CN1119660A - 着色剂 - Google Patents

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A·亚龙
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Abstract

一种不溶解的特别着色剂，它包括含作为色素基质的干粉状红色微藻衍生的物料。

Description

着色剂
本发明涉及天然着色剂的制备及其应用。更具体地说，本发明涉及作为着色剂的红色微藻的使用。
现有技术中已知，从藻中生产颜料，从藻体(细胞)中提取这类颜料，以生产可溶性的着色剂。这类应用的一个例子是从藻如杜氏藻属(Dunaliella)生产类胡萝卜素，后者用于各种用途例如作为着色剂。
尽管黄-绿色颜料(它例如可从杜氏藻属中获得)的特征是在有机溶剂中有良好的溶解度，但是从红色微藻(藻胆蛋白)提取的颜料溶于水。此外，生产藻胆蛋白的造价相对高，藻胆蛋白对热和光敏感，只在相对短的时间内是稳定的。
本发明的目的，在于提供在长时间内具有高稳定性的着色剂。按照本发明，着色剂从红色微藻中获得。
本发明的另一目的是提供具有宽颜色范围和宽应用范围的着色剂。随着描述的进行，本发明的其它目的会显而易见。
红色微藻包括八个属，最为人们知道的是紫球藻属(Porphy-ridium)，玫瑰红属(Rhodella)和玫瑰色孢子(Rhodosorus)。在形态上，它们是所有红色微藻中最简单的，并且，它们是无性繁殖。由于含有叶绿素，类胡萝卜素和藻胆蛋白，在大多数物种中藻细胞是棕色的。由于藻红素和藻青素之间的比例不同，从而使藻细胞有不同的颜色。红色微藻的许多种生长在淡水中，而其它的生长在海水中。
红色微藻的细胞，以凝胶的形式被密封在硫酸酯化的多糖中。在对数相增长过程中胶囊最薄，而在静止相增长过程中胶囊最厚。人们还发现，在静止相增长的过程中，多糖的产生速度比多糖从细胞表面溶到外部介质的速度高。这个过程加速了胶囊的产生，结果是细胞在稳定相的增长达到其最大尺寸。看来胶囊的厚度受三个因素的影响：多糖的产生速度，多糖的溶解程度，和细胞的表面积。在紫球藻属于液体介质的生长过程中，由于从细胞表面释放出多糖，介质的粘度增大。
按照本发明的着色剂包含作为基本色素的红色微藻干粉。当然，可以往这基本色素中加入另外的颜色或添加剂。有时，通过萃取，可从生物量中先去掉叶绿素和类胡萝卜素。优选的是，通过辗碎藻而获得的粉末的粒径为50μ或更小。而正如所指出的，存在大量的红色微藻，优选的属是紫球藻属[例如：紫球藻属物种(Porphyridium sp.)和铜绿色紫球藻属(porphyridiumaerugineum)]，和红玫瑰属(Rhodella reticulata)。
应该强调的是，按照本发明的着色剂是不溶解的、可分散的和粉末形式的。与之相比较，现有技术中从红色微藻和其他藻类中获得的颜料是可溶的产品。按照本发明，为了去掉不希望有的物质(如杂质或叶绿素和可能对产品的最终颜色有不利影响的盐类)而进行萃取操作，但绝不能像现有技术那样萃取所要的着色剂藻胆蛋白。此外，由于本发明的着色剂的许多希望有的性能源于这一事实：颜料是在用多糖封闭的细胞中获得的，显然，可溶解的颜料是本发明没有涉及到的完全不同的产品。如所指出的，可溶解颜料具有缺点，如低光泽和搁置稳定性差。
按照本发明制得的着色剂是不可溶解的粉末，具有良好的可加工性，手感光洁而润滑，可以用作化妆品，如脸部化妆或口红或眼影。粉末可被压缩，或如现有技术中的习惯那样应用，或可以加入载体，如滑石，高岭土，硬脂酸锌或硬化的油脂和石蜡，或加入其它合适的载体。当然，也可往粉末中加入其他的添加剂，如芳香物料。
此外，按照本发明的着色剂，不仅不会引起过敏反应，而且适于食用，并因此用作食品的着色剂。因此，使用红色微藻粉作为着色剂制备化妆品和食品，也成为本发明的一部分。
