山茶油微乳液的制備及穩定性分析

關智謀，朱式業，李加興,，劉志鋒，周玨茜茜，陳雙平

(1.吉首大學 食品科學研究所，湖南 吉首 416000； 2.吉首大學 林產化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000； 3.湖南省優鎰農業開發有限公司，湖南 吉首 416000)

山茶油能有效改善心腦血管疾病、降低膽固醇和甘油三酯，且對皮膚具有潤膚、保水、殺菌止癢等護理功效。由于山茶油富含油酸與亞油酸，因而易于氧化變質，影響其營養價值與感官質量[1]。

微乳液通常是由表面活性劑、助表面活性劑(通常為醇類)、油(通常為碳氫化合物)和水或電解質水溶液在適當比例下自發形成的外觀為透明或半透明，粒徑在10～100 nm之間，具有超低界面張力(微乳液體系的界面張力通常約為10-2mN/m)，熱力學穩定的乳狀液[2]。通常分為W/O型、O/W型和雙連續型3種結構，其中W/O型微乳液由油連續相、水核及表面活性劑與助表面活性劑組成的界面膜三相構成，O/W型微乳液的結構則由水連續相、油相及表面活性劑與助表面活性劑組成的界面膜三相構成，雙連續相結構具有W/O和O/W兩種結構的綜合特性，其中水相和油相均不是球狀，而是類似于水管在油相中形成的網格。

由于微乳液具有熱穩定性，而且膠束粒子細小，易滲入皮膚，還可以包裹TiO2和ZnO納米粒子，因而添加在化妝品中具有增白、吸收紫外線和放射紅外線等特性[3]，微乳液化妝品相比乳狀液類化妝品具備很多優勢[4]。此外，微乳液在藥物微膠囊化、納米級金屬材料、聚合物粉末的制備和提高石油采收率工業中也有著重要應用。因此，研究制備山茶油微乳液既可解決氧化問題，還能增溶難溶性成分，為將山茶油廣泛應用于食品、日化品、醫藥及生物柴油等領域提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

山茶油，壓榨一級，由湖南省優鎰農業開發有限公司提供；失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚(Tween80)、失水山梨醇單油酸酯(Span80)、肉豆蔻酸異丙酯(IPM)，均為食品級；無水乙醇、1，2-丙二醇、正丁醇、氫氧化鈉、氯化鈉，均為分析純；去離子水。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；DDS-11A電導率儀；LD4-2A離心機；HH-S型水浴鍋；GZX-9146MBE電熱恒溫鼓風干燥箱；PHS-25 pH計；分析天平。

1.2 實驗方法

1.2.1 山茶油微乳液的制備

采用Shah法[5]制備山茶油微乳液。首先將山茶油與IPM按照質量比1∶2配制成油相，再按照一定比例加入表面活性劑、助表面活性劑，然后用微量滴定管(或注射器)逐滴加入0.5 mL去離子水，每次滴加去離子水后攪拌5 min，直至溶液由渾濁變為澄清或由澄清變為渾濁，其中澄清代表微乳液的形成，渾濁代表微乳液的消失。

理論上，單一表面活性劑往往很難滿足多組分體系的微乳化要求[6]。理想的乳化劑不僅要與油相親和力強，而且也要與水相有較強的親和力。把HLB值小的表面活性劑與HLB值大的表面活性劑混合使用，形成的混合膜與油相和水相都有強的親和力，可以同時兼顧這兩方面的要求[7]。本實驗選用Tween80(HLB值15)、Span80(HLB值4.3)混合作為表面活性劑，Tween80與Span80質量比為 4∶1，HLB值為12.9(處于8～18之間)，符合制備O/W型或W/O型微乳液的要求。

1.2.2 擬三元相圖法優化微乳液配方

按1.2.1，以混合表面活性劑(含助表面活性劑)與油相分別按9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9的質量比進行微乳液的制備，分別計算臨界點時各相所占質量分數，以油相、混合表面活性劑(含助表面活性劑)相、水相作為擬三元相圖的3個頂點，標出臨界點時各組分質量分數，將臨界點連線即可得到這一體系的擬三元相圖，利用Origin7.5軟件繪制擬三元相圖，用AutoCAD2007軟件分析比較其微乳區的面積大小，面積越大，該配比下越適宜。

1.2.3 穩定性分析

在篩選出最佳助表面活性劑和表面活性劑與助表面活性劑質量比(Km值)的基礎上，以山茶油與IPM質量比1∶2、混合表面活性劑與油相質量比為6∶4、25℃、最大加水量下制備山茶油微乳液，分析其熱穩定性、離心穩定性、儲藏穩定性及鹽度、pH對其穩定性的影響。

