何君，姚曉玲，馮桂仁，王瑞，楊柏林

（湖北工業(yè)大學(xué)輕工學(xué)部食品與制藥學(xué)院，湖北武漢430068）

胡柚精油納米乳的制備及品質(zhì)評價

何君，姚曉玲*，馮桂仁，王瑞，楊柏林

（湖北工業(yè)大學(xué)輕工學(xué)部食品與制藥學(xué)院，湖北武漢430068）

研制了胡柚精油納米乳并對其進行了品質(zhì)評價。利用偽三元相圖法優(yōu)選配方，直接以胡柚精油為油相，從Span系列和Tween系列中篩選出Span-80與Tween-80作為混合表面活性劑，選用丙三醇為助表面活性劑，加入蒸餾水制備胡柚精油納米乳。通過染色法鑒定染色法該乳液屬于O/W型，清澈透明有明顯的丁達爾現(xiàn)象，經(jīng)激光粒度儀測得分散相平均粒徑為21 nm，且粒徑大小集中，影響因素實驗表明該胡柚精油納米乳有良好的穩(wěn)定性。

胡柚精油納米乳；表面活性劑；穩(wěn)定性

胡柚是由柚和橘或橙自然雜交的品種，其精油可用作于醫(yī)藥、食品、化妝品等，具有重要的生理、藥理價值[1]。但胡柚精油在水中的溶解度小，常溫保存中穩(wěn)定性差，在進一步產(chǎn)品研究中遇到了瓶頸[2]。納米乳是由水相、油相、表面活性劑和助表面活性劑按適當(dāng)?shù)谋壤纬闪綖?0 nm～100 nm，具有低黏度、各向同性的熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定的透明的或半透明體系[3-4]。

本實驗將胡柚精油制成納米乳液，并對所得乳液做相應(yīng)的質(zhì)量評價。旨在克服精油在水中不溶等缺陷，提高胡柚精油乳液的其穩(wěn)定性，拓寬胡柚精油的應(yīng)用范圍。同時為進一步的乳液制備工藝探究及理化性質(zhì)研究奠定一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胡柚，購置于湖北省鄂州市梁子湖；Span-80、Span-20、Tween-80、Tween-20等表面活性劑，鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉、苯甲酸鈉等實驗室常用試劑均為分析純：國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Zetasizer Nano-ZS激光粒度儀：英國馬爾文儀器有限公司；FE20型pH計：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；LD型電子天平：沈陽龍騰電子有限公司；KQ-100VDE型超聲波儀：昆山市超聲儀器有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器：上海司樂儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 表面活性劑的篩選

根據(jù)橘類精油乳液研究，在Span-80，Span-20，Tween-80，Tween-20四種表面活性劑進行篩選復(fù)配[5]。取10m L試管10支，各加入胡柚精油3m L，再分別加入0.5 m L的Span-80，Span-20，Tween-80，Tween-20。劇烈振蕩10 s后，加入蒸餾水使得乳液總體積為10 mL。將所得乳液震蕩3min后，靜置，觀察其隨時間的分層現(xiàn)象，記錄分層體積數(shù)，從而判斷其穩(wěn)定性[6]。最后同樣方法根據(jù)混合表面活性劑的HLB值復(fù)配，得到最適的復(fù)配比。

混合表面活性劑的HLB值的計算：

式中：WA、WB、WC分別為不同種類表面活性劑各自的質(zhì)量分數(shù)；HA、HB、HC為對應(yīng)表面活性劑的HLB值；Hr為混合表面活性劑的HLB值。

1.3.2 助表面活性劑的選擇

試驗遴選無水乙醇、1，2-丙二醇、丙三醇以及正丁醇為助表面活性劑[7]，將1.3.1中選擇出來的表面活性劑與上述助表面活性劑按照質(zhì)量比5∶1（即Km值5∶1）混合均勻，盛于離心管中，在轉(zhuǎn)速為1 500 r/min下離心15min后，根據(jù)分層情況檢測能否形成穩(wěn)定納米乳，從而選擇成合適的助表面活性劑。

