โดย ภญ.มาลี บรรจบ ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยสมุนไพร กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ กระทรวงสาธารณสุข

1. โดย ภญ.มาลี บรรจบ ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยสมุนไพร กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ กระทรวงสาธารณสุข NATURAL COLOR IN COSMETICS

2. ประกาศกระทรวงสาธารณสุขเรื่อง กำหนดสีที่อาจใช้เป็นส่วนผสมในการผลิตเครื่องสำอาง ประกาศ ณ วันที่ 14 มี.ค. 2551 สาระสำคัญ 1. สีตามที่กำหนดไว้ในบัญชีท้ายประกาศ 2. สีผสมอาหารตามประกาศกระทรวงสาธารณสุข ว่าด้วยการกำหนดสีผสม อาหารออกตามความใน กฎหมายว่าด้วยอาหาร 3. สีที่รับรองโดย USFDA (United State Food and Drug Administration) ตามที่ปรากฏอยู่ในหนังสือ CFR (Code of Federal Regulation) ฉบับที่ กล่าวถึงเรื่องสีซึ่งตีพิมพ์เผยแพร่ครั้งล่าสุด 4. ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางที่ใช้สีเป็นส่วนผสมในการผลิตเครื่องสำอางไม่เป็นไปตามที่กำหนดในข้อ 3. ให้ถือว่าเป็นเครื่องสำอางที่มีวัตถุที่ห้ามใช้เป็นส่วนผสมในการผลิตเครื่องสำอาง

3. ความสำคัญของสี • สีมีอิทธิพลต่อการซื้อครั้งแรก • ความเกี่ยวข้องของสีกับผลิตภัณฑ์บางประเภท pine-scented bubble bath-green citrus scents-yellow or yellow-green

4. Colorants Prehistoric times : - body painting - tattooing - decorative cosmetics

5. In 1887 - Color Law in Germany banned the use of hazadous colorants: pigments containing heavy metals In 1906 – Color Law in Austria banned the use of some coal-tar dyes gal In 1907 – The use of the first certified food colorants were legalized in the US In 1938 - The federal Food, Drug and Cosmetic Act first outlined the use of colorants in food, drugs and cosmetics

6. After World War II – Scientific organization compile and publish the result of toxicological and dermatological research IN 1994 - Natural colorant market is valued at $ 250 million (US) - The annual growth of the natural colorant market is 5-10%, synthetic colorants only 3-5% In 2002 – Natural colorant market is valued over 1 billion (US) To date – Natural colorants play only a minor role in the process of coloring cosmetics - Inorganic pigments are used in large quantities

7. Cosmetic colorants – 3gps (based on their solubitity) • Colorants– soluble in the medium being-colored - water or oil soluble • Pigments and color lakes – not soluble in the medium being colored - usually aluminum hydroxide lakes of water-soluble colorants 3. Water dispersible pigments

8. Table 1 Colorant groupCosmetic products Water-soluble colorants e.g., bath products (shampoo, shower gel and bubble bath) creams, soap, toothpaste gel mouthwash Oil-soluble colorants e.g., oil products, soap Pigments e.g., makeup, powder, lipstick, toothpaste, soap Color lakes e.g., eye makeup, lipstick Water dispersible pigments soap

9. Two major factors must be considered in the development of colored cosmetics: - technical, legal matter There are 3 phases to the procedure • The decision must be made about the countries in which the product will be marketed. • To see which colorant is approved in the countries where the cosmetic product will be marketed • Conducted stability test of colored cosmetic products

10. Table 2

12. Factors must be considered when selecting the color for application • Color hue required • Physical form (e.g. liquid, solid, emulsion) • Solubility, pH, Microbiological quality • Properties of product that will be colored (e.g. oily or water based product, pH) • Processing conditions (e.g. heating or cooling process, storage conditions) • Legislation

13. water soluble Anthocyanins Betalains Carotenoids Xanthophylls oil soluble Anthocynins are H2O soluble, contain significant levels of sugars microbiological attack

14. List of coloring agents allowed for use in cosmetic products : 4 classes • All purposes • Not for use around the eye • Not in contact with mucous membranes • Briefly in contact with the skin