本发明的其它优越性(这将在后面进行更完全的解释)是，通过改变生长和加工的条件和通过使用添加剂，获得各种颜色和色调是可能的。也提供了控制最终颜色的其他方式，例如提取程序，藻的年龄和生长条件可以影响所获得的颜色，细胞中的藻胆蛋白的数量影响色调，有时在制备中掺入的基质原料(如干饼或蜡基乳脂)可以显著地影响所获得的最终颜色。后者的影响是由于这一事实：着色剂是以细颗粒的形式提供的。正如技术熟练人员将会意识到的，在不同介质(如在油性物料存在下，或在压缩的饼中)中光衍射不同，影响用眼最终观察到的颜色。基于如上所述的因素，按照本发明，通过从红色微藻中制备染色物质，可获得意想不到的大量颜色和色调。
正如所指出的，本发明的优点在于，如下所述，是用简单的辗压法从藻体中直接制备物料(加工除外)。因此，生产着色剂的工艺非常简单，物料损失量相对低。
另外，如上所述，颜色的稳定性非常重要。通过用完整的藻细胞，因而封闭细胞的硫酸酯化多糖维持了颜料的密封性，因此本发明的着色剂的稳定性获得了。这些多糖防止了颜料的变质，和大大地导致这些颜料稳定性的改进。换句话说，从红色微藻细胞中提取的颜料的贮藏寿命，明显地比非常相近的保存在细胞中的颜料的贮藏寿命要短。如所指出的，在化妆品的制备中，使用按照本发明的着色剂所获得的光洁、润滑的手感是非常重要的特点。包封着色剂的多糖巨大地导致这种效果。正如技术熟练人员将会意识到的，没从其中提取颜料而可能使用红色微藻细胞，不需要转化或特殊和复杂的工序而所获得的物料是可用的，这是使人惊异的。
本发明还包括制备着色剂的方法，此方法包括培养红色微藻以产生生物量，然后，用任何方便的顺序进行如下步骤：
a)从藻中提取不希望的可提取物，以便从中把它们去掉；
b)从藻体中去掉水；
c)辗碎红色微藻至优选粒径为50μ或更低。
如果需要，在辗碎前或辗碎后可将藻体再干燥。然而，按照本发明的优选实验方案，用也除去水的溶剂去萃取不希望的物料，因此，在萃取操作过程中水也被自动地去掉了。
按照本发明的另一个优选方案，可以用冷冻干燥进行去掉水的操作，此外，在辗碎前，可用挥发性溶剂去萃取已干燥的藻，以除去颜料(叶绿素和类胡萝卜素)和存在于藻中的杂质。适用的溶剂应对细胞没有伤害，应不留下对健康有害的杂质，优选的溶剂是丙酮。
通过用有机溶剂萃取湿藻，然后蒸发掉溶剂，技术人员将会理解，水也和杂质将一起被去掉，使干燥(如去掉水)和萃取杂质在一步完成成为可能。优选的有机溶剂选自丙酮，乙醇和异丙醇。
正如技术人员可以明白的，在不同的生长条件下，不同的藻可生成不同的颜色和颜色强度。在红色微藻颜料中通常所说的藻胆蛋白极大地影响最后的颜色的差异。藻胆蛋白是红色和蓝色的的颜料。它们吸收450-650nm范围的可见光。大量存在于某些红色微藻的颜料藻红素存在于藻胆蛋白的边缘。藻青素存在于藻红素和异藻青素(或者，如果没有藻红素，则在其边缘)之间的藻胆蛋白中。在藻胆蛋白的最大波长处的特殊吸收光谱和特殊荧光发射是已知的。[R.MacColl and D.Guard，Friars Eds.，“Phycobiliproteins，”CRC Press，Florida(1987)]。
生长条件，例如光条件，培养年龄和介质组成既影响藻胆蛋白的含量又影响其组成。在弱的光强下生长的红色藻类，在每一生物量中具有高的藻胆蛋白浓度。相似地，在红色微藻中，藻胆蛋白的含量随着氮气和硫酸酯从介质中的去掉而降低。
因此，本发明也包括制备具有所希望的颜色的着色剂的方法，它包括：
a)选择红色微藻；
b)在适于藻胆蛋白含量的增加和减少的条件下，在其中培养所述的微藻；和
c)收获此藻类，干燥和辗碎此藻类，以获得具有所希望颜色的粉末。
进一步发现了(这是本发明的另一目的)，此制法的三个重要特性，即粉末颜色的强度，产生的颜色的变异，和颜料的稳定性，可以通过在藻的加工阶段施加酸性环境以改变上述的制法，从而显著地改进这三个重要特性。此制法允许从藻类(它们的生理环境是不好的)获得着色剂，而且所获得的产品比不用此工序所获得的产品的颜色更深。按照这个酸性制法，藻类有培养和收获两个生长阶段。离心后，往湿的沉淀中加入酸化的水(0.1N HCl或H3PO4)，然后再将藻类分散和离心，再洗掉酸化的水。然后如上文所述用有机溶剂萃取此沉淀，干燥，辗碎，以获得所希望的粉末。下面的实施例中将说明与颜色强度，颜色变化和颜料稳定性有关的参数的改进。
下面的物料和方法用于制备不同的着色组合物：