1.3.3 擬三相圖的繪制

三相圖能夠有效的了解納米乳的成分配比及成乳區(qū)域[8]。將胡柚精油與表面活性劑按照質(zhì)量比9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9混合均勻，每組稱取10mL置于燒杯中，于室溫下在磁力攪拌器上邊攪拌邊滴加蒸餾水，觀察燒杯中的變化，期間會出現(xiàn)粘度較大的狀態(tài)，用偏光顯微鏡觀察有無雙折射現(xiàn)象，發(fā)亮的為液晶，不發(fā)亮的為凝膠[9]。以乳液渾濁和澄清為指標，當(dāng)乳液由澄清變渾濁或由渾濁變澄清時，記錄臨界加水量。分別以精油、混合表面活性劑以及水為頂點，按其臨界含量的質(zhì)量分數(shù)，利用Origin8.0軟件繪制三相圖，確定納米乳區(qū)域。實驗繪出O/W型納米乳的成乳區(qū)域。參照已有研究，對所得乳液用超聲波儀處理，選用頻率為45KHz，功率100%，連續(xù)處理20min[10]。

1.3.4 基本性質(zhì)分析[11]

表觀性狀以液態(tài)是否澄清透明或半透明、平行光入射后有無丁達爾現(xiàn)象作為判斷納米乳形成的基本評價標準；據(jù)油性染料蘇丹紅Ⅲ及藍色染料亞甲基藍在乳液中擴散快慢來判斷：若紅色快于藍色則為油包水型（W/O），反之為水包油型（O/W）；測定胡柚精油納米乳pH值、折光率、粒徑及粒度分布。

1.3.5 粒徑及粒度分布測定

取少量的胡柚精油納米乳液于樣品池中，加適量水稀釋。再將樣品池插入樣品槽中，關(guān)閉測定儀倉蓋，運行軟件。依據(jù)測定的粒徑大小與對應(yīng)數(shù)目，繪制粒徑分布圖并得到胡柚精油納米乳的平均粒徑。

1.3.6 穩(wěn)定性考察

1.3.6.1 長期靜置

取3個批次胡柚精油納米乳，密封置于室溫下（20℃～25℃）靜置，定期觀測納米乳形態(tài)、pH、折光率。

1.3.6.2 高溫處理

將胡柚精油納米乳密封后置于50℃環(huán)境靜置10 d，觀察其形態(tài)、pH、折光率。

2 結(jié)果與分析

2.1 表面活性劑的篩選

單一表面活性劑乳化效果如表1所示。

表1 單一表面活性劑乳化效果Table1 Singularity surfactant screening results

乳液的穩(wěn)定性較差，快速分層。但相比之下加入Span-80與Tween-80的乳液分層高度較小，因此選用該兩種表面活性劑進行復(fù)配。根據(jù)計算公式，計算出的HLB值及其混合比例和乳化效果如表2所示。

表2 混合表面活性劑乳化效果Table 2 Mix surfactant screening results

混合表面活性劑的HLB值在13時乳狀液的穩(wěn)定性最好，分層高度較小。此時表面活性劑中親水、親油部分大小比例合適，在油水兩相中溶解平衡，表面活性劑不易留存于界面兩邊的任何體相中，而趨于集結(jié)于界面，降低界面張力，宏觀上的表現(xiàn)為乳狀液穩(wěn)定性良好。

2.2 助表面活性劑的選擇

在納米乳的制備中，添加一定量的助表面活性劑能夠使形成的納米乳更加穩(wěn)定。表面活性劑為Span-80和Tween-80混合而成的HLB值為13的混合表面活性劑，油相為胡柚精油，助表面活性劑的篩選結(jié)果如表3所示。

表3助表面活性劑篩選結(jié)果Table3 Cosurfactant screening results

篩選結(jié)果表明，只有丙三醇適合作為胡柚精油納米乳的助表面活性劑，其他三種試劑不適合用于助表面活性劑。

2.3 擬三相圖的繪制

將實驗數(shù)據(jù)點連接起來所畫出的細長區(qū)域即為納米乳區(qū)，如圖1所示，OIL代表胡柚精油，WATER代表水相，SF代表復(fù)合表面活性劑。

圖1 精油/表面活性劑/水體系擬三相圖Fig.1 Grapefruit/surfactant/water system of pseudo-three-phase plan

如圖1所示，OIL代表胡柚精油，WATER代表水相，SF代表復(fù)合表面活性劑，圖中細長區(qū)域即為納米乳區(qū)。圖中胡柚精油最大含量可達到19%，納米乳區(qū)域水相含量保持在60%以上。由相圖考察所得結(jié)果，最終確定胡柚精油、混合表面活性劑、蒸餾水的質(zhì)量比為1∶1∶8。

2.4 基本理化性質(zhì)

胡柚精油納米乳澄清透明，流動性良好，利用光束照射時有丁達爾現(xiàn)象。藍色亞甲基藍在乳液中的擴散速度快于紅色染料蘇丹紅Ⅲ，確定乳液為水包油型。乳液的pH為5.73，折光率為1.363 3。

