．弘光學報55期．

137＊通訊作者

以FRAP-FIA法分析化妝品之美白抗老成分

徐照程＊ 沈玉琪 黃怡萍

弘光科技大學化妝品應用系

收到日期：97.11.12　 修訂日期：97.12.22　 接受日期：97.12.23

摘要

本研究設計之F R A P - F I A系統能在3 0分鐘內快速分析1 7個樣品，且具有良好的再現

性(RSD Hydroquinone > Ellagic

acid > Ascorbyl palmitate > Glycyrrhizic acid > Azelaic acid > Kojic acid > Arbutin。另抗老化成分之

抗氧化力依序為：Quercetin > Epicatechin > Catechin ＞Rutin > Resveratrol > Lipoic acid > Caffeine >

Coenzyme Q10 > Glutathione 。

比較市售PHOTOCHEM®系統之分析結果支持本系統之可靠性，並相對顯現設置和維護成本的

經濟優勢。本HPLC系統可在5分鐘內有效定量分離化妝品中Glycyrrhizic acid、Asorbic acid與Kojic

acid三種美白成份，並在20-100 ppm範圍內有良好線性關係，線性係數介於0.999-0.995間，在分析4

種市售化妝品的組成與抗氧化能力後，可知含有較高濃度Ascorbic acid的產品，也確實反應出較高

的抗氧化力表現。

關鍵詞：鐵離子還原／抗氧化力分析法、流動注入分析法、抗氧化力、美白、抗老化

．以FRAP-FIA法分析化妝品之美白抗老成分．

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壹、前言

黑 色 素 ( M e l a n i n ) 是 由 黑 色 素 細

胞(melanocyte)之內的酪胺酸(tyrosine)，歷經多

段氧化與聚合反應而來。因此，藉由還原能力

強的維他命C及其衍生物等，能逆轉前段氧化

反應，而達到美白效果。另由於黑色素的產生

受紫外線、自由基等因素所刺激，將會加速黑

色素生成的氧化反應，因此具有抗自由基、抗

氧化效果的成分也間接具有抑制黑色素生成的

作用[1]。由於自由基對真皮層纖維蛋白的破壞

也是皮膚老化的主因，因此能捕捉自由基的抗

氧化劑(free-radical scavengers and antioxidant)，

便成為化妝品中抗老化抗皺甚至美白訴求的主

要成分[2]。

鐵離子還原／ 抗氧化力分析法（Ferric

Reducing / Antioxidant Power assay，簡稱

FRAP）曾應用於血漿中抗氧化成分含量與效

能的靈敏分析 [3]，其原理是利用含氮雜環螯

合劑TPTZ（2,4,6-Tris(2-pyridyl)-s-triazine，

結構如圖1所示）與三價鐵離子(Ferric ion)形

成淡藍色的錯合物(Fe(III)-TPTZ)，在抗氧化

劑存在下，將快速還原成深藍色的二價鐵離

子(Ferrous ion)錯合物(Fe(II)-TPTZ)，並可於

593 nm靈敏偵測。較高的產率將反映出試劑

具有較強的抗氧化能力，其結果通常以維他

命C的抗氧化力為標準，單位為當量((ascorbic

acid equivalent)AAE mmol ascorbic acid / mg dry

sample) 表示。[4]

