Получение и использование экстракта красящих веществ винограда в косметических продуктах
Автор: Бондакова М.В., Бутова С.Н., Солдатова С.Ю.
Журнал: Вестник Нижневартовского государственного университета @vestnik-nvsu
Рубрика: Химия и химические технологии
Статья в выпуске: 1, 2015 года.
Бесплатный доступ
В статье опубликованы результаты исследований, посвященных экстракции биологически активных веществ из ягод винограда Vitis Vinifera сорта Изабелла, в первую очередь, флавоноидов. Изучен биохимический состав цельных ягод винограда, а также их отдельных частей (кожица, мякоть, косточка). Показано, что наибольшее количество фвлавоноидов содержится в виноградной косточке, красящих веществ - в кожице. Для того чтобы быть конкурентоспособной, современная косметическая продукция должна оказывать быстрый видимый эффект, иметь привлекательный внешний вид, а также содержать в своем составе биологически активные вещества, желательно природного происхождения, стимулирующие обменные процессы и репаративные функции кожи. Увеличение интереса производителей и потребителей косметических изделий к натуральным ингредиентам связано как с жесткой регламентацией использования синтетических соединений, так и со стремлением производителей придать продуктам статус натуральных. Исследования спроса на «зеленую косметику» в Европе за последнее десятилетие показали, что ее потребление постоянно растет...
Флавоноиды, экстракция, экстракт винограда, биологически активные вещества, натуральные красители, косметические изделия
Короткий адрес: https://sciup.org/14116867
IDR: 14116867
Текст научной статьи Получение и использование экстракта красящих веществ винограда в косметических продуктах
Для того чтобы быть конкурентоспособной, современная косметическая продукция должна оказывать быстрый видимый эффект, иметь привлекательный внешний вид, а также содержать в своем составе биологически активные вещества, желательно природного происхождения, стимулирующие обменные процессы и репаративные функции кожи. Увеличение интереса производителей и потребителей косметических изделий к натуральным ингредиентам связано как с жесткой регламентацией использования синтетических соединений, так и со стремлением производителей придать продуктам статус натуральных. Исследования спроса на «зеленую косметику» в Европе за последнее десятилетие показали, что ее потребление постоянно растет.
Одной из самых востребованных категорий является косметика, содержащая в своем составе антиоксиданты, которые способствуют защите клеток кожи от окислительного стресса, негативного воздействия УФ-излучения, а следовательно, от преждевременного старения. К природным антиоксидантам относятся натуральные красители — биофлавоноиды. Это группа фенольных соединений, одна из наиболее распространенных и многочисленных классов БАВ, содержащая ароматические кольца со свободной или связанной гидроксильной группой. Фенольные соединения, в ароматическом кольце которых имеется больше одной гидроксильной группы, называются полифенолами.
Интерес к фенольным соединениям растительного происхождения связан с широким спектром их физиологической активности и низкой токсичностью. Полифенольные (Р-витамин-ные) вещества, являясь естественными синергистами аскорбиновой кислоты, повышают прочность капилляров и уменьшают их проницаемость. Многие P-витамины регулируют содержание сахара в крови, учащают и усиливают сокращение сердечной мышцы, улучшают работу мозга, легких, печени и ночек, щитовидной же лезы. Такой широкий спектр действия полифенолов обусловлен разнообразием структуры и наличием большого количества групп этих соединений. Основными поставщиками полифе-нольных веществ в рационе питания человека являются плоды и ягоды [1].
Наиболее многочисленным классом природных фенольных соединений являются флавоноиды, для которых характерны структурное многообразие, высокая и разносторонняя активность и малая токсичность. Диапазон косметических свойств флавоноидов очень широк: они способны защищать кожу от преждевременного старения, солнечных ожогов, угревой сыпи, вызванной микроорганизмами, снимать воспалительные процессы и уменьшать хрупкость кровеносных капилляров. Защита флавоноидами коллагена способствует поддержанию тонуса кожи. Важнейшим свойством флавоноидов является синергизм с витаминами, проявляющими антиоксидантную активность [5].
На рисунке 1 представлены структуры основных типов флавоноидов.
Кроме широкого спектра биологической активности флавоноиды обладают красящими свойствами. По химической природе красящие вещества растительного происхождения чаще всего относятся к антоцианам, флавонам, флавонолам. Антоцианы окрашивают листья, плоды и ягоды растений в самые разнообразные цвета — розовый, красный, синий, фиолетовый. Эти соединения в большом количестве присутствуют в черной смородине, винограде, вишне, землянике и т.д. В одном и том же растении часто присутствует целая серия антоцианов. Желтый цвет растениям придает другая группа фловоноидов — флавоны и флавонолы. Значительные их количества обнаружены в кукурузе, петрушке, пшенице, рисе [1].
Таким образом, флавоноиды, введенные в состав косметического изделия, улучшают его функциональные и потребительские свойства.