2 結果與討論

2.1 制備山茶油微乳液的影響因素

2.1.1 不同助表面活性劑對形成山茶油微乳液的影響

以山茶油與IPM質量比1∶2為油相、Tween80與Span80質量比4∶1為表面活性劑，分別選用無水乙醇、1，2-丙二醇、正丁醇為助表面活性劑，表面活性劑與助表面活性劑質量比(Km值)為4∶1，采用1.2.2方法，在25℃下攪拌制備微乳液，比較擬三元相圖微乳區面積。不同助表面活性劑對形成山茶油微乳液的影響結果如圖1～圖3、表1所示。

由圖1～圖3和表1可知，正丁醇作為助表面活性劑時，微乳區面積最大，所以采用正丁醇作為助表面活性劑較合適。不同的助表面活性劑對于形成山茶油微乳液影響較大，隨著醇鏈長的縮短，體系微乳區面積縮小[8-9]。

注：E為多相區，I為單相區，下同。圖1 山茶油/IPM/無水乙醇/Tween80/Span80/水體系的擬三元相圖

圖2 山茶油/IPM/1，2-丙二醇/Tween80/Span80/水體系的擬三元相圖

圖3 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水體系的擬三元相圖

表1 不同助表面活性劑微乳區面積比較

2.1.2 不同Km值對形成山茶油微乳液的影響

Km值最早由Trotta等[10]提出，影響微乳液的穩定性。以正丁醇為助表面活性劑，山茶油與IPM質量比1∶2為油相，Tween80與Span80質量比4∶1為表面活性劑，采用1.2.2方法，制備溫度25℃，控制Km值分別為4∶1、5∶1、6∶1制備微乳液，比較擬三元相圖微乳區面積。不同Km值對形成山茶油微乳液的影響如圖4～圖6、表2所示。

圖4 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)體系的擬三元相圖

圖5 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值5∶1)體系的擬三元相圖

圖6 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值6∶1)體系的擬三元相圖

表2 不同的Km值微乳區面積比較

由圖4～圖6和表2可知，微乳區面積隨Km值的增大而減小。原因可能與隨Km值的增大，較高濃度的表面活性劑由于缺少助表面活性劑的助乳化作用，黏度較高，乳化能力下降有關[11]。

2.1.3 不同制備溫度對形成山茶油微乳液的影響

以正丁醇為助表面活性劑，山茶油與IPM質量比1∶2為油相，Tween80與Span80質量比4∶1為表面活性劑，Km值為4∶1，采用1.2.2方法，在25、35、50℃下制備微乳液，比較擬三元相圖微乳區面積。不同制備溫度對形成山茶油微乳液的影響如圖7～圖9、表3所示。

一般認為，非離子表面活性劑對溫度比較敏感，表面活性劑的水溶性隨著溫度的升高而下降，但其油溶性卻不斷增強，使表面活性劑分子在界面層所占的面積增大，吸附量下降。但溫度的升高使醇在水中的溶解度增加，導致正丁醇的增溶量有所下降[12]。由圖7～圖9和表3可知，微乳區面積總體隨著制備溫度升高而減小，這是由于Tween80的親水性來自分子中環氧乙烷鏈的醚氧原子與水分子形成的氫鍵作用，但氫鍵強度會隨溫度升高而下降，從而使表面活性劑的親水性降低[13]。但微乳區面積受制備溫度變化的影響較小，這也說明了該體系具有良好的熱穩定性。

圖7 25℃下山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)體系的擬三元相圖

圖8 35℃下山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)體系的擬三元相圖

圖9 50℃下山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)體系的擬三元相圖

表3 不同制備溫度下微乳區面積比較

2.2 山茶油微乳液的類型判定

為了制備具有更高實用價值的微乳液，應使微乳體系中油相含量盡可能高，以便能夠包埋和運載更多的有效成分[9]。以正丁醇為助表面活性劑，Km值為4∶1，選擇混合表面活性劑與油相質量比分別為6∶4、7∶3、8∶2的混合液，制備溫度25℃，每次滴加0.5 mL蒸餾水后，攪拌5 min測電導率，直至出現渾濁，繪制電導率隨加水量(水相占比)的變化曲線，以判定微乳液類型，結果如圖10～圖12所示。

圖10 混合表面活性劑與油相質量比為6∶4時山茶油微乳液電導率隨加水量的變化

圖11 混合表面活性劑與油相質量比為7∶3時山茶油微乳液電導率隨加水量的變化

圖12 混合表面活性劑與油相質量比為8∶2時山茶油微乳液電導率隨加水量的變化

對某一固定組成的微乳液，其隨著溫度的變化可能會發生相轉變[14]，所以在測量電導率時控制溫度很重要，本實驗測定時溫度控制在25℃。從圖10和圖12可以看出，在混合表面活性劑和油相質量比為6∶4和8∶2時，電導率隨著加水量一直上升，剛開始時水為液滴內核，油相為連續相，隨加水量逐漸升高，液滴數量增多，碰撞頻繁使電導率急劇升高[10]，此時為W/O型微乳液。