在实施例中使用下面的藻：紫球藻属物种(Porphyridium sp)，(UTEX 637.“Jones R.F.et al.，Physiol.plant.16，636-643[1963]”)，生长在人工海水中；铜绿色紫球藻属(Porphyridium aerugineum)(110.79-U.S.Patent No.4,079,544)，生长在淡水中；网状的玫瑰红属(Rhodellareticulata)，(UTEX LB2320-“Schlosser，U.G.，Ber DeutscheBot.Ges.95，272[1982]”)，生长在微咸水中。就一切而论，藻生长在野外的壁厚0.2cm，直径32cm，平均体积25-30升的聚乙烯套管中。用含有2-3％CO2的空气使生物量混合(Cohen E.and Arad(Malis)S.，1989，Biomass18，59-67)。
粉末颜色的测定：
对按照本发明制备的粉末的颜色，使用按照CIELa*b*的方法和Spectrosystem Applied Color Systems Inc.的仪器，用测定三色值的光谱色度计来测定。此方法测定反射光谱，其数值依赖于制备用于分析的样品的方法，保持样品的方式，粒径和配方。将样品放入透明塑料袋中以检测颜色。典型的数据示于下面的表I中。
               表I
用反射分光光度法表征不可溶解颜料粉末的颜色a颜色             L           a*          b*暗粉红色        48.9        14.4        -1.5淡粉红色        55.6        19.1        -0.5深油蓝色        52.0        -4.9        -8.2青绿色          53.8       -10.3         1.2aL-亮度，(+a)红，(-a)绿，(+b)黄，(-b)蓝
实施例1
制备饼状化妆品
用没加有添加剂的藻粉末制化妆品。辗碎和筛分后的粉末用作限影。通过把粉末放入铝模中并在0.5至5个大气压之间不同压力下液压压紧，将没加有添加剂的粉末也制成饼状。所用压力由希望获得的粉饼的硬度来决定。
实施例2
制备带有载体的化妆品
制造“可涂抹的”配制物：
使用如下成份的脂，油和石腊的混合物：
53％的西蒙得木油，17％固化的西蒙得木油，17％的蜂蜡和13％的单硬脂酸甘油酯。把混合物加热至70℃以熔融固化的油和蜡，然后边搅拌边冷却至室温。往着色粉末中混入氧化钛，滑石粉和硬脂酸锌，然后在进行彻底混合下加入蜡。
实施例3
加工方法对颜色的影响
为了检测加工方法对所获得颜色强度的影响，使用了不同的物料。必须注意，在冷冻干燥器中干燥的藻类还含有另外的外来物质，如叶绿素和类胡萝卜素，而在用丙酮萃取的过程中，这些颜料被从产品中去掉。用三种不同的藻进行了试验，结果如下表II所示：
                       表II藻      加工方法        颜色            L       a*      b*P.sp    冻干        带蓝色的粉红色    52.6     12.2    -2.9P.sp    丙酮萃取    粉红色            55.6     19.1    -0.5P.aer   冻干        绿-青绿色         53.8    -10.3     1.2P.aer   丙酮萃取    淡蓝色            57.2     -5.2    -2.2R.r.    冻干        黑色               nd       nd      ndR.r.    丙酮萃取    淡紫色           52.64      5.9    -3.5P＝紫球藻属；R＝玫瑰红属；nd＝没测定
                     实施例4
                     pH的影响