流動注入分析法（Flow injection analysis，

簡稱FIA）起始於1975年Ruzicka與Hansen的研

究，迄今因其快速、裝置簡單平價、操作時間

具再現性、直接注射、樣品消耗量少與易和各

式偵測系統搭配等優點，是許多檢測領域中廣

泛採用的一種重要分析技術[5]。

許多市售的化妝品或明星成分因市場行

銷目的，常在缺乏科學佐證下過度膨脹訴求之

功效，但為了抗老美白化妝品研發與品管之長

遠發展，滿足現代消費者對確實功效產品的需

求，開發快速靈敏的抗氧化力（還原力）分析

法是重要的 [6]。本研究結合靈敏之FRAP法與

快速精確的FIA法，對近二十種化妝品中常用

的美白及抗老抗皺等訴求之機能成分與四項

市售產品進行抗氧化力功效評比，並將本研

究提出之FRAP-FIA系統部份分析結果與效能

與市售百萬元級抗氧化力分析儀analytic-jena

PHOTOCHEM®之分析結果進行評比[7]。

貳、材料與方法

一、實驗藥品

本實驗所使用之2,4,6-Tris(2-pyridyl)-s-

triazine (TPTZ)、l-(+)-Ascorbic acid (LC)、

Ascorbyl palmitate、Quercetin、Epicatechin、

Catechin、 t -Resveratrol、Rutin、Azelaic

acid、Hydroquinone、Caffeine、Glutathione、

Glycyrrhizic acid、Ellagic acid、Lipoic acid（又

稱Thiotic acid）及Coenzyme Q10均購自Sigma公

司(US)。Kojic acid、Butylated hydroxytoluene、

2-tert-Butyl-4-Methoxyphenol及 Arbutin，則購

自Pentapharm公司(Switzerland)。TPTZ與19

種抗氧化美白劑的結構式與分子量整理於圖

1。FeCl2、Fe2Cl3及Acetic acid，購自Showa公

司(Japan)。四種市售抗老美白化妝品乃購自地

區經銷店，重要包裝標示資料如表1所示。

二、 FRAP-FIA（鐵離子還原／ 抗氧化力－

流動注入法）分析

本研究使用之儀器為Shimadu LC-10 AT

Liquid Chromatograph pump與SPD-10A UV-

VIS Detector （日本），FIA條件為：載送反應

液（Carrier/ Reagent，於使用前新鮮配置）：

0.8 mM TPTZ / 1.6 mM Fe(III) / 0.25 M acetate

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(pH 3.6)，流速：0.5 mL/min.，樣品注射體積：

5uL，反應混合迴圈 (reaction mixing coil)：

0.040" ID x 100 cm，偵測波長：593 nm。本研

究選擇19種化妝品美白抗老代表性原料（結

構式如圖1），與4種市售產品為進行評估比

較之抗氧化劑，抗氧化力分析結果係以維他

命C為當量標準，計算FRAP (AAE mole of

ascorbic acid / mole of antioxidant)或(AAE gram

of ascorbic acid / gram of antioxidant)表示。本研

究FRAP-FIA系統架構示意如下：

三、 光 化 學 發 光 法 ( p h o t o -

chemiluminescence)抗氧化力分析

本研究使用之光化學發光抗氧化分析儀器

為 analytic-jena PHOTOCHEM®（德國），儀器

商標準試劑流動進入偵測槽時，其藉紫外光激

發的化學發光反應，牽涉到自由基中間物，自

由基因樣品抗氧化劑存在部分被捕捉消除，殘

餘的自由基所引發的化學發光則由PMT測定，

樣品消減的化學發光量(Lag-Lag(0))，便可反應

出樣品抗氧化力，並以維他命C為當量標準計

算表示。

四、市售產品中主要美白成分之HPLC測定

市售化妝品以甲醇稀釋配製成1%與0.1%

溶液，離心取上層澄清液，過濾後進行HPLC

分析，分離Column：Meta ChemTM Polaris

C18-A，粒徑 5µm，150 x 46 mm i.d.，沖提

液：5% Methanol / 95% H2O(0.2%Acetate)，注

射體積：20 µL，流速：1.00 ml/min，偵測波

長：210 nm。

參、結果與討論

一、 美白抗老成份之FRAP-FIA抗氧化力分

析

為評估本FRAP-FIA系統分析之再現性，

分別連續三次注入5uL，100 ppm 的l-Ascorbic

acid (LC) 與catechin標準溶液，其結果如圖2

所示，重複分析結果的RSD值分別為3.65%與

2.66% (n=3)，證明Fe(III)-TPTZ錯合物與抗氧化

劑的氧化還原反應，在本研究的濃度條件下反

應快速、偵測靈敏且具再現性，適合流動注入

定量分析的應用。

圖3為多種抗氧化美白劑在本 F R A P -

FIA 系統之分析結果，若以593 nm偵測到

較高產率的 F e ( I I ) - T P T Z錯合物，將反映

出樣品較強的抗氧化力。各試劑訊號面積

以維他命C為標準，依當量 ( (ascorb ic ac id

equivalent)AAE)表示抗氧化力單位結果如圖

4。常見美白成分以本研究FRAP-FIA分析法

所檢驗出之抗氧化力(Antioxidant power)（依

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質量，gram of ascorbic acid equivalent(AAE)