15. Natural Pigments 1. Tetrapyrrole Derivatives Tetrapyrroles เป็นสารกลุ่มสำคัญที่ถูกสร้างขึ้นในสิ่งมีชีวิต มีโครงสร้างสำคัญคือมี pyrrole ring ถ้าเป็น linear tetrapyrroles จะมีส่วนของโครงสร้างที่เรียก bilin ถ้าเป็น cyclictetrapyrroles จะมีส่วนของโครงสร้าง porphyrin ring

17. - Plant bilins เป็น pigment ที่พบมากในพืชทั่วไป เช่น phytochrome,phycocyanin, phycoerythrin เป็น pigment-protein complexes ในพืช Table 2

18. - Tetrapyrroles ที่มี porphyrin ring เช่น hemoglobin, cytochromes, peroxidases, catalases, vitamin B12 Tetrapyrroles จำพวก chlorophyll พบในพืชชั้นสูงและสาหร่ายส่วนใหญ่

19. 2. Isoprenoid derivatives หรือ Terpenoids พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ ประกอบด้วย 3 กลุ่มย่อย คือ quinones, carotinoids และ iridoids - Quinones บางชนิดไม่ได้ผลิตโดย biosynthetie pathway - Carotinoid เป็น pigment ที่สำคัญในกลุ่ม Terpenoids - Carotenoidsในธรรมชาติพบในพืชชั้นสูง (ในส่วน chloroplasts,ใน tissue ที่เกี่ยวกับการสืบพันธุ์,ในดอก, ผล) ในสาหร่าย, ใน bacteria ที่มีการสังเคราะห์แสง, ใน Fungi และในสัตว์เช่น นกที่มีขนสีเหลืองหรือแดง ปลา salmon และใน marine invertebrates เช่น กุ้ง ปู - Iridoids พบใน 70 families (Rubiaceae, Cornaceae) เช่น saffron (Crocus sativus L.)

20. 3. N-Heterocyclic CompoundsOther Than Tetrapyrroles

21. - Purines :- ที่เป็น coloring agent จะพบในสัตว์บางชนิด เช่น ปลาเงินปลาทอง • Pterins :- พบในพวกแมลงหลายชนิด (ผีเสื้อ แมลงกลางคืน) นัยน์ตาตาของสัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง ปัสสาวะ และแบคทีเรียบางชนิด • Flavins :- สังเคราะห์โดยจุลินทรีย์และพืช เช่น riboflavin สารนี้ไม่ได้เป็น coloring agent ในสิ่งมีชีวิต แต่พบในสัตว์ทะเลบางชนิดที่มีสีเหลือง และ แบคทีเรียบางชนิด • Betalains:- พบในพืชชั้นสูง (Order Caryophyllales) เช่น Amaranthaceae, Cactaceae, Portulacaceae นอกจากนี้ยังพบใน higher fungi Amanita

22. Table 3

23. 4. Benzopyran Derivatives • Flavonoidsเป็น phenolic compoundพบในพืชหลากหลายชนิด ที่เป็น pigment คือ anthocyanins ที่มีเฉดสีมากมาย เช่นในกลีบดอกไม้ ผลไม้ ใบไม้และรากไม้ อาจพบอยู่รวมกับ carotenoids หรือพบเดี่ยวใน

24. 5. Quinones

25. Quinones เป็น aromatic monocyclic หรือ polycycliccompounds ที่สำคัญ เช่น anthraguinones ใน fungi, lichens, พืชมีดอก และในแมลง (coccid และ aphids) • Benzoquinones ปกติไม่มีสี ถ้าความเข้มข้นสูงจะมีสีชมพู • Naphthoquinones เช่น vitamin K • Anthraquinones และ naphthoquinones มีสีตั้งแต่ดำหรือม่วงเข้ม ถึงแดงเข้ม หรือมีสีส้ม สีเหลือง • มี bacteria ที่ผลิต quinones ได้ในปริมาณมาก คือ Streptomycescoelicor

