茶花作为茶树生殖生长产物利用率极低,但是茶花与茶叶具有类似组成成分及生理活性。茶花中含量最高的多糖被誉为“天然的保湿因子”,具有保水、抗菌^[1]等作用,可用于日化品中提高其保湿性能；多酚和黄酮类具有抑菌^[2-3]、抗过敏^[4]、抑制氧化酶脂质过氧化^[5]、抑制自由基产生^[6]、抑制黑色素形成及防紫外线^[7]等美容护肤作用；皂素具有较强的乳化、分散、增溶、发泡、去污等多种表面活性功能^[8]和抗渗消炎^[9]及抗过敏^[10]等作用。此外,茶花具有特殊的蜜糖香味,也可用作天然香料。因此,茶花可被用于制皂工业,以增加和发挥香皂的性能。

本文尝试选用3种不同皂基,不同质量分数的茶花粉末和茶花花瓣作为添加物,研制一款具有保湿、控油、美白、抑菌和强发泡能力的天然茶花润肤皂,对其配方进行优化得到最佳配方,并对该香皂产品的理化、感官及护肤性质进行初步研究。拓展实验中探究了茶花提取物对茶花皂起泡性及护肤性质的影响。

1 材料与方法 1.1 材料与仪器

酸性皂基和碱性皂基由杭州萧山钱江洗涤用品公司提供,其中酸性皂基pH为7.0、碱性皂基pH为10.0；茶树花由浙江益龙芳茶业有限公司提供,其中总糖含量为35%、皂素含量为11%、多酚含量为4%；茶树花提取物由杭州英仕利生物技术有限公司提供,其中总糖含量为53%、皂素含量为17%、多酚含量为6%；柠檬酸购自中国如皋市金陵试剂厂；无水乙醇、95%乙醇、氢氧化钠、氯化钠、琼脂粉等均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；牛肉浸膏为市售产品；蛋白胨购自南通市东海龙生生物制品有限公司。

HH-6数显恒温水浴锅(国华电器有限公司)，FE20 pH计(梅特勒-托利多仪器有限公司)，AL104电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)，DS-671电子秤(上海金山亭林工业开发区)，DGX-9073 B-2烘箱(上海福玛实验设备有限公司)，A11 basic分析研磨机(IKA-WERKE GmbH & Co.KGD-79219 STAUFEN)，HJ-3恒温磁力搅拌器(国华电器有限公司)，SHB-IIIA减压抽滤装置(上海豫康科技仪器设备有限公司)，MLS-3750高压蒸汽灭菌锅(Tega SANYO Industry Co.,Ltd.Tottori,Japan)，HPS-250生化培养箱(太仓市华美生化仪器厂)，THZ-C台式恒温振荡器(太仓市华美生化仪器厂)，SW-CJ-ICU超净台(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)，CBS-1800皮肤测试仪(Taiwan AnMo Electronics)。

1.2 方法 1.2.1 皂样制作 1.2.1.1 材料预处理

弱碱性皂基：将碱性皂基80 ℃水浴融化,添加2%的柠檬酸并搅拌均匀,待30 min反应充分后得到pH为9.0的弱碱性皂基,备用。

茶花预处理：把成朵的茶花用研磨机磨碎成粉,过200目筛后即为茶花粉末,备用。将成朵的茶花轻揉取出花萼、花梗等,留花瓣和少部分的花丝及花药后,为茶花花瓣备用。

1.2.1.2 茶花皂皂样制备

酸性皂样：将酸性皂基磨碎过60目筛,于120 ℃加热融化,按比例加入茶花粉末及茶花瓣,混匀,压制即得茶花酸性皂,其pH为6.7。

碱性及弱碱性皂样：将碱性皂基80 ℃水浴融化,按比例加入茶花粉末及花瓣,混匀,压制并脱模即得碱性茶花皂,其pH为10.0。弱碱性皂样：方法同碱性皂样,皂样的pH为8.8。