per gram of antioxidants）依序為： Ascorbic

acid > Hydroquinone > Ellagic acid > Ascorbyl

palmitate > Glycyrrhizic acid > Azelaic acid >

Kojic acid > Arbutin。可見Ascorbic acid在以

還原Dopa (3,4-dihydroxy-L-phenylalanine)與

Dopachrome(2-carboxy-2,3-dihydroindole-5,6-

quinone)為主的美白機轉上，效果可能大於其他

美白成分。

另外，常見抗老化成分以本研究FRAP-

FIA分析法所檢驗出之抗氧化力（依質量）

依序為：Quercetin > Epicatechin > Catechin

＞Rutin > Resveratrol > Lipoic acid > Caffeine

> Coenzyme Q10 > Glutathione。可知多酚

類(polyphenols)化合物的效能高於近期化妝

品流行添加的明星抗氧化成分Lipoic acid 與

Coenzyme Q10。

不過，有一個不可忽略的因素是，當以

質量為單位排序時，低分子量的小分子在取用

相同質量下，具有分子數要多的比較優勢。由

於化妝品調製的原料配方單皆習慣採用質量比

例，因此實務上，美白抗老機能成分添加也是

以重量百分比(%)為單位，所以依質量比較各試

劑的效能較具有實用意義。但是若依化學分子

的觀點，將結果還原成單一分子抗氧化力的比

較，經分子量轉換計算的排序必將有所不同。

三、光化學發光法儀器之分析比較

文獻上用來探討抗氧化力的分析法至少

多達十餘種以上，除了本研究採用的FRAP法

外，還有例如：關於自由基捕捉能力的DPPH

法(2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl)、TEAC

法(Trolox-equivalent antioxidant capacity assay)與

光化學發光法（photochemiluminescence，簡稱

PCL），關於自由基氧化亞麻油酸速率的Lipid

assay法等[8]。其中光化學發光法為唯一被製成

流動式半自動化分析儀器的方法，因此本研究

採用市售儀器 PHOTOCHEM®光化學發光抗氧

化分析儀作為FRAP-FIA系統效能之對照組。

以PHOTOCHEM®分析四種抗氧化劑的圖

譜如圖5所示，定量時是以Ascorbic acid為標準

品，建立校正曲線如圖6。由圖6的結果可以看

出此分析儀的第一個缺點，重複分析的再現性

和定量用校正曲線的線性關係皆不如預期般理

想，推測應是自由基中間物與抗氧化劑的反應

速率與紫外光激發的化學發光效率，在有限的

分析時間內，不易精確再現所致。

圖7為多種抗氧化美白劑在PHOTOCHEM®系統之分析比較，Q u e r c e t i n、A s c o r b i c

acid、Hydroquinone、Ellagic acid、Ascorbyl

palmitate等相對抗氧化力較高，與Lipoic acid、

Caffeine、Coenzyme Q10、Glutathione、Kojic

acid、Arbutin等相對較低的抗氧化力結果，

跟本研究FRAP-FIA系統之結果相呼應，支持

FRAP-FIA系統之可靠性。

經驗上使用PHOTOCHEM®的另一大缺點

是，分析所需的試劑與校正標準品均需要購自

原廠，價位高昂且保存期限短，因此儀器購置

與耗材支出都相當可觀。相對而言，同樣自動

化方便的FRAP-FIA系統，則可顯現出設置和維

護成本的經濟優勢。

四、 市售化妝品之組成分析與FRAP-FIA抗

氧化力評估

台灣的化妝品通路包含百貨專櫃、平行

輸入店、藥妝店、傳統美妝店、量販店等五大

類，每種通路的商品、售價與銷售方式各有特

色，本研究首先選擇開架式陳列、價位較經濟

且療效訴求鮮明的4種藥妝通路美白化妝品，做

為組成與抗氧化力的分析對象。首先配製化妝

品所含常見美白成份Glycyrrhizic acid、Asorbic

acid與Kojic acid 各50 ppm混合物進行HPLC分

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析，在最適化條件下得到的層析結果如圖8所

示，圖9則為三成份在本系統下之校正曲線，可

知在20-100 ppm範圍內有良好線性關係，線性

係數介於0.999-0.995間，可之本系統能在5分鐘

內有效定量分離化妝品中主要美白成份。

本研究依此HPLC系統應用至真實化妝品

之組成分析，可得層析結果如圖10，計算組

成整理如表2所示，其中杜克左旋C精華液產

品之Ascorbic acid含量9.7 ± 0.4%與標示值相

近(10%)；惠民硫鋅酸眼霜產品亦含有7.9 ±

0.3% Ascorbic acid；聖潔莓PCA PHAZE 13產品

標示含有Kojic acid但未提及濃度值，本研究測

定其Kojic acid含量為1.8 ± 0.1%，另含0.6% ±

0.1% Ascorbic acid；葆療美植酸潤白露4合1產

品經測定含有2.4 ± 0.1% Glycyrrhizic acid 與標

示值(5%)則略有出入。

在了解4種市售藥妝通路化妝品之美白

成分組成後，本研究利用FRAP-FIA法探討

各產品相對於ascorbic acid (normalized)之抗

氧化能力（還原活性），以單位nanogram of

ascorbic acid equivalent(AAE) per microgram of

