胡孟淮,閆紹軒

(1.青島市第39中學 2016級三班，山東 青島 266042；2.山東省青島第二中學 2018級九班, 山東 青島 266042)

乳狀液指的是一種液體以顆粒形式在不相容的另一種液體當中形成的分散體，已經在我們的日常生活和工業(yè)生產當中得到了廣泛的應用。根據分散相和連續(xù)相的種類，常見的乳狀液可以分為水包油乳狀液(油相分散在水相當中)和油包水乳狀液(水相分散在油相當中)兩種，而兩種不相容的液體由特定的乳化劑進行穩(wěn)定。

在實際應用當中，很多乳狀液產品當中的油相為有機溶劑，從而帶來一些安全或環(huán)保方面的問題，比如家居裝修用的乳狀液產品所使用的有機溶劑可能會導致慢性疾病。近年來“水包水乳狀液”這個新穎的概念得到了越來越多的關注。由于分散相和流動相均為水相，水包水乳狀液具有綠色、環(huán)保等優(yōu)點。水包水乳化液是一個很新的話題。國外的研究主要集中在聚合物合成、藥物緩釋、乳化劑優(yōu)化、水相成分的選擇等方面。在國內，這一方面的研究也不多，主要集中于水性緩釋藥物，或者是高分子合成方向。文獻報道的水包水乳狀液多采用人工合成的表面活性劑制備[1-3]，完全采用天然產物制備的水包水型乳狀液尚鮮見于報道。本研究的目的是建立一個能夠使用天然產物作為乳化劑來合成水包水性乳狀液的方法，從而為進一步研究沒有有機溶劑、安全無毒的日用化工產品(如無危害涂料)等奠定基礎。在本文報道的初步研究當中，所采用的實驗材料為最為常見的奶粉，雞蛋。本項目的技術思路如下：

(1)采用多種天然大分子，脫脂奶粉、羥乙基纖維素和羥丙基纖維素，兩兩對應制備多種不相容的水溶液；

(2)采用具有界面活性的另一種天然大分子物質，蛋黃作為乳化液；

(3)考察制備穩(wěn)定的水包水乳狀液所需的優(yōu)化條件，包括①是否添加乳化液;②添加不同的天然大分子物質;③調節(jié)樣品的酸堿度。

通過對乳狀液穩(wěn)定性的測試， 實驗的結果能夠為進一步的研究提供以下重要信息：

(1)水包水乳化液的穩(wěn)定條件(分散型和連續(xù)相的化學組成、pH值)；

(2)顆粒型乳狀液穩(wěn)定劑的選擇。

水包水乳化液尚未得到足夠重視，本項目將這一新穎概念引入日用化工研究領域，有望為環(huán)保安全涂料的研究開發(fā)開拓新的路線。

1 實驗材料

兩種水溶性改性天然產物，羥乙基纖維素(20%的膠體)、羥丙基纖維素(20%的膠體)由青島科技大學提供。雞蛋和脫脂奶粉購自青島當?shù)爻小Ｏ←}酸購自煙臺遠東精細有限公司、氫氧化鈉購自天津市恒興化學試劑制造有限公司。蒸餾水由青島科技大學制備。

2 實驗步驟

實驗一： 測試幾種天然產物水溶液的混溶性

在三個樣品瓶中分別加入8g蒸餾水，然后分別加入 (1) 2g脫脂奶粉,(2) 1g 20%的羥丙基纖維素膠體，1g脫脂奶粉,(3)1g 20%的羥乙基纖維素膠體，1g脫脂奶粉。將三個樣品瓶中的混合物震蕩搖勻，然后靜置24h。