1. Катехины

2. Антоцианидины

ОН


5. Дигидрохалконы

7. Флаванонолы-3 (дигидрофлавонолы-3)

Рис. 1. Основные типы флавоноидов
3. Лейкоантоцианидины (флавандиолы-3,4)

О
9. Флавононы (дигидрофлавоны)
Одним из наиболее перспективных источников природных красителей является виноград, содержащий несколько классов полифенолов: антоцианы, фенолокислоты, флавонолы, лейко-цианидины, катехины и их олигомеры проанто-цианидины, называемые танинами.
Целью данной работы была отработка технологии получения экстрактов винограда, обладающих биологически активными и красящими свойствами, с целью их дальнейшего использования в косметических кремах.
В качестве сырья для получения экстракта и дальнейшего его исследования был выбран виноград Vitis Vinifera сорта Изабелла. Согласно литературным источникам [5] по содержанию флавоноидов ягоды этого сорта значительно превосходят другие сорта винограда.
Предварительно был изучен биохимический состав цельной ягоды винограда и ее отдельных частей. Результаты этого исследования представлены в таблице 1.
Таблица 1
Биохимический состав ягоды винограда
Показатели |
Мякоть |
Кожица |
Косточки |
Цельные ягоды |
Сухие вещества, % |
12,0±0,18 |
17,0±0,94 |
64,2±0,98 |
24,44±0,17 |
Белок, мг/см3 |
2,50±0,05 |
6,44±0,03 |
26,8±0,04 |
11,73±0,03 |
Общий азот, мг/см3 |
0,40±0,03 |
1,03±0,04 |
4,28±0,08 |
1,88±0,03 |
Титруемая кислотность, % |
9,90±0,12 |
14,35±0,16 |
5,2±0,01 |
9,50±0,12 |
Гемицеллюлоза, % |
85,0±1,52 |
6,00±0,09 |
11,3±0,10 |
19,23±0,15 |
Витамин С, мг/100г |
15,0±0,15 |
5,00±0,15 |
2,39±0,18 |
1,76±0,14 |
Лигнин, % |
Не обнаружен |
0,10±0,03 |
23,21±0,15 |
11,73±0,12 |
Редуцирующие сахара, % |
21,8±0,12 |
11,0±0,09 |
Следы |
15,35±0,09 |
Пектин, % |
0,22±0,04 |
0,30±0,15 |
0,51±0,09 |
0,27±0,03 |
Флавоноиды, % |
0,69±0,07 |
1,50±0,07 |
2,93±0,09 |
1,24±0,11 |
Антоцианы, % |
Следы |
1,10±0,08 |
0,83±0,05 |
0,76±0,04 |
Фенольные вещества в пересчете на галловую кислоту, мг/см3 |
0,52±0,51 |
1,85±0,09 |
3,17±0,11 |
1,71±0,08 |
Данные таблицы наглядно показывают, что содержание биологически активных веществ, в частности флавоноидов, в отдельных частях ягоды винограда значительно колеблется. Наименьшее их количество обнаружено в мякоти. Эти данные хорошо согласуются с результатами исследований других авторов. Так, в [4] выявлено, что общие фенольные вещества виноградной ягоды, подлежащие экстракции, распределяются в следующем соотношении: 10% — в мякоти, 60—70% — в семенах, 28—35% — в кожице. Содержание фенольных веществ в семенах варьирует от 5 до 8% по массе. Наиболее распространенные фенольные вещества виноградной ягоды — катехины (катехин, эпикатехин и процианидины), а также их полимеры, поэтому в эксперименте решено было отдельно экстрагировать кожицу, косточки и цельные ягоды.
На результаты экстракции растительного сырья влияют многие условия, основными из которых являются предварительная обработка сырья, гидромодуль, pH среды, температура и длительность экстракции, природа экстрагента [3; 6]. Для определения оптимальных условий экстракции была проведена серия опытов, в которых варьировались эти параметры. Полноту выделения оценивали по содержанию в экстракте сухих веществ, содержанию фенольных веществ (в пересчете на галловую кислоту), по содержанию красящих веществ.
В итоге для каждого вида сырья были установлены оптимальные технологические режимы экстракции, позволяющие извлечь максимальное количество фенольных соединений (табл. 2).
Таблица 2
Оптимальные режимы экстракции флавоноидов из виноградного сырья
Показатели |
Кожица |
Косточки |
Цельная ягода |
Экстрагент |
95% этанол |
Дистиллированная вода |
30% этанол |
рн |
5,0—6,0 |
3,0 |
7,0 |
Температура экстракции,°C |
60 |
60 |
60 |
Время экстракции, мин |
30 |
120 |
180 |
Гидромодуль |
1:2 |
1:2 |