藻类有培养和收获两个生长阶段。离心后，往湿的沉淀中加入酸化的水(0.1N HCl或H3PO4)，然后再分散和离心此藻类，并洗掉酸化的水。用丙酮萃取沉淀，干燥和辗碎(如上所述)。用上文所述的方法测定这些颜料粉末的颜色，这在表IIIA和IIIB中有详细说明。宽范围的L参数(45＜L＜67)表明，看到了改进的颜色变化。此参数值低，则颜色强。当比较表-II和IIIA时，可以证明，由于酸处理，获得L参数值低于50为特征的颜色是可能的。表IIIB表示L参数值高于60的着色剂，此着色剂得自从旧的藻培养法所获得的粉末，没有酸处理由此粉末就不能获得颜色。
                      表III
                      表IIIA藻      加工方法        颜色           L       a*      b*P.sp    酸和丙酮    紫红色           49.1     15.9   -18.7R.r.    酸和丙酮    深带蓝色的紫色   45.6     7.0    -30.8
                    表IIIB藻      加工方法         颜色         L      a*      b*P.sp    酸和丙酮    淡带紫色的红色  64.5    11.2   -15.9P.aer   酸和丙酮    淡蓝青绿色      66.0    -16.9  -11.5R.r.    酸和丙酮    淡带蓝色的紫色  67.0    1.0    -17.1
实施例5
在野外的5个聚乙烯套管中生长紫球藻属物种(UTEX637)的红色微藻细胞，每个套管中有25升海水介质。培养5天后，用CEPA半连续式离心机来收获，并回收生物量。用Turax(Janke & Kunkel，Germany)均质器，将湿的生物量搅匀在10体积的丙酮中。轻轻地搅拌细胞悬浮液，通宵进行，然后，真空过滤，回收湿的粉末。加入5体积的丙酮通宵搅拌和再过滤。重复这种操作三次以上。用具有循环空气的真空炉或在室外阴暗处的盘上，干燥此湿的粉末。用实验室的粉碎机(Janke & Kunkel，Germany)辗碎已干燥的粉末，再用实验室振动筛，通过300目筛网(Fritsch，Germany)，筛分此粉末。
粉末的化学组成是42％的蛋白质，32％的多糖和5％的灰份。当制备眼影膏时，加入5％的颜料粉末。
这样获得的是具有暗带蓝的红色色度的既细又软的粉末(L＝52.9，a＝15.7，b＝6.0)
                 实施例6
               制备脸用粉饼
制备含有5份单硬脂酸甘油酯和10份液态西蒙得木蜡的油质混合物。把混合物加热至75℃(熔融)。待熔融物冷却至40℃，加入下面的混合粉末：55份藻颜料，20份滑石粉，10份硬脂酸锌，也可再加入10份氧化钛。按特殊用途加入所希望的香料。
完全在太阳光下晒10个小时，由紫球藻属物种生长的藻颜料会产生适于脸用粉的粉红米黄色粉末。加入二氧化钛，赋予较好的表面覆盖能力，并产生更深的带粉红的蓝颜色。
                  实施例7
                制备眼影膏
将包括13份黄色蜂蜡，13份氢化的西蒙得木蜡和10份溶于适量液态西蒙得木蜡中的单硬酸酯甘油酯的混合物，加热至70℃使之熔融。将这样获得的均匀混合物冷却至40℃，往此混合物中，加入与西蒙得木蜡油一起的4份硬脂酸锌，10份滑石粉和10份藻类颜料。加入西得蒙木蜡油的总量是40份。还加入适量的香料。
在候补的配方中，往熔融物中加入15份氧化钛，最后混入10份在矿物油中的70％的氯氧化铋。
铜绿色紫球藻属产生青绿颜色。加入氧化钛产生的产品具有浅的带蓝的青绿色。
铜绿色紫球藻属丙酮粉末会染成油蓝色，而带有二氧化钛时，它会染成淡蓝色。
                    实施例8
             藻粉末颜料的过敏试验
如实施例4，制备藻P.sp.和P.aer的藻粉末颜料。制备在50％的甘油中的10％的粉末分散液。对于到过敏症诊所看病的患者，用挑选试验检查对颜料的反应。使用两种对照组：阴性对照组—盐水溶液，和阳性对照—盐水中的二苯甲氧甲哌啶。测试了六个病人的反应。在任何病人中，颜料没有引起任何过敏反应。从红色微藻中提取的水溶性藻胆蛋白，在一些病人中引起反应。
