗炎癥的第一步就是減少紫外線對(duì)皮膚的照射。

1.3 抗炎癥

皮膚炎癥是一種常見的皮膚疾病，且皮膚敏感人群在季節(jié)交替、使用較為刺激的護(hù)膚品特別是被微生物感染的化妝品或者長(zhǎng)時(shí)間紫外線照射時(shí)，皮膚容易出現(xiàn)灼熱、刺痛、瘙癢等火辣辣的緊繃感，臉上會(huì)出現(xiàn)紅血絲、脫皮，局部發(fā)紅等現(xiàn)象。

核因子κB蛋白(NF-κB)幾乎存在于所有的動(dòng)物細(xì)胞中，調(diào)控細(xì)胞的炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答等過(guò)程，可以激活編碼因子iNOS，COX-2，TNF-α，IL-1β和IL-6的促炎基因，引起皮膚的過(guò)敏性炎癥。Ju Ho Park[31]用鄰苯二甲酸酐來(lái)誘發(fā)皮膚產(chǎn)生炎癥癥狀，使皮膚出現(xiàn)過(guò)敏性的超敏反應(yīng)，通過(guò)蝦青素處理后的皮膚，可以檢測(cè)到其中的iNOS、COX-2、TNF-α、IL-6、IL-3的表達(dá)受到抑制，同時(shí)蛋白質(zhì)劃痕分析顯示蝦青素可以抑制NF-κB活化。角質(zhì)形成細(xì)胞是紫外線照射后影響的第一個(gè)靶點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致角質(zhì)形成細(xì)胞發(fā)生光損傷反應(yīng)，而釋放出炎癥因子，參與多種炎性疾病的發(fā)病機(jī)制，造成皮膚過(guò)敏[32-33]。Yoko Yoshihisa等[25]用20 mJ/cm2的紫外線刺激皮膚后，增強(qiáng)了HaCaT細(xì)胞中的巨噬細(xì)胞釋放遷移抑制因子(MIF)、IL-1b、TNF-a蛋白和mRNA表達(dá)，引發(fā)炎癥反應(yīng)，可以觀察到蝦青素在蛋白質(zhì)和mRNA水平上顯著降低了紫外線誘導(dǎo)炎癥因子釋放，從而抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生。Soo-Jin Heo 等[34]利用脂多糖刺激鼠巨噬細(xì)胞RAW 264.7細(xì)胞來(lái)釋放出炎癥因子，證明巖藻黃質(zhì)可以抑制一氧化氮(NO)的產(chǎn)生，并且以劑量依賴性的方式降低了脂多糖刺激后產(chǎn)生的TNF-a和IL-6的產(chǎn)生以及mRNA表達(dá)，與Kil-Nam Kim和Jian Zheng[35-36]的研究結(jié)果相同。Azahara Rodríguez-Luna[37]制成含有巖藻黃質(zhì)的乳霜來(lái)治療經(jīng)紫外線誘導(dǎo)后產(chǎn)生急性紅斑的無(wú)毛小鼠，發(fā)現(xiàn)含有巖藻黃質(zhì)的乳霜可以減少小鼠的皮膚水腫、表皮厚度，緩解了小鼠的皮膚過(guò)敏癥狀，說(shuō)明巖藻黃質(zhì)有成為治療皮膚炎癥的潛力。

1.4 保濕

保濕是護(hù)膚的第一步，也是最重要的一步。皮膚保持水分充足的狀態(tài)，有利于皮膚屏障的修復(fù)、維持皮膚的水油平衡、減少炎癥的產(chǎn)生、促進(jìn)護(hù)膚品中活性成分的吸收等作用。

皮膚屏障是否被破壞的關(guān)鍵因素之一是皮膚表面絲蛋白的含量，其在皮膚分化終末和角質(zhì)化包膜中起了關(guān)鍵性作用。Mio Matsui和Ratih Pangestuti[38-39]證實(shí)經(jīng)過(guò)紫外線照射后，再用巖藻黃質(zhì)處理，可以觀察到皮膚組織的絲蛋白含量的增加，在皮膚外層形成很好的物理屏障，防止皮膚內(nèi)部水分的流失，達(dá)到保濕的效果。蝦青素也可以通過(guò)增加角質(zhì)層的厚度來(lái)減少水分的流失。Nobutomo Ikarashi[40]將蝦青素添加到HaCaT、PHK16-0b細(xì)胞中時(shí)，發(fā)現(xiàn)水通道蛋白表達(dá)水平增加，進(jìn)而促進(jìn)皮膚對(duì)甘油的吸收效果，使皮膚維持水潤(rùn)狀態(tài)。

1.5 美白

目前市面上常用的美白產(chǎn)品主要是通過(guò)抑制黑色素的形成路徑、促進(jìn)黑色素的代謝通路、減少紫外線照射、清除體內(nèi)多余自由基、加速皮膚角質(zhì)層的剝落等方法實(shí)現(xiàn)。

據(jù)研究證明，蝦青素、番茄紅素、巖藻黃質(zhì)對(duì)DPPH、ABTS自由基有很好的清除能力[18,26,41]，可以直接或間接影響調(diào)控黑色素的合成。同時(shí)蝦青素還可以抑制酪氨酸酶的活性[17]，IC50值為(10.1±0.2)。人表皮最常見的是β-胡蘿卜素，β-胡蘿卜素是維生素A的來(lái)源，有助于維生素A的攝入，加強(qiáng)肌體產(chǎn)生抗氧化抵御機(jī)制的能力。