實驗二：蛋清、蛋黃水溶液的混溶性

在三個樣品瓶中分別加入8g蒸餾水，然后分別加入 (1) 2g蛋清,(2) 2g蛋黃,(3)1g蛋黃、1g蛋清。將三個樣品瓶中的混合物震蕩搖勻，然后靜置24h。

實驗三 不同pH值條件下羥乙基纖維素與其他天然產物形成乳化液的能力

將2g脫脂奶粉、2g羥乙基纖維素膠體、2g蛋黃和24g純凈水混合，然后均勻分成6份，其中一份不做處理，編號X1，其余5組的pH值分別調為5、6、7、8、9，編號X1-5、X1-6、X1-7、X1-8、X1-9，震蕩搖勻然后靜置24h。

實驗四：不同pH值條件下羥丙基纖維素與其他天然產物形成乳化液的能力

將2g脫脂奶粉、2g羥丙基纖維素膠體、2g蛋黃和24g純凈水混合，然后均勻分成6份，其中一份不做處理，編號X2，其余5組的p H值分別調為5、6、7、8、9，編號X2-5、X2-6、X2-7、X2-8、X2-9，震蕩搖勻然后靜置24h。。

3 實驗結果與討論

本實驗的目的是尋找一種或幾種能夠形成水包水乳狀液的天然大分子以及天然乳化劑。

在實驗一當中，所測試的三種天然大分子(或簡單加工品)分別為脫脂奶粉、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素。實驗結果如圖1所示。

樣品1 (脫脂奶粉-水)； 樣品2(脫脂奶粉+羥丙基纖維素-水)；樣品3(脫脂奶粉+羥乙基纖維素-水)。圖a： 靜置1h后；圖b：靜置24h后。

圖1 實驗一當中靜置1h后的三個樣品

脫脂奶粉溶于水可以形成穩(wěn)定的膠體，而實驗所用市售羥丙基纖維素和羥乙基纖維素均為穩(wěn)定膠體，所以這三種大分子單獨加入水中的時候都能得到穩(wěn)定乳狀液。然而，當脫脂奶粉和羥丙基纖維素混合于水溶液中時，它們出現(xiàn)了不相容的現(xiàn)象。這種不相容現(xiàn)象沒有出現(xiàn)在脫脂奶粉和羥乙基纖維素的混合溶液里，這兩種大分子的混合溶液出現(xiàn)了明顯的穩(wěn)定乳狀液的特征，這表明脫脂奶粉(乳清蛋白和酪蛋白)和羥乙基纖維素之間沒有強烈的吸引作用，所以兩種大分子能共存于水溶液。

實驗二則考察了另外兩種常見的天然大分子混合物：蛋清和蛋黃。結果如圖2。

蛋清蛋白是幾種蛋白質的混合物，而蛋黃的主要成分則是卵磷脂。實驗二的結果(圖2)表明，蛋清蛋白可以在水中形成穩(wěn)定的乳狀液，而卵磷脂則不能形成穩(wěn)定的乳狀液。但是，當?shù)扒宓鞍缀吐蚜字瑫r存在于水溶液當中時，所得乳狀液很穩(wěn)定。這表明卵磷脂可以和一些蛋白質的相互作用對于乳狀液的穩(wěn)定性很重要。

實驗三和實驗四的目的是判斷卵磷脂是否真的能夠作為水包水乳狀液。為了回答這個問題，所選用的生物大分子為脫脂奶粉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素。考慮到卵磷脂的結構，在酸性條件或者是堿性條件下卵磷脂均能夠攜帶電荷，從而具有較好的乳化劑性能。所以本研究設計了在pH值5～9這個范圍內進行實驗。

羥乙基纖維素+脫脂奶粉+蛋黃-水體系靜置24h后結果如圖3a所示。實驗表明pH值為5或者9的時候，乳狀液很穩(wěn)定。羥丙基纖維素+脫脂奶粉+蛋黃-水體系靜置24h后結果如圖3b示。實驗表明pH值為5的時候，乳狀液很穩(wěn)定。

樣品1 (蛋清-水)； 樣品2(蛋黃-水)；樣品2(蛋清+蛋黃-水)

