基于混料实验设计优化天然来源成膜剂的制备及应用

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240169

摘要/Abstract

摘要：

成膜剂添加于化妆品中，在皮肤表面形成薄膜从而改善底妆产品的贴肤、持妆。化学成膜剂存在肤感黏腻、皮肤相容性不佳、生物降解性差和长期使用对皮肤造成负担等问题。据此，本研究以银耳、白及和桃树脂多糖为原料制备了一种天然来源成膜剂。以膜抗拉强度、膜断裂伸长率以及膜与人工汗液及人工皮脂的接触角作为评价指标，通过混料实验设计优化3种多糖复配比例，经构建回归模型确定最佳复合多糖组成，得到天然来源成膜剂，并对该成膜剂添加入基础粉底液配方后进行保湿、持妆等人体功效评价。结果表明，天然来源成膜剂复配多糖最佳组合为m（银耳多糖）∶m（白及多糖）∶m（桃树脂糖）=0.2∶0.25∶0.55，该组合形成的膜抗拉强度约为3.18 MPa，膜断裂伸长率约为126.60%，接触角大小约为86.03（°）。验证实验证实，模型预测值与实际值相符，模型成立；同时人体测试结果表明在化妆品粉底液基质中，该天然来源成膜剂质量分数为0.15%时，在提高皮肤角质层含水量的同时具有持妆功效。

关键词: 成膜剂, 天然来源, 植物多糖, 银耳多糖, 白及多糖, 桃树脂多糖

Abstract:

Film forming agent is added to cosmetics to form a film on the skin surface to improve the skin sticking and makeup holding of base makeup products. Chemical film forming agent has some problems， such as skin feeling sticky， poor skin compatibility， poor biodegradability， and burden on skin caused by long-term use. In order to obtain a natural film-forming agent， the polysaccharides of Tremella fuciformis， Bletilla striata and peach gum were studied. The present study focuses on the extraction of natural polysaccharides from Tremella fuciformis， Bletilla striata and peach gum. The composition composed of three kinds of polysaccharide was optimized by mixture design with the film's tensile strength， elongation at break， and contact angle with artificial sweat and sebum. The optimal composition was figured out by the regression models built for each evaluation indexes and obtain natural film forming agent， followed by evaluating its efficacy on the human body. Results showed that the suitable composition of polysaccharides was as follows， when m（Tremella fuciformis）∶m（Bletilla striata）∶m（peach gum） is 0.2∶0.25∶0.55，the film exhibits a tensile strength of 3.18 MPa， elongation at break of 126.60%， and a contact angle of 86.03（°）. The verification test proved the predicted value was consistent with the actual value， indicating the regression models were valid. Simultaneously， human testing results indicate that incorporating a natural film-forming agent with a mass fraction of 0.15% into the liquid foundation matrix enhances skin stratum corneum hydration and imparts long-lasting cosmetic effects.

Key words: Film-forming, Agent natural source, Plant polysaccharide, Tremella fuciformis polysaccharide, Bletilla striata polysaccharide, Peach gum polysaccharide

中图分类号:

O629.1

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图/表 11

表1 3种生物多糖最佳提取工艺

Table 1 Optimum extraction conditions of polysaccharides from three kinds of plants

Sample name	Liquid-solid ratio （mL∶g）	Extraction temperature/℃	Extraction time/h	Ultrasound time/min
Tremella fuciformis	50∶1	80	1	50
Bletilla striata	60∶1	50	2	60
Peach gum	80∶1	100	3	50