2.5 粒徑及粒度分布

按照2.3中最終配比，制備三批胡柚精油納米乳，由激光粒度儀測定得出3個批次的納米乳的平均粒度分比為21.07、21.75、20.48 nm。由圖2可以看出，所制備的胡柚精油納米乳，90%以上的粒徑直徑集中在30 nm（小于100 nm）以內(nèi)，說明制備的胡柚精油納米乳符合粒徑大小要求。

圖2 胡柚精油納米乳粒徑分布Fig.2 Size distribution of grapefruit oil

2.6 胡柚精油納米乳穩(wěn)定性

2.6.1 長期靜置

取3個批次胡柚精油納米乳，密封置于室溫下（20℃～25℃）靜置，定期觀測納米乳形態(tài)、pH、折光率等。納米乳的相關(guān)數(shù)據(jù)的變化見表4。

表4 長期留樣試驗結(jié)果Table4 Long-term retention samples test results

可以看出，胡柚精油納米乳在常溫環(huán)境下，經(jīng)長期的存放，其品質(zhì)基本沒有發(fā)生變化。表觀上一直清澈透明、流動性良好，pH略有波動但是變化不大，折光值較穩(wěn)定，因此明胡柚精油納米乳在室溫環(huán)境能夠長期保持品質(zhì)穩(wěn)定。

2.6.2 高溫處理

高溫環(huán)境會對納米乳的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，造成精油揮發(fā)以及破乳分層等現(xiàn)象。胡柚精油納米乳高溫試驗結(jié)果見表5。

表5 高溫加速實驗結(jié)果Table5 High temperature accelerated experimental results

胡柚精油納米乳在第10天的檢測中，底部出現(xiàn)微弱的渾濁現(xiàn)象，經(jīng)搖晃振蕩后會恢復(fù)澄清透明的狀態(tài)，在整個存放過程中，沒有出現(xiàn)結(jié)塊、破乳現(xiàn)象。納米乳的pH基本上都有所下降，但是整個變化范圍不大，折光值基本不變。以上現(xiàn)象及數(shù)據(jù)表明，胡柚精油納米乳的熱穩(wěn)定性良好。

3 結(jié)果與討論

本實驗以胡柚精油直接作為油相，選用Span-80與Tween-80混合（HLB值為13）的混合表面活性劑，以丙三醇為助表面活性劑，用滴定轉(zhuǎn)相法與超聲波法相結(jié)合的方式制備胡柚精油納米乳。乳液清澈透明、流動性良好，屬于O/W型納米乳，平均粒徑在21 nm左右，且粒徑大小比較集中。經(jīng)長期靜置和高溫處理等，顯示胡柚精油納米乳有良好的穩(wěn)定性。

對于胡柚精油而言，將其制備乳液能提高其研究價值和擴寬利用范圍。實驗中胡柚精油納米乳液的制備工藝還有待進一步的優(yōu)化探究；同時不同粒徑大小的胡柚精油納米乳之間在相應(yīng)理化性質(zhì)等方面可能存在的差異，乳液折光率和pH隨時間及外界條件的微小變化，也可成為進一步的研究方向。

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Preparations of the Nano-emulsion Grapefruit Essential Oil and Its Quality Evaluation

HE Jun，YAO Xiao-ling*，F(xiàn)ENG Gui-ren，WANG Rui，YANG Bo-lin
（School of Food and Pharmaceutical Engineering，F(xiàn)aculty of Light Industry Research，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，Hubei，China）

The Grapefruit Essential Oil Nanoemulsion （GEON）was prepared and its quality was evaluated.The method of preparing the GEON was optimized by studying the pseudo phase diagram.The grapefruit essential oil was used as the oil phase directly.The mixed surfactants of nonionic surfactant were Tween-80 and Span-80，and the co-surfactant was glycerol.The other ingredient of GEON was distilled water.The GEON which belonged toO/W nanoemulsion was clear and transparent with obvious Tyndall phenomenon，and average diameter of it was 21 nm with uniform size distribution by laser particle analyzer.Through influencing factors experiment，the GEON hadgood physical stability.

grapefruit essential oil nanoemulsion；surfactants；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.01.002

2014-07-12

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：201210500076）

何君（1992—），男（漢），本科，研究方向：食品加工學(xué)基礎(chǔ)。

*通信作者：姚曉玲（1962—），女（漢），教授，主要從事食品加工技術(shù)研究工作。