但在圖11中，混合表面活性劑和油相質量比為7∶3時，山茶油微乳液電導率在加水量10%之前變化比較緩慢，這是由于此時油相為連續相的導電性差，水相和油相之間是表面活性劑層，此時溶液的導電主要是被反膠束包裹的水核運動及表面活性劑電離出來的離子所致，因此電導率較??；在加水量大于10%后，隨著含水量的增加，水核增多碰撞頻繁，此時形成導電鏈，使電導率急劇上升；加水量在16%～20%時，此時為油、水共存的雙連續相，電導率開始下降，這是因為液晶相的出現使得體系黏度增加，導電粒子的運動受到了束縛，同時由于形成層狀結構，液晶的各向異性使電導率迅速下降[15]；當加水量大于20%時，體系黏度隨水的加入而降低，導電粒子的運動能力恢復，使得電導率又開始升高，形成了O/W型微乳液。

2.3 山茶油微乳液的穩定性

2.3.1 熱穩定性

將山茶油微乳液分別放置于60、80、100℃的恒溫干燥箱中靜置24 h，取出后在恒溫水浴中加熱30 min，觀察微乳液能否保持澄清透明狀態。實驗發現，山茶油微乳液未發生油水分層，并且未出現渾濁，仍然保持澄清透明，說明該體系具有很好的熱穩定性。

2.3.2 離心穩定性

微乳液應為澄清透明或半透明并具有良好的熱穩定性、長時間放置仍具有較好的流動性、呈現均相的穩定體系，即使離心或長期放置均不易發生凝絮或相分離現象。分別采用2 000、3 000、4 000 r/min對山茶油微乳液離心30 min，觀察微乳液的狀態。實驗發現，山茶油微乳液未出現油水分離，仍保持澄清透明，說明該體系具有良好的離心穩定性。

2.3.3 儲藏穩定性

分別將山茶油微乳液放置于25℃和5℃左右的溫度下儲藏30 d，觀察微乳液能否保持澄清透明狀態。實驗發現，山茶油微乳液未出現油水分離、渾濁和凝膠現象，仍保持較好的流動性和透明度，說明該體系具有良好的儲藏穩定性。

2.3.4 鹽度對山茶油微乳液穩定性的影響

分別配制0.2、0.4 mol/L NaCl溶液代替去離子水，在25℃下攪拌制備山茶油微乳液，并將滴加去離子水組設置為對照組，采用擬三元相圖法考察不同鹽度對微乳液穩定性的影響，結果如圖13、圖14、表4所示。

由圖13、圖14和表4可知，在25℃下，用0.2 mol/L NaCl溶液和0.4 mol/L NaCl溶液代替去離子水與正常滴加去離子水的微乳區面積相差不大，說明該體系具有良好的鹽度穩定性。

圖13 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/0.2 mol/L NaCl體系的擬三元相圖

圖14 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/0.4 mol/L NaCl體系的擬三元相圖

表4 不同鹽度下微乳區面積比較

2.3.5 pH對山茶油微乳液穩定性的影響

分別配制pH 10、13的NaOH溶液代替去離子水，制備山茶油微乳液，并將滴加去離子水設置為對照組，采用擬三元相圖法考察不同pH對微乳液穩定性的影響，結果如圖15、圖16、表5所示。

圖15 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(pH 10)體系的擬三元相圖

圖16 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(pH 13)體系的擬三元相圖

表5 不同pH下的微乳區面積比較

由圖15、圖16和表5可知，在加入pH 10的氫氧化鈉溶液時，微乳區面積相對較小，但是加入pH 13的氫氧化鈉溶液時，微乳區面積與對照組相近，總體來說相差不大，這說明該體系具有較好的耐堿性。

3 結 論

在山茶油與IPM質量比1∶2為油相、Tween80與Span80質量比4∶1(HLB值12.9)為表面活性劑的條件下，采用擬三元相圖法優化山茶油微乳液制備的條件為：制備溫度25℃、助表面活性劑為正丁醇、Km值4∶1、混合表面活性劑與油相質量比6∶4，此時油相占體系的34%(其中山茶油11.3%、IPM 22.7%)，最大加水量為15%，所形成的微乳液為W/O型，且該體系具有很好的熱穩定性、離心穩定性、儲藏穩定性、鹽度穩定性和耐堿性。