图1 混料单纯形格点设计配方试验点分布图

Fig.1 Mixing simplex grid design formula test point distribution

表2 混料实验设计及结果

Table 2 Mixing experiment design and results

Test number	A w（Tremella fuciformis）/%	B w（Bletilla striata）/%	C w（Peach gum）/%	Y₁	Y₂	Y₃
Test number	A w（Tremella fuciformis）/%	B w（Bletilla striata）/%	C w（Peach gum）/%	TS/MPa	E/%	CA/（o）
1	100.00	0.00	0.00	1.55	165.00	58.78
2	75.00	25.00	0.00	3.38	206.09	73.81
3	75.00	0.00	25.00	1.66	133.74	75.00
4	50.00	50.00	0.00	3.27	191.48	72.98
5	50.00	25.00	25.00	3.51	125.00	78.49
6	50.00	0.00	50.00	1.61	125.92	87.66
7	25.00	75.00	0.00	2.63	121.43	62.20
8	25.00	50.00	25.00	3.54	101.00	76.56
9	25.00	25.00	50.00	3.32	115.32	86.17
10	25.00	0.00	75.00	1.40	156.84	92.06
11	0.00	100.00	0.00	0.53	0.00	45.42
12	0.00	75.00	25.00	2.07	86.04	61.21
13	0.00	50.00	50.00	2.79	153.26	73.41
14	0.00	25.00	75.00	2.32	197.34	85.50
15	0.00	0.00	100.00	0.71	223.53	87.92
16	33.30	33.30	33.30	3.69	105.56	84.81
17	66.70	16.70	16.70	3.01	140.43	81.55
18	16.70	66.70	16.70	3.12	93.05	63.11
19	16.70	16.70	66.70	2.58	142.11	90.07

表3 评价指标的回归方程模型汇总

Table 3 Summary of regression equation model of evaluation index evaluation index

Index	Types of models	Equation of regression	S	R²	$R A d j 2$	$R F c 2$
Y₁（TS）	Cube	Y₁=1.586 1A+0.485 1B+0.785 9C+9.713AB+1.8AC+8.501BC+13.88ABC	0.114 459	0.990 9	0.986 3	0.969 9
Y₂（E/%）	Cube	Y₂=167.11A-0.56B+221.68C+432.3AB-267.3AC+164.5BC-1 628.9ABC	2.695 48	0.998 1	0.997 2	0.994 0
Y₃（CA）	Square	Y₃=59.92A+43.28B+89.58C+84.28AB+50.99AC+30.91BC	2.459 08	0.972 6	0.962 0	0.925 2

表3 评价指标的回归方程模型汇总

Table 3 Summary of regression equation model of evaluation index evaluation index

Index	Types of models	Equation of regression	S	R²	$R A d j 2$	$R F c 2$
Y₁（TS）	Cube	Y₁=1.586 1A+0.485 1B+0.785 9C+9.713AB+1.8AC+8.501BC+13.88ABC	0.114 459	0.990 9	0.986 3	0.969 9
Y₂（E/%）	Cube	Y₂=167.11A-0.56B+221.68C+432.3AB-267.3AC+164.5BC-1 628.9ABC	2.695 48	0.998 1	0.997 2	0.994 0
Y₃（CA）	Square	Y₃=59.92A+43.28B+89.58C+84.28AB+50.99AC+30.91BC	2.459 08	0.972 6	0.962 0	0.925 2

图2 3种多糖比例对膜抗拉强度（A）、断裂伸长率（B）和接触角（C）影响的残差图

Fig.2 Residual plot of film tensile strength （A）， film elongation at break （B） and film contact angle （C）

表4 回归方程的方差分析

Table 4 Analysis of variance for the regression model

Source	df			Seq SS			Adj SS			Adj MS			F				p
Source	Y₁	Y₂	Y₃	Y₁	Y₂	Y₃	Y₁	Y₂	Y₃	Y₁	Y₂	Y₃	Y₁	Y₂	Y₃	Y₁	Y₂	Y₃
Regression	6	6	5	17.02	46 813.8	2 789.51	17.02	46 813.8	2 789.51	2.84	7 802.3	557.90	216.6	1 073.87	92.26	**	**	**
Linear	2	2	2	1.45	19 587.2	2 075.54	0.96	39 855.5	1 634.7	0.48	19 927.7	817.35	36.72	2 742.76	135.16	**	**	**
Quadratic	3	3	3	15.20	22 097.4	713.97	7.88	23 097.8	7 13.97	2.63	7 699.3	237.99	200.45	1 059.69	39.36	**	**	**
AB	1	1	1	7.48	8 381.6	461.25	5.52	10 936.7	553.09	5.52	10 936.7	553.09	421.41	1 505.28	91.46	**	**	**
AC	1	1	1	0.31	13 693.5	178.33	0.19	4 182	202.43	0.19	4182	202.43	14.48	575.59	33.48	**	**	**
BC	1	1	1	7.41	22.3	74.38	4.23	1 583.3	74.38	4.23	1 583.3	74.38	322.81	217.92	12.3	**	**	**
ABC	1	1	-	0.37	5 129.2	-	0.37	5 129.2	-	0.37	5 129.2	-	28.44	705.95	-	**	**	-
Residual error	12	12	13	0.16	87.2	78.61	0.16	87.2	78.61	0.01	7.3	6.047
Total	18	18	18	17.18	46 900.9	2 868.12