1:2 |
Переработка |
Замораживание (-18°С) |
Высушивание (+60°С) |
Высушивание (+60°С) |
Полученные экстракты были исследованы по органолептическим и биохимическим показателям. Кроме того, известно, что натуральные экстракты и красители имеют ряд существенных недостатков: разрушение на свету, невысокая устойчивость к воздействию окислителей, не достаточная термостойкость, невысокая красящая способность по сравнению с синтетическими красителями [2]. Поэтому было проведено исследование устойчивости экстрактов к воздействию температуры, света и изменению pH среды. Данные анализа сведены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
Биохимические и технологические показатели экстрактов винограда
Наименование показателя |
Экстрагируемое сырье |
||
кожица |
КОСТОЧКИ |
цельные ягоды |
|
Сухие вещества, % |
35,0±0,15 |
6,503=0,08 |
52,0з=0,16 |
Титруемая кислотность, % винной кислоты |
7,503=0,07 |
5,703=0,05 |
10,203=0,07 |
Содержание фенольных веществ в пересчете на галловую кислоту, мг/мл |
2,30±0,03 |
2,753=0,04 |
1,03=30,03 |
Содержание красящих веществ, г/дм3 |
0,43=30,04 |
— |
0,26з=0,03 |
Содержание витамина С, мг/г |
5,00±0,11 |
0,973=0,04 |
6,53=0,12 |
Редуцирующие сахара, мг/мл |
3,00з=0,09 |
следы |
1,793=0,07 |
Устойчивость к воздействию света, % |
76,43=1,5 |
97,03=2,0 |
94,0=31,8 |
Устойчивость к воздействию температур, % |
95,03=1,9 |
98,1=32,0 |
97,33=2,0 |
Антиоксидантная активность, мкмоль тролокса-экв/дм3 |
2419,583=70,5 |
2520,633=68,3 |
1274,12=326,4 |
Таблица 4
Органолептические показатели экстрактов натуральных красителей винограда
Показатель |
Экстрагируемое сырье |
||
Кожица |
Косточки |
Цельные ягоды |
|
Агрегатное состояние |
Жидкость |
Слегка мутная жидкость |
Вязкая жидкость с незначительным осадком |
Цвет |
Фиолетовый |
Бежевый |
Темный, бордовый |
Вкус |
Кислый |
Кисловатый |
Сладкий, слегка терпкий |
Запах |
Виноградно-спиртовой |
Без запаха |
Легкий виноградный |
Самым активным с точки зрения содержания биологически активных веществ и технологических характеристик (устойчивость к свету, температуре, антиоксидантная активность) является экстракт виноградной косточки. Однако нас интересует также содержание красящих веществ в экстракте. Наиболее насыщенным по цвету является экстракт кожицы винограда, который мы и использовали для получения косметических кремов с оттенками цвета от нежно-лилового, почти розового до бледно-фиолетового.
Прежде чем рекомендовать полученные экстракты к использованию в косметических продуктах, необходимо изучить устойчивость цвета натурального красителя и определить оптимальные условия хранения. В эксперименте изучали влияние времени хранения, температуры, pH среды, освещенности на устойчивость гаммы цвета. С этой целью экстракт выдерживали в течение 8 недель в диапазоне температур от 4°С до 60°С; в диапазоне pH от 3 до 9, в ус ловиях освещенности электрическим светом в течение 72 часов.
Исследования показали, что экстракты красителя сохраняют свои потребительские свойств в течение 4-х недель при хранении их при температуре не выше 5°С в защищенном от света месте. Оптимальный pH среды — от слабокислого до нейтрального. В условиях освещенности и комнатной температуры стабильность цвета сохраняется в течение 3-х суток.
Для определения оптимального количества экстракта винограда были разработаны рецептуры и изготовлены опытные образцы увлажняющего крема (табл. 5). В качестве стандарта был выбран крем того же состава, но без экстракта, обладающий хорошими сенсорными характеристиками.
Анализ полученных кремов проводили в соответствии с ГОСТ Р 52343 «Кремы косметические. Общие технические условия». Органолептические и физико-химические показатели опытных образцов представлены в таблице 6.
Таблица 5
