王海燕
(莆田學院 工程實訓中心,福建 莆田 351100)
鱷魚是迄今生存著的最原始的動物之一,其全身都是寶,已被開發(fā)并廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化工等領域。研究發(fā)現(xiàn),鱷魚油中所含的脂肪酸多達24種,不飽和脂肪酸高達71.5%,主要由亞油酸和花生四烯酸組成[1],且其理化特性與人體脂肪相近,具有良好的滲透性,極易為人體接納與吸收[2]。鱷魚油已被證實具有防凍防寒、抗菌抗炎、促進皮膚燒傷愈合、抑制疤痕形成等功效[3-4],因此其在化妝品領域具有巨大潛力。目前關于鱷魚油的研究,大多集中在鱷魚油提取和精制方面[5-6],而關于鱷魚油產(chǎn)品方面,國內(nèi)外已開發(fā)出鱷魚油凍瘡膏、鱷魚油燙傷膏等系列產(chǎn)品,但若能對鱷魚油進一步開發(fā)利用,將其廣泛應用于護膚品中,則具有廣闊前景。
鱷魚油富含多不飽和脂肪酸,在生產(chǎn)和儲運過程中很多成分容易損失和氧化,影響其深加工和高值化利用。微包埋技術是解決這些問題的有效手段之一,微包埋技術主要包括微膠囊技術[7]和微乳化技術[8]。微膠囊技術是將鱷魚油固體化進而保護與控釋,但固體化形式會制約其在化妝品中的應用。微乳是由水、油、表面活性劑及助表面活性劑依照一定配比自發(fā)形成的各向同性且熱力學穩(wěn)定的透明或半透明的溶液體系,粒徑在1~100 nm之間[9]。微乳可以在不改變結構的前提下改善鱷魚油的水溶性,在離心及長時間靜置后保持穩(wěn)定,一系列表面活性劑使其內(nèi)部結構穩(wěn)定,且對其他的液體或包嵌分子具備較強的增溶功能[10-11],因而其具有更高的實際應用價值。目前尚未見到關于鱷魚油微乳包埋的相關研究,本文以鱷魚油為原料,研究鱷魚油微乳的制備工藝,以利鱷魚油的進一步應用與開發(fā)。
聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬脂酸酯(Tween-60,上海麥克林生化科技有限公司);丙三醇(天津市化學試劑供銷公司);山梨醇酐油酸酯(Span-80)、異丁醇、蘇丹紅Ⅲ(上海阿拉丁生化科技股份有限公司);乙二醇、山梨醇酐月桂酸酯(Span-20)、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯(Tween-20)、無水乙醇、亞甲基藍(國藥集團化學試劑有限公司);以上試劑均為分析純。精制鱷魚油(福建鼉龍集團)。
FA-25D勻漿機(上海弗魯克科技發(fā)展有限公司);H1850高速離心機(湘儀離心機儀器有限公司);Vortex3旋渦混合儀(廣州儀科實驗室技術有限公司);HJ-3恒溫磁力攪拌器(深圳天南海北實業(yè)有限公司);3100C電導率儀(奧豪斯儀器(上海)有限公司)。
1.3.1 鱷魚油微乳的配方設計
(1)單一表面活性劑的篩選
分別添加0.5 mL Span-20、0.5 mL Tween-20、0.5 mL Span-80、0.5 mL Tween-60到4支試管中。再向試管內(nèi)分別添加3 mL鱷魚油,用旋渦混合儀旋渦振搖30 s,使之充分混勻。隨后分別加入6.5 mL去離子水,旋渦振搖5 min,使之充分混勻。觀察并記錄放置一定時長后試管內(nèi)溶液的分層體積。
(2)復合表面活性劑的篩選
取5支試管,先在5支試管中各添加3 mL鱷魚油,再分別添加不同親水親油平衡值(hydrophilic lipophilic balance,HLB值)的復合表面活性劑0.5 mL,旋渦振搖30 s,使其混合充分。隨后各加入6.5 mL去離子水,旋渦振搖5 min,使其完全混合。觀察并記錄放置一定時長后試管內(nèi)溶液的分層體積。
(3)擬三相圖的繪制
將復合表面活性劑與助表面活性劑按質(zhì)量比3∶1混勻形成混合表面活性劑,再將混合表面活性劑與鱷魚油分別按照1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的質(zhì)量比進行混合[12],充分攪拌均勻后,邊攪拌邊緩慢滴加去離子水。觀察攪拌過程中乳液從澄清到渾濁再到澄清的現(xiàn)象,記錄下臨界點水的滴加量,分別計算達到臨界狀態(tài)時各相的質(zhì)量百分比,以水、鱷魚油和混合表面活性劑為三個頂點,分別標出各臨界點在相圖中的點并連成線,即為擬三相圖[12]。