图3 3种多糖比例对膜抗拉强度、膜断裂伸长率、膜接触角影响的混合曲面图（A、C、E）和混合等值线图（B、D、F）

Fig.3 Mixed surface map （A， C， E） and mixed contour map （B， D， F） of the influence of the proportion of three polysaccharides on film tensile strength， film elongation at break and film contact angle

图4 3种多糖比例对膜抗拉强度（A）、膜断裂伸长率（B）和膜接触角（C）影响的响应跟踪图

Fig.4 The response tracking diagram and response optimization diagram of the influence of the proportion of three polysaccharides on film tensile strength (A)， film elongation at break (B) and film contact angle (C)

表5 角质层含水质量分数统计结果

Table 5 Statistical results of the mass fraction of water in stratum corneum

w（warer in stratum corneum）/%	Group	0 h	0.5 h	4 h	8 h
Average value	Control group	33.45	54.56	55.83	54.21
Average value	Experimental group	36.12	59.90	64.13	62.12
SE value	Control group	1.75	1.79	2.64	2.09
SE value	Experimental group	1.63	1.87	2.08	2.22
ΔDifference value	Control group	/	20.6	22.4	21.2
ΔDifference value	Experimental group	/	23.7	28.0	26.4
Rate of change/%	Control group	/	63.47	67.07	62.28
Rate of change/%	Experimental group	/	65.93	77.56	72.02
p（after use vs before use）	Control group	/	**	**	**
p（after use vs before use）	Experimental group	/	**	**	**
p（control group vs experimental group）		/	*	**	**

表6 人工汗液与人工皮脂与粉底液膜之间的接触角数据表

Table 6 Contact angle between artificial sweat and artificial sebum and liquid foundation film

Group	CA/（°）			p
Group	G1	G2	G3	p
Synthetic perspiration（ $x ˉ$ ±S）	73.71±0.70	81.95±0.55	84.28±0.20	**
Synthetic sebum（ $x ˉ$ ±S）	26.71±0.51	28.18±0.20	30.15±0.15	**

表6 人工汗液与人工皮脂与粉底液膜之间的接触角数据表

Table 6 Contact angle between artificial sweat and artificial sebum and liquid foundation film

Group	CA/（°）			p
Group	G1	G2	G3	p
Synthetic perspiration（ $x ˉ$ ±S）	73.71±0.70	81.95±0.55	84.28±0.20	**
Synthetic sebum（ $x ˉ$ ±S）	26.71±0.51	28.18±0.20	30.15±0.15	**

表7 受试者自评反馈结果

Table 7 Subjects self-rated feedback results

Evaluation time	Evaluation dimension	D/%		［（G2-G1）/G1］/%
Evaluation time	Evaluation dimension	Control group G1	Experimental group G2	［（G2-G1）/G1］/%
Apply makeup within 30 min	1	78.75	80	1.56
	2	76.25	80	4.69
	3	70	81.25	13.85
	4	68.75	75	8.33
	5	66.25	75	11.67
	6	67.5	75	10.00
8 h after applying makeup	7	67.5	71.25	5.26
	8	66.25	70	5.36
	9	65	67.5	3.70
	10	67.5	70	3.57

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