antioxidants (as FRAP)呈示，結果如圖11所示。

可知產品之抗氧化力依序為：杜克左旋C精華

液 > 惠民硫鋅酸眼霜 > 聖潔莓 PCA PHAZE 13

> 葆療美植酸潤白露4合1。由於本研究前述發

現Ascorbic acid在FRAP-FIA assay中的抗氧化力

表現上，相對於其他美白抗老成份極為優良，

遠高於部分產品所含之Kojic acid與 Glycyrrhizic

acid美白劑，因此由於杜克左旋C精華液與惠民

硫鋅酸眼霜兩產品含有高濃度Ascorbic acid，其

較高的抗氧化力表現與組成相互印證，由此可

知，對照產品組成與本研究十餘種抗氧化成分

之結果，應可預測化妝品之抗氧化力表現。

肆、結論

本研究設計之FRAP-FIA 法能在短時間

內快速分析大量樣品（30分鐘內分析17個樣

品），且具有良好的再現性(RSD Hydroquinone >

Ellagic acid > Ascorbyl palmitate > Glycyrrhizic

acid > Azelaic acid > Kojic acid > Arbutin。可見

Ascorbic acid在以還原Dopa與Dopa chrome為

主的美白機轉上，效果可能大於其他美白成

分。另常見抗老化成分之抗氧化力依序為：

Quercetin > Epicatechin > Catechin ＞Rutin >

Resveratrol > Lipoic acid > Caffeine > Coenzyme

Q10 > Glutathione 。可知多酚類(polyphenols)化

合物的效能高於近期化妝品流行添加的明星抗

氧化成分Lipoic acid 與 Coenzyme Q10。

市售PHOTOCHEM®系統之分析結果，

支持本研究FRAP-FIA系統之可靠性。同樣

自動化方便的FRAP-FIA系統，相對於高價

PHOTOCHEM®系統則顯現出設置和維護成本

的經濟優勢。

本研究之HPLC系統可在5分鐘內有效定量

分離化妝品中Glycyrrhizic acid、Asorbic acid與

Kojic acid三種美白成份，在分析4種市售藥妝

通路化妝品的組成與抗氧化力後，可知含有較

高濃度Ascorbic acid的產品，也確實反應出較高

的抗氧化力表現，可知對照產品組成與本研究

十餘種抗氧化成分之結果，應可做為產品抗氧

化力表現的預測工具。

不同抗氧化檢測方法的作用機轉及參與反

應的分子不同，有的反應可能涉及電子轉移，

有些則是質子的轉移；不同抗氧化分子若以不

同的檢測方式，呈現的抗氧化能力高低將不盡

相同。親水性或親油性的抗氧化劑在不同的抗

氧化力分析法中，因與試劑互溶性的因素，也

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會反應出某些評估法不適用性的問題。故在比

較各成分的抗氧化能力時，應綜合多種檢測方

法結果，再予以比較，因此本研究未來將嘗試

將現有主要之抗氧化力分析法自動化，並進一

步快速整合各法之分析結果，以建立有系統的

抗老美白化妝品功效評估平台。

五、誌謝

本研究獲國科會計畫NSC 94-2113-M-

241-002-CC3部份經費補助，特此感謝。

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150*Corresponding author

FRAP-FIA Analysis of Whitening and Anti-aging Ingredients in Cosmetics

Jaw-Cherng Hsu* Yu-Chi Shen Yi-Ping Huang

Department of Applied Cosmetology, Hungkuang University

Received 12 November 2008 ; accepted 23 December 2008

Abstract

A novel Ferric Reducing / Antioxidant Power assay Flow injection Analysis (FRAP-FIA) system

showed good reproducibility and sensitivity for the antioxidant power analysis of seventeen actives in

cosmetics, the antioxidant power of Ascorbic acid, Hydroquinone and Quercetin were better than other

ingredients in cosmetics. The results of a commercial PHOTOCHEM system support the reliability of our

system. The composition and antioxidant power of four commercial cosmetics were analyzed in this studied,

the one with higher concentration of Ascorbic acid do showed better antioxidant power than other products.

Key words: Ferric Reducing / Antioxidant Power assay, Flow injection Analysis, Antioxidant power, Skin-

whitening agent, Anti-ageing, Cosmetics