Рецептура образцов крема с добавлением экстракта кожицы винограда
№ |
Компонент, % |
Стандарт |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
Глицерин |
6,0 |
6,0 |
6,0 |
6,0 |
6,0 |
6,0 |
2 |
Воск эмульсионный |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
3 |
Моностеарат |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
4 |
Масло растительное |
7,0 |
7,0 |
7,0 |
7,0 |
7,0 |
7,0 |
5 |
Стеарин косм. |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
6 |
Триэтаноламин |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
7 |
Экстракт |
0 |
0,01 |
0,05 |
0,1 |
0,3 |
0,5 |
8 |
Вода |
77,5 |
77,49 |
77,45 |
77,40 |
77,20 |
77,0 |
Таблица 6
Органолептические и физико-химические показатели крема
Наименование показателя |
Стандарт |
1 |
2 |
з |
4 |
5 |
Внешний вид |
с |
)днородная масса, не содержащая посторонних примесей |
||||
Цвет |
нет цвета |
нет цвета |
светлосиреневый |
сиреневый |
светлофиолетовый |
фиолетовый |
Запах |
Свойственный запаху данного крема |
|||||
Термостабильность |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
Коллоидная стабильность |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
стабилен |
Водородный показатель pH |
5,9 |
5,9 |
5,9 |
5,9 |
5,8 |
5,8 |
Из таблицы 6 видно, что по сравнению со стандартным образцом добавление экстракта в рецептуру дает незначительное снижение pH опытных кремов. Все образцы от 1 до 5 по органолептическим и физико-химическим показателям соответствуют вышеуказанному ГОСТу. Поскольку все кремы соответствуют требуемым условиям, однозначно выбрать оптимальный образец по физико-химическим характеристикам не представляется возможным. В этом случае выбор может проводиться по органолептике (цвет), а также по активности действия крема на кожу. Допуская, что большее содержание экстракта в рецептуре определяет максимальную дерматологическую активность крема, можно предложить в качестве объектов дальнейшего исследования кремы 3, 4, 5.
Таким образом, в ходе проведенной работы были исследованы биохимические показатели отдельных частей и цельных ягод винограда Vitis Vinifera сорта Изабелла, подобраны оптимальные параметры экстракции БАВ из кожицы, косточек и цельных ягод винограда. По разработанным методикам экстракции были получены биологически активные экстракты, изучены их органолептические и биохимические характеристики, а также устойчивость к воздействию температуры, света и изменению pH, определены оптимальные условия хранения.
Экспериментально подтверждена возможность использования полученных экстрактов при разработке рецептур косметических кремов. Опытные образцы с добавлением экстрактов в различных концентрациях (от 0,01 до 0,5%) полностью соответствуют требованиям ГОСТ Р 52343-2005.
Список литературы Получение и использование экстракта красящих веществ винограда в косметических продуктах
- Аверьянова Е.В., Школьникова М.Н., Егорова Е.Ю. Физиологически активные вещества растительного сырья. Бийск, 2010.
- Болотов В.М. Расширение гаммы эксплуатационных свойств природных красителей из растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. № 6.
- Болотов В.М., Саввин П.Н. Эффективность процесса экстракции антоциановых пигментов при различных условиях обработки растительного сырья // Вестн. ВГТА. 2009. № 1.
- Кондратьев Д.В., Щеглов Н.Г. Способы получения экстракта виноградных выжимок и возможности его использования в пищевой промышленности // Известия вузов. Пищевая технология. 2009. № 1.
- Птицын А.В., Мухтаров Э.И., Мухтарова С., Каплун А.П. Флавоноиды красного винограда Vitis Vinifera - перспективы применения в медицине и косметике // Косметика и медицина. 2005. № 3.
- Рыжова Н.В, Иванова Л.А., Мураенко Е.Н. Совершенствование способов экстракции красящих веществ из растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2006. № 5.