                   实施例9
                制备着色的粉霜
在一个双蒸发器上，打击鸡蛋蛋白，慢慢加入糖粉(每个鸡蛋加100g)，继续打击直至变硬。冷却至约50℃，混合入0.5-2.0％颜色粉末中。加入香草属食用香料。P.sp.粉末会产生粉红淡紫色；而P.aer粉末会产生淡蓝色。
                  实施例10
        生长条件对颜料强度和色调值的影响
在室外培养红色微藻铜绿色紫球藻属(P.aerugineum)，如实施例4一样制备。在室外中午的100％光强为1500-2000μEm-2S-1。
                      表IV光强        生长天数      细胞密度            颜色参数(μEm-1S-1)       (细胞数×106/ml)  L      a*      b*100％           3            15        55.0    -5.2    -8.6中午            6            17        57.2    -5.2    -2.250％            3            11        52.0    -4.9    -8.2人造阴影        6            17        49.7    -4.6    -8.8
            9            17        62.4    -7.9    -9.0
                      实施例11
             配方对颜料强度和色调值的影响
用在高的光强下生长的P.sp.制备颜料样品，制法如实施例4一样。
                      表V配方中的组份(份)                                颜色参数藻颜色  I.P.P.  滑石粉  TiO2 GMS  ZnSt     L      a*      b*60        5       20      -    5    10    43.9    17.7    5.560        10      20      -    5    10    48.1    17.9    5.5IPP-棕榈酸异丙酯GMS-单硬脂酸甘油酯ZrSt-硬脂酸锌
此油状混合物在70℃溶解，冷却至室温，在研钵中加入滑石粉，硬脂酸锌和二氧化钛，并以研钵均匀混合。
                     表VI配方中的组份(份)                        颜色参数藻颜色    TiO2 I.P.P. GMS  ZnSt    L       a*     b*60         -     10     5    10    43.9    17.7    6.260         10    10     5    10    62.0    14.9   -2.4
                    实施例12
             颜料样品干粉的组合物
如实施例4一样制备。100％光强是800-1200μEm-2s-1。
                    表VII微藻种类  生长天数     光强            颜料组份
               (室外太阳光) 蛋白质   多糖    灰份
                  (％)       (％)    (％)    (％)P.sp         7        50*        42.2    32.0    4.6aer        7        100        29.9    59.12.4P.aer        14       50*        43.5    42.3    3.1r.         7        100        32.0    52.0    7.6*由人造阴影获得