26. Table 4

28. บทบาทของสารสีในสิ่งมีชีวิตบทบาทของสารสีในสิ่งมีชีวิต Table5

29. Table 6

30. Table 7

31. - Quinones moleculesเกี่ยวข้องกับ defense mechanismsเช่น • ·Sterptomyces sp. ผลิตtetracycline เป็นยาปฏิชีวนะ • ·African tree Mansonia altissima ผลิตสารmansonons • ป้องกันเชื้อราและแมลงได้ • ·แมลงบางชนิดผลิตสาร alkylbenzenequinones • Iridoids • ·ใช้เป็น taxonomic markers ใน dicotyledoneous plantsบางชนิดเป็นสารตั้งต้นในการผลิต alkaloids

32. Table 8

33. Basic Toxicology of Colorant Additives • To identify the major toxic effects of the evaluated substances and, if possible, to establish which are the target tissues • To find the quantity of additives that could be added without producing adverse effects on human health

34. To obtain FDA approval of a synthetic pigment; the following toxicological studies must be carried out • A subchronic study. A nonrodent species, usually dog, is fed during 90 days • An assay of acute toxicity in rats (LD50) • A chronic study. At least 2 animal species are fed during at least 24 to 30 months • A teratology study • A multigeneration reproduction study using mice • An in vitro mutagenicity test

35. Toxicological studies (chronic toxicity study) • To determine a dosage level at which no effect can be observed (no observed adverse effect level “NOAEL) • A low level at which health damage is not produces “LOAEL” • An acceptable daily intake (ADI) mg/kg/day

36. ADI = NOAEL FACTOR Model : Animal FACTOR – safety or uncertainty factor = 100 (has proved to be successful in protecting consumers) Factor = 100 (10) (10) Factor of variation among species Factor of variation in the same species Safety or uncertain factor

37. Model : Human ADI = NOAEL = NOAEL FACTOR 10

38. Studies on Toxicity and Safety of Natural Colorants

39. ตัวอย่างสารสีที่ได้จากพืชในประเทศไทยตัวอย่างสารสีที่ได้จากพืชในประเทศไทย

40. สีที่ได้จากพืชในประเทศไทยสีที่ได้จากพืชในประเทศไทย

41. สีที่ได้จากพืชในประเทศไทยสีที่ได้จากพืชในประเทศไทย

42. สีที่ได้จากพืชในประเทศไทยสีที่ได้จากพืชในประเทศไทย

43. สีที่ได้จากพืชในประเทศไทยสีที่ได้จากพืชในประเทศไทย

44. คำแสดหรือคำไทย ส่วนที่นำมาใช้ คือ เมล็ด ชื่อวิทยาศาสตร์Bixa orellana Linn. วงศ์BIXACEAE ชื่อท้องถิ่น คำเงาะ คำแงะ คำแสด แสด ชื่ออังกฤษBixa, Annatto, Lipstick Tree ไม้พุ่มเป็นพืชพื้นเมืองของอเมริกากลางและอเมริกาใต้ สูงได้ถึง 8 เมตร แตกกิ่งก้านสาขามาก ใบเดี่ยว เรียงสลับ รูปไข่ ปลายแหลม ฐานเว้าเข้าเล็กน้อย ดอกช่อ ออกที่ปลายกิ่ง กลีบดอกสีขาวแกมชมพู มีผลเป็นผลแห้ง รูปไข่ สีแดงหรือสีน้ำตาลเขียว มีขนคล้ายเงาะ เมื่อผลแก่มากขึ้นจะเปลี่ยนเป็นแดงคล้ำ ผลจะปริแตกเป็น 2 ฝา เมล็ดรูปสามเหลี่ยม มีร่องที่หลังและปกคลุมด้วยเยื่อสีแดง