1.2.2 试验设计 1.2.2.1 茶花皂配方正交试验设计

本实验就茶花皂配方：皂基pH、茶花粉末及茶花花瓣的添加量进行3因素3水平的正交试验,获得9组试验。其正交试验因素水平如表1所示。

正交试验设计仅考虑3因素的主效应,不考虑因素间相互作用,实验重复3次。对茶花皂皂样进行感官品质审评和护肤性测定分析。

1.2.2.2 茶花提取物对茶花皂护肤及起泡性影响试验设计

按照制作弱碱性皂样的方法制作分别添加0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%茶花提取物的茶花皂,设置空白对照。对茶花皂进行护肤性及起泡性测定。

1.2.3 茶花皂护肤性质测定 1.2.3.1 皮肤测定方法

实验测定采用手背皮肤,测试者的皮肤不能使用护手霜等会影响实验结果的产品,启动CBS-1800皮肤测试仪及相应的CBS皮肤分析系统,测定皮肤表皮层的油分、色素、弹性和胶原蛋白纤维和真皮层的水分等5项指标。用湿润干净的起泡网揉搓皂样至产生绵细的泡沫,取适量泡沫于测试者手背,揉搓1 min后用清水洗净,柔软的毛巾擦干,用皮肤测试仪分别测试处理前后皮肤的5项指标。并设置清水对照组。

1.2.3.2 护肤评价总分计算

根据皮肤测试的数据,计算每种护肤指标的变化,以油分变化为例,其计算公式为：油分变化%=处理后油分%-处理前油分%-清水组油分变化%。

对照表2中每项指标变化%的范围,可以得到每项指标的得分。如：油分变化为0.05%时,其对照得分为80分。护肤性评价总分即为油分、水分、色素、弹性、胶原蛋白纤维5项指标的各自得分按25%、25%、20%、15%、15%的权重计算所得。

1.2.4 茶花皂感官性质测定

采用调查问卷的方法,随机选取30名健康志愿者对9个皂样的颜色及气味按个人喜好打分,满分10分。作为正交试验结果的考察指标,供筛选最佳配方。

1.2.5 茶花皂理化性质测定

分别在制得的皂样中随机取3~5块,用刀切碎后混合均匀装入密封袋中并标号,用于理化指标的测定。平行处理3次,取平均值。

1.2.5.1 pH值测定^[11]

称取皂样0.30 g,置于干燥的小烧杯中,加入沸水30 mL,待皂样充分溶解后,冷却至室温。测定并记录皂液的pH值。

1.2.5.2 水分和挥发物测定^[12]

1)将培养皿置于(103±2) ℃烘箱中干燥1 h后,冷却后称量,记为m₀。2)称取皂样5.00 g置于称量后的培养皿中,皂样质量为m_样,烘干8 h后冷却称量。3)重复操作,每小时称量,直至2次称量间的质量差小于0.01 g为止,记录最后称量结果m₁。肥皂中水分和挥发物的含量X,以质量百分数表示,按公式计算：X/%=(m₁-m₀)/m_样×100。

1.2.5.3 抑菌性测定^[13]

抑菌性实验在无菌条件下操作,使用前紫外灭菌30 min后避光10 min。实验所需培养基、超纯水、棉球、滤纸、量筒、烧杯等仪器均需放入高压蒸汽灭菌锅,121 ℃灭菌30 min。

1) 采用肉汤培养基(牛肉膏蛋白胨培养基)培养细菌。

2) 皮肤表面菌的菌种分离及选取。

a) 在无菌条件下,棉球用超纯水沾湿后,在皮肤表面擦拭3遍后投入到液体培养基中,25 ℃下培养约16 h；b)将培养液分别稀释1×10⁵、1×10⁶、1×10⁷倍后取100 μL进行涂板,25 ℃恒温培养箱培养至有明显单菌落产生；c) 挑取2~3种形态不同的单菌落至新的液体培养基中,在25 ℃恒温摇床中进行扩增培养,用于之后的抑菌性实验。