在實驗一當中，所得穩(wěn)定乳狀液有兩種可能：(1)特定生物大分子(脫脂奶粉里的酪蛋白和乳清蛋白或者是蛋白-羥乙基纖維素的復合體)的顆粒穩(wěn)定的懸浮于水中；(2)水包水乳狀液，其分散相和內相分別被蛋白或羥乙基纖維素溶液，而乳化劑則是蛋白-羥乙基纖維素的復合體；考慮到水包水乳狀液的要求之一是分散相和流動相不相容，第二種可能性不大。

在實驗二當中，所得穩(wěn)定乳狀液有三種可能：(1)特定生物大分子(蛋清蛋白或者是蛋清蛋白-卵磷脂復合體)的顆粒穩(wěn)定的懸浮于水中；(2)水包水乳狀液，其分散相和流動相分別被蛋白或卵磷脂溶液，而乳化劑則是蛋白-卵磷脂的復合體；(3)水包水乳狀液，其分散相和流動相分別被蛋清蛋白中的一種蛋白形成的溶液，而乳化劑則是卵磷脂?？紤]到卵磷脂的水溶性不高，第二種可能性不大?？紤]到水包水乳狀液的要求之一是分散相和流動相不相容，第三種可能性也不大。

實驗三的結果表明：在pH值=5或者是9的情況下，脫脂奶粉-羥乙基纖維素混合溶液在卵磷脂的作用下能夠形成穩(wěn)定的乳狀液。由于脫脂奶粉-羥乙基纖維素溶液可以形成穩(wěn)定的乳狀液(圖3)，實驗三不能較為肯定的說明所形成的乳狀液是否為水包水乳狀液。

實驗四則表明：在pH值=5的情況下，脫脂奶粉-羥丙基纖維素混合溶液在卵磷脂的作用下能夠形成穩(wěn)定的乳狀液?？紤]到脫脂奶粉-羥丙基纖維素混合溶液以及卵磷脂溶液都不具有較好的穩(wěn)定性(圖2，圖3)，以上實驗結果表明在較弱酸性條件下(pH值=5)卵磷脂很可能起到了乳化劑的作用并促使脫脂奶粉-羥丙基纖維素-水混合體系形成了水包水乳狀液。

水包水乳狀液可以簡化的描述為被特定乳化劑所穩(wěn)定的兩個互不相容的水相。作為計劃中的一系列實驗的第一步，本文報道的初步實驗證明了卵磷脂在弱酸性條件下非常有希望作為水包水乳狀液的乳化劑，而脫脂奶粉-羥乙基基纖維素(或者羥丙基纖維素)在這一條件下能穩(wěn)定的分散于水中。我們的下一步實驗是找到另外一種能夠穩(wěn)定的分散于水中的天然大分子，而且所形成的水相與而脫脂奶粉-羥乙基基纖維素(或者羥丙基纖維素)水溶液不相容。

4 實驗結論

本實驗的目的是尋找利用普通天然產物制備水包水乳狀液的可能性。實驗結果表明，蛋黃(卵磷脂)可以作為一種天然的乳化劑用于水包水乳狀液的制備，而分散相和內相所需大分子也可以從容易的到的生物大分子中找到。當?shù)包S(卵磷脂)用作水包水乳狀液的乳化劑時，通過調節(jié)pH值可以具有不同穩(wěn)定性的水包水乳狀液：在較低的pH值(pH值=5)可以得到穩(wěn)定的乳狀液；當羥乙基纖維素用作形成水包水乳狀液的生物大分子之一時，在較低的pH值(pH值=5)或者較高的pH值(pH值=9)均能得到穩(wěn)定的水相，該水相能夠應用于水包水乳狀液的制備。

作為一系列實驗的第一步，本實驗達到了預期的目的，證明了利用易得天然產物制備水包水乳狀液的可能性?；诒緦嶒灥慕Y果，我們將進行進一步的實驗和分析來進一步推進水包水乳狀液這一新技術在日用化工等方面的應用。

致謝：

衷心感謝青島科技大學馬鳳國博士，崔健老師，英國石油公司曾煌博士為本實驗提供的幫助。