45. Annatto นำเมล็ดคำแสดมาแช่น้ำกรองเพื่อแยกส่วนเมล็ดออกจากสี ทิ้งไว้ระยะหนึ่ง ผงสีส้มจะ ตกตะกอนใช้แต่งสีอาหาร ยา เครื่องสำอางและย้อมผ้า ทางอเมริกาใต้ใช้เป็น body paint พบรายงานว่าสี Annatto มีฤทธิ์ยับยั้งเชื้อ Bacillus cereus, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus Synonyms and Trade Names: Achiote, Achiotl, Achote, Urucu, Beni-No-Ki, Bija, Onota, Orleanstrauch, Roucou, Roucouyer, Roucoyer, Uruku (The Raintree Group, 1997); Annotta, Arnatta, Arnatto, Arnotta, CI Natural Orange 4, CI 75120. Technical Products and Impurities: Annatto is an orange-red colorant obtained through extraction of the seeds of the fruit of the Bixa orellana tree. Bixin and norbixin are the principle coloring constituents of annatto (Hallagan et al., 1995) Annatto seeds contain 40-45% cellulose, 3.5-5.5% sucrose, 0.3-0.9% essential oil, 3% fixed oil, 4.5- 5.5% pigments (comprised of 70-80% bixin), 13-16% protein, and other constituents. Annatto seeds also contain tannins, ethereal oils, saponins, mustard oil-like substances and mono- and sesquiterpenes (The Raintree Group, 1997; BIBRA, 1986). Annatto oil solutions contain bixin. Bixin is present mainly in the cis form, but trans bixin, a thermal degradation product, is also present. Water-soluble annatto solutions contain the alkali salts of norbixin, which results when bixin is saponified and the methylethyl group is removed (TJP Market Development, 1997; BIBRA, 1986; Noonan, 1975).

46. Chemical constituents of bixa seeds Carotenoids / apocarotenoids cis-bixin cis-norbixin B-carotene (0.006-0.01%) cryptoxanthin lutein zeaxanthin Derivatives of lycopene Sesquiterpene :farneayl acetone Diterpenes : geranylgeraniol Triterpene : delta-tocotrienol

47. องค์ประกอบสำคัญในสีเมล็ดคำแสดองค์ประกอบสำคัญในสีเมล็ดคำแสด Bixin Chemical Formula: C25H30O4 unsaturated aliphatic hydrocarbon; carboxylic acid derivative; carotenoid Molecular weight: 394.5 Description: Orange crystals (Lewis, 1993) Melting Point: 198°C (Lide, 1995); Decomposes at 217°C (Lewis, 1993) Solubility: Insoluble in water; soluble in ethyl alcohol and acetone, slightly soluble in ether(Lide, 1995)

48. Bixin เป็นสารที่ไม่คงตัวมักเปลี่ยนรูปจาก cis form เป็น trans form ซึ่ง เป็นรูปที่คงตัวและมักพบ Bixin ใน Annatto 10-20 % จากการที่ Bixin เป็น สารที่ไม่คงตัวอยู่แล้ว เมื่ออยู่ในสภาวะที่มีการเปลี่ยนแปลง pH มีแสงหรือ เกิดปฏิกิริยา oxidation จะทำให้ Bixin ไม่คงตัวมากขึ้น การช่วยความคงตัว ของ Bixin ทำได้โดยการผสม curcumin , vanillin , eugenol หรือ Vitamin E การดูดซึมภายในร่างกาย Bixin จะเปลี่ยน เป็น Norbixin และถูกดูดซึมที่ ลำไส้มี plasma clearance สมบูรณ์ ใน 24 ชม.

49. 2. Norbixin Chemical Formula: C24H28O4 Molecular weight: 380.5 Norbixin มีคุณสมบัติ เป็น antimutagen โดยต่อต้านการเกิด oxidation ของ mutagen ได้ 87% ทำให้ DNA ไม่ถูกทำลาย

50. การเตรียมสีแอนแนทโตจากเมล็ดคำแสดการเตรียมสีแอนแนทโตจากเมล็ดคำแสด 1. ชนิดผงสีตามธรรมชาติ เนื่องจากสารสีอยู่ที่ seed coat ร่วมอยู่กับ oleoresin ให้ใช้วิธี mechanical friction โดยใช้เครื่องมือที่เป็นรูป ทรงกระบอก ที่หมุนได้ตามแนวนอนหรือแนวเอียง เมื่อทำให้หมุนไปผง สีที่อยู่ตามเยื่อหุ้มเมล็ดจะถูกเสียดสีและขัดออกมา เมื่อฉีดน้ำเข้าไปจาก ภายนอกน้ำจะเป็นพาหะนำพาสีผสมที่ถูกขัดออกมา ไหลลงทางปลายเปิดสู่ ภาชนะรองรับ ซึ่งสามารถนำไปกรองแยกผงสีออกมาได้