                    实施例13
              粉末对热和光的稳定性
按实施例5制备的粉末样品如表VIII所详述进行热和光处理。测定在热处理前后粉末在甘油中分散液的可见吸收。处理之后，处理过的分散液的吸收降低。处理前的吸收定为100％。
            表VIII所用的处理方式    后处理保留的可见吸收(％)
             P.sp.   P.aer    R.r热*40℃，60分钟     100      56       7860℃，30分钟     100      43      N.D.80℃，5分钟       66      35      N.D.100℃，5分钟    0-10       0      N.D.光**1天***直接日照         100     100      100*在甘油中的0.1％颜料分散液**颜料分散液，在甘油中，0.1％；或在硬化油脂中，1％。***＝(500-1000μEm-2sec-1)N.D.＝没测定
               实施例14
        pH值对粉末稳定性的影响
将按照实施例4制备的粉末，用类似于实施例13的方式进行热处理。粉末的平均粒径是10μm。结果列于表IX。处理前的吸收仍定为100％。
             表IX所用的处理方式  后处理保留的可见吸收(％)
               P.sp.              R.r加热*80℃，5分钟        100                100100℃，5分钟        23                 70*在甘油中的0.1％颜料分散液
上述所有的讨论和实施例是用于说明发明的目的，并不能打算构成对本发明的限制。可以采用许多不同的制法，生长条件，干燥方法，物料和设备，也可提供基于或包括本发明的色料的不同产品，制剂和配方，所有这些都不超出本发明的范围。

Claims (20)

1.一种不溶解的细粒状着色剂，它包含作为色素基质的干粉状红色微藻衍生的物料。
2.按照权利要求1的着色剂，其形状为平均粒径为50μm或更小的粉状物。
3.按照权利要求1或2的着色剂，其中红色微藻选自紫球藻属或玫瑰红属。
4.主要包含权利要求2的粉末的化妆品制品，也可以是压缩形式，单独的或与化妆品可接受的添加剂和/或载体一起。
5.含有权利要求1的物料作为着色剂的化妆品制剂。
6.含有权利要求1的物料作为着色剂的食品制品。
7.制备着色剂的方法，包括培养红色微藻以产生生物量，然后，以任何方便的顺序进行操作，步骤如下：
a)从藻细胞中提取去不希望的可提取物；
b)从藻体中去掉水；
c)辗碎红色微藻至优选粒径为50μm或更小。
8.按照权利要求7的方法，其中用冻干法去掉水。
9.按照权利要求7的方法，其中在辗碎前用挥发性有机溶剂萃取已干燥的藻类，以除去不希望的颜料如叶绿素和类胡萝卜素，以及杂质。
10.按照权利要求9的方法，其中有机溶剂是丙酮。
11.按照权利要求7的方法，其中去掉水是通过用极性溶剂萃取湿的藻类，然后蒸发溶剂而进行的。
12.按照权利要求11的方法，其中溶剂选自丙酮，乙醇和异丙醇。
13.制备具有所希望颜色的着色剂的方法，它包括：
a)选择红色微藻；
b)在适于藻胆蛋白的含量增加或减少的条件下，使红色微藻生长；和
c)收获藻类，去掉其中的水，并辗碎，以获得具有所希望颜色的粉末。
14.按照权利要求13的方法，还包括在收获后降低生物量的pH值。
15.按照权利要求14的方法，其中加入酸使pH降低。
16.按照权利要求15的方法，其中酸是HCl或H3PO4。
17.提高如权利要求1-3所述着色剂稳定性的方法，包括用酸处理藻类原料。
18.改进如权利要求1-3所述着色剂颜色强度的方法，包括用酸处理藻类原料。
19.含有按照权利要求1-3任一项的物料作为着色剂的着色产品。
20.用权利要求7-18任一项方法制备的着色剂。
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