3) 抑菌性实验。

a) 用打孔器在滤纸上打孔,获得直径为6 mm的小滤纸圆片,用报纸包好后灭菌；b)称取皂样0.30 g,用热的超纯水使皂样充分溶解,冷却至室温；c)取100 μL菌液进行涂板,用镊子取灭过菌的小圆片并浸入不同的皂液中,滤纸片浸湿后依次放置在带菌培养基平板上,以便不同皂样间抑菌圈的对比；d)25 ℃下培养3 d后观察滤纸片周围有无抑菌圈及抑菌圈的大小。

1.2.5.4 起泡性和泡沫稳定性测定^[14]

称取皂样0.20 g,置于干燥的小烧杯中,加入沸水30 mL,皂样充分溶解后,冷却至室温。将皂液小心倾倒至100-mL带塞量筒中(注意不要弄出泡沫),盖上塞子用力上下倾倒10次,记录此时的泡沫刻度h₁和液体刻度h₂,并倒计时10 min。10 min后再次记录此时的泡沫刻度h₃和液体刻度h₄。结果计算：

起泡性判断指标：H₁=h₃-h₄;

泡沫稳定性判断指标：H₂=h₃-h₄-h₁+h₂.

2 结果与分析 2.1 茶花皂的配方研究

皂基pH值、茶花粉及茶花瓣是影响茶花皂性能的主要因素。根据8名测试者测量数据计算得到每种皂各项护肤指标得分及按每项指标权重计算得到总分、排序和其颜色、气味感官评价得分见表3。

由试验结果(表4)可知,各因素对茶花皂护肤性影响大小的主次顺序为A>B>C,即皂基pH>茶花粉>茶花花瓣；各因素对茶花皂颜色影响大小的主次顺序为B>A>C,即茶花粉>皂基pH>茶花花瓣；各因素对茶花皂气味的影响大小依次是A>B>C,即皂基pH>茶花粉>茶花花瓣。结果显示,皂基的pH对产品的护肤性质和气味的影响最大,茶花粉次之；影响茶花皂颜色的关键因素是茶花粉和皂基。

由各水平的均值响应情况(表4)可知,根据护肤性质得出茶花皂的最优配方为A₂B₃C₁,即选用弱碱性皂基,茶花粉添加量为2%,不添加茶花瓣；根据颜色得到的最佳配方是A₂B₁C₂,即选用弱碱性皂基,不添加茶花粉,添加茶花瓣1%；根据气味得到最佳配方为A₂B₂C₁,即选用弱碱性皂基,添加1%的茶花粉,不添加茶花瓣。考虑到气味和颜色中花瓣处理间极差很小,所以花瓣添加量决定因子由护肤性质决定。

由于1~3号皂样为酸性皂基,添加了柠檬酸等成分,使得成品具有明显的柠檬清香,所以更受测试者的喜欢。而香皂的颜色气味可以进行人为的调节。皂基对产品的护肤性质和颜色的影响较大,弱碱性皂基最优,综合颜色和气味的比较,得到最佳配方为A₂B₃C₁,即弱碱性皂基,茶花粉添加量为2%,不添加茶花瓣。采用最优配方制备的茶花皂,制得的产品质地均匀,颜色白中带淡黄,无明显颗粒感,有明显的茶花香气,且具有良好的保水控油、增加胶原蛋白纤维和皮肤弹性等护肤性质。

2.2 茶花皂理化性质测定

本文根据护肤及感官性能筛选出的最佳配方的茶花皂,进行pH值、水分和挥发物、抑菌性及起泡性等理化指标进行检测,方法见1.2.5。根据检测,茶花皂的pH值为8.79±0.04,为弱碱性,符合QB/T2485-2008《香皂》中对pH值的规定。其水分和挥发物含量为(19.89±0.04)%,根据中华人民共和国轻工业行业标准复合型香皂的水分及挥发物含量应低于30%,茶花皂样符合相关标准。香皂除了去污能力外对于病菌的清除率也是较为重要的衡量指标。抑菌性分析结果显示,其对皮肤表面2种菌的抑菌圈直径均达到(6.90±0.03) cm,具有有效的抑菌效果。对于茶花皂的起泡性检测发现,30 mL的沸水添加0.20 g的皂样即可使泡沫体积达到(36.3±0.42) cm³,即其具有较强发泡能力。