(4)助表面活性劑的篩選
將優(yōu)選的復合表面活性劑分別和助表面活性劑以質(zhì)量比3∶1的比例混合均勻,置于離心機中以4000r/min的轉速離心10 min,觀察并記錄離心后每支試管中的溶液是否發(fā)生分層。繪制擬三相圖,比較各微乳區(qū)域面積的大小。
1.3.2 樣品1的制備
以Span-80和Tween-60為復合表面活性劑,無水乙醇為助表面活性劑,混合表面活性劑與鱷魚油質(zhì)量比(S/O)值為9∶1,含水量為80%(以微乳總質(zhì)量計),制得O/W型鱷魚油微乳,記為樣品1。
1.3.3 鱷魚油微乳理化性質(zhì)分析方法
通過觀察丁達爾現(xiàn)象初步確定是否形成微乳。通過觀察亞甲基藍和蘇丹紅Ⅲ在樣品1中的擴散速度,判斷鱷魚油微乳是水包油(O/W)型還是油包水(W/O)型。采用電導率儀測定樣品1的電導率,觀察并記錄鱷魚油微乳電導率隨含水量(質(zhì)量分數(shù))的變化趨勢。
1.3.4 鱷魚油微乳穩(wěn)定性檢測
(1)離心試驗
將樣品1加入離心管內(nèi),放置在離心機中以4000 r/min的轉速離心20 min,觀察并記錄離心之后鱷魚油微乳外觀變化及有無分層、破乳現(xiàn)象發(fā)生。
(2)溫度試驗
取樣品1分別在4℃、25℃、40℃放置15 d,觀察其外觀形態(tài)變化,有無分層或渾濁現(xiàn)象發(fā)生。
表面活性劑復配得到不同HLB值的復合表面活性劑,根據(jù)不同的HLB值確定其各自的質(zhì)量分數(shù),按下式計算:
式中:HLBST,復合表面活性劑的HLB值;HLBS,Span-80的HLB值,HLBS=4.3;HLBT,Tween-60的HLB值,HLBT=14.9;WS,Span-80的質(zhì)量分數(shù),%;WT,Tween-60的質(zhì)量分數(shù),%;WST,復合表面活性劑的質(zhì)量分數(shù),%。
2.1.1 表面活性劑的篩選
單一表面活性劑的篩選結果如表1所示。由表1可得,表面活性劑為Span-20及Tween-20時,乳狀液穩(wěn)定性差,很快就出現(xiàn)分層現(xiàn)象,而表面活性劑為Span-80及Tween-60時,乳狀液不易發(fā)生分層,則可判斷以Span-80及Tween-60為表面活性劑的乳狀液更加穩(wěn)定。
表1 單一表面活性劑篩選結果
復配后的表面活性劑具備協(xié)同增溶效果,為了提高乳化效率,將兩種不同的表面活性劑復配[13-14]。篩選出乳化效果較好的表面活性劑進行復配,形成復合表面活性劑。本試驗以Span-80及Tween-60復配得到不同HLB值的復合表面活性劑,根據(jù)HLB值計算公式確定Span-80、Tween-60用量。復合表面活性劑篩選結果如表2所示。由表2可得,當復合表面活性劑HLB值為8時,乳液不易分層,有著良好穩(wěn)定性,此時復合表面活性劑Span-80和Tween-60的質(zhì)量分數(shù)比為13∶7。
表2 復合表面活性劑篩選結果
2.1.2 助表面活性劑的篩選
通過添加助表面活性劑,調(diào)整水或油的極性,改變表面活性劑的表面活性及HLB值,促進微乳的形成。將表面活性劑及助表面活性劑混合,以提高微乳的乳化效率[15]。助表面活性劑從4種常見的短鏈醇,即無水乙醇、丙三醇、乙二醇和異丁醇中篩選。助表面活性劑篩選結果見圖1,可知丙三醇和乙二醇作為助表面活性劑的混合液穩(wěn)定性差,發(fā)生分層,而無水乙醇和異丁醇作為助表面活性劑的混合液穩(wěn)定性較好,不易分層。
圖1 不同助表面活性劑的表現(xiàn)
圖2 、圖3、圖4、圖5為采用不同種類助表面活性劑制備鱷魚油微乳擬三相圖,則4種不同助表面活性劑形成的微乳區(qū)域面積(陰影部分,下同)從大到小排序如下:無水乙醇>異丁醇>丙三醇>乙二醇。助表面活性劑在微乳形成過程中,能和表面活性劑形成混合界面膜,降低表面活性劑分子間的電荷斥力及互斥力,改善界面膜的流動性和柔順性,降低形成微