1.6 著色劑

類胡蘿卜素是天然色素的總稱，因結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵數(shù)目的增加，類胡蘿卜素越偏向紅色。類胡蘿卜素已經(jīng)廣泛作為食品顏色添加劑加到食品中，可以增加食品的色度和食欲。近年來(lái)，類胡蘿卜素獨(dú)特的顏色在化妝品中也逐漸受到關(guān)注，其可以作為著色劑加入到口紅、腮紅、眼影等產(chǎn)品中，在著色的同時(shí)也能夠起到增色、保質(zhì)、抗氧化等效果。

2 類胡蘿卜素的應(yīng)用現(xiàn)狀

蝦青素、番茄紅素、巖藻黃質(zhì)等類胡蘿卜素在抗氧化、抗紫外線、抗炎癥、美白、保濕和著色劑等方面有很大的應(yīng)用市場(chǎng)和潛能，但是類胡蘿卜素的穩(wěn)定性極易受pH、還原劑、光照、溫度等外界因素的影響，在提取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中要嚴(yán)格考慮其避光低溫條件。且蝦青素、番茄紅素等均為脂溶性物質(zhì)，易溶于油脂而不易溶于水中，而目前市面上大多數(shù)化妝品為水溶性原料，脂溶性原料應(yīng)用較少，影響蝦青素、番茄紅素等物質(zhì)的活性效果。同時(shí)類胡蘿卜素作為著色劑，可以為化妝品增色，但目前市面上的護(hù)膚品顏色都較淺，這影響了類胡蘿卜素的應(yīng)用場(chǎng)景[42]。

目前市面上采用納米微囊顆粒、脂質(zhì)體或者是凍干粉來(lái)對(duì)類胡蘿卜素進(jìn)行包裹，從而達(dá)到這些活性原料的緩釋、提高穩(wěn)定性的效果，且能夠解決化妝品應(yīng)用中原料配伍性低、活性差、特定成分對(duì)皮膚存在刺激性和毒副作用等問(wèn)題。

脂質(zhì)體具有與皮膚細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)相同的雙分子層結(jié)構(gòu)，親油性的尾部為膜的中間，而磷脂分子親水頭部形成了膜的內(nèi)外表面層[43]，這樣形成的脂質(zhì)體可以在雙分子膜內(nèi)包裹住脂溶性的物質(zhì)，脂質(zhì)體內(nèi)部可以包裹住水溶性成分。脂質(zhì)體由于其有和皮膚細(xì)胞膜相似的結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到靶向活性物質(zhì)到目標(biāo)細(xì)胞上而發(fā)揮作用[44]。Li Pan等[41]通過(guò)使用薄膜超聲方法，制備大豆磷脂酰膽堿負(fù)載的蝦青素的脂質(zhì)體。最高包封效率可以達(dá)到為(97.68±0.34)%。在穩(wěn)定研究中，在4 ℃下保存15 d后，保留率為82.29%，這證明脂質(zhì)體膜可以有效地保留蝦青素，在低溫下蝦青素的抗氧化活性顯著增加。Chao Yuan 等[45]使用羥丙基-環(huán)糊精包裹蝦青素，利用紫外分光光度儀、傅氏變換紅外光譜儀和核磁共振氫譜檢測(cè)結(jié)果表明，蝦青素分子的六環(huán)已部分包含在羥丙基-環(huán)糊精腔中。Leticia Malgarim Cordenonsi[46]使用基于bacuri黃油和tucum?油并摻有巖藻黃質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體，利用高剪切均質(zhì)化方法得到納米顆粒，主要治療皮膚的銀屑病。

微膠囊由壁材和芯材組成，壁材對(duì)外界的溫度、pH、氧氣、紫外線等有一定的屏蔽作用，很好地保持了芯材的穩(wěn)定性，芯材可以通過(guò)溶解、滲透、擴(kuò)散等方式釋放出來(lái)，達(dá)到緩釋的效果，并能長(zhǎng)效保持芯材的活性。郁興娜[2]在柑橘皮中提取出β-胡蘿卜素，利用羥甲基纖維素鈉和明膠復(fù)配作為微膠囊的壁材，對(duì)β-胡蘿卜素進(jìn)行包裹，得到包裹有β-胡蘿卜素微膠囊，包裹率高達(dá)87.50%。薛露[47]以明膠為壁材，以β-胡蘿卜素為芯材制取微膠囊，與無(wú)包裹的β-胡蘿卜素相比，保留率從25%增長(zhǎng)到75%。

3 結(jié)論和展望

類胡蘿卜素廣泛存在于自然界中，因?yàn)槠鋪?lái)源廣泛、提取方法簡(jiǎn)單，有著抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等藥理作用而被用于藥品、保健品等中。近年來(lái)，隨著人們對(duì)類胡蘿卜素的不斷探索，類胡蘿卜素的抗氧化、抗紫外線、抗炎癥、保濕美白、著色劑等功效被研究發(fā)現(xiàn)，其可以保護(hù)肌膚在紫外線照射后引發(fā)的炎癥、氧化應(yīng)激反應(yīng)等影響，增加皮膚的彈性，防止皮膚屏障變薄而使皮膚失水，并能抑制酪氨酸酶的活性防止色素生成。

在人們追求“自然養(yǎng)膚”的當(dāng)下，其將類胡蘿卜素作為天然成分添加劑加入到化妝品中，會(huì)成為化妝品領(lǐng)域一個(gè)新的關(guān)注點(diǎn)。但由于外界環(huán)境的pH、溫度、光照等因素的影響，類胡蘿卜素容易失去活性，所以目前采用脂質(zhì)體、微膠囊等包埋方式對(duì)類胡蘿卜素進(jìn)行包裹，延長(zhǎng)其活性作用的時(shí)間，并可以達(dá)到類胡蘿卜素的緩釋、靶向等目的。所以以類胡蘿卜素為原料制備得到的多功能性化妝品具有廣泛的研發(fā)價(jià)值、市場(chǎng)價(jià)值。