2.3 茶花提取物对茶花皂护肤及起泡性影响测定结果

考虑到采用打碎的花粉和花瓣中茶花活性物质不易在使用中迅速溶出,因此将茶花进行提取、浓缩和干燥,进一步将茶花提取物添加到弱碱性皂中,并对其护肤性质的5项指标和起泡性进行测定。本文在使用弱碱性皂制作方法的基础上,分别添加0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%的茶树花提取物,并设置空白对照。护肤指标变化结果见图1。

由图1可知,测试者的皮肤在使用添加了茶花提取物的弱碱性皂前后的油分、水分、色素、弹性和胶原蛋白纤维发生明显变化。当茶花提取物添加量达到0.3%时,其护肤各项指标及指标综合得分得到明显改善,有效地达到控油、保湿、美白和增加皮肤弹性和胶原蛋白纤维的功效。

将5项指标变化百分率依表2对照,得到各指标的得分,并按照权重计算得到护肤总分,结果见表5。比较茶花提取物的添加量对其起泡性及护肤性质的影响,结果见表5。

由表5可知,添加茶花提取物,可显著改善茶花皂的起泡性和护肤性。就起泡性而言,茶花提取物添加与不添加之间具有显著差异,添加的质量分数对起泡性差异的影响较小。就护肤性质而言,当茶花提取物添加达到0.3%以上时,护肤得分之间无显著差异。如表5所示,当茶花提取物添加量达到0.3%时,起泡性为(40.2±1.3) cm³,护肤得分为91分,明显优于正交实验中的最佳组合：即添加2%茶花粉的弱碱性皂样的起泡性为(34.0±0.6) cm³,护肤性总分为89分。

3 讨论

茶花中总糖、皂素和多酚含量分别为35%、11%和4%左右,由于茶花中的“天然保湿因子”——多糖,避免了在香皂清洗后,皮肤脂质缺乏所导致的水分流失(TEWL)^[15],增加皮肤真皮、表皮水分渗透^[16]。水分和胶原蛋白纤维含量很大程度上影响皮肤的弹性。茶花中的皂素是天然的非离子型表面活性剂,其HLB值为16,具有良好的乳化、发泡、去污等能力,表现出良好的去污、去油的效果^[17]。通过添加2%的茶花粉后,手背皮肤测试发现使用后油分、色素含量相对于对照组分别减少了49%和20%,而皮肤真皮层水分增加51%,皮肤表皮层的弹性和胶原蛋白纤维分别增加36%和9%。

经过提取的茶花提取物中总糖含量为53%、皂素含量为16%、多酚含量为5%。各项活性成分分布更加均匀且多糖、皂素和多酚含量增加,直接影响护肤及起泡性,在茶花皂的起泡性和护肤性能发挥上更加稳定。本文通过添加0.3%的茶花提取物,茶花皂的起泡性和护肤性得到明显改善,即可明显增强茶花皂的保湿控油、美白、改善皮肤弹性的护肤功效及发泡去污能力。

4 结论

香皂是人们日常生活中最为常用的洗涤用品之一,以脂肪酸钠和表面活性剂为主要原料。在追求美容效果的今日,除了清洁作用,其美容护肤性也成为重要参考指标。添加从植物中提取的有效成分,研制具有护肤和清洁双重性能的植物皂^[18]越来越受消费者喜爱,是未来香皂等洗涤用品的发展趋势。

本文以茶花粉作为添加物研制出一款具有天然保湿控油、美白功效的茶花皂,通过分析获得茶花皂的最佳配方为弱碱性皂基,茶花粉添加量为2%。采用此最优配方,所制得的茶花香皂产品质地均匀,颜色白中带淡黄,易涂展,使用后肤感保湿控油、弹性增强,有明显茶花香气。其各项理化指标符合行业标准。添加0.3%的茶花提取物可明显改善茶花皂的起泡性和护肤效果。本研究为植物护肤香皂制备工艺提供了实验参考,同时为茶花资源的综合开发和利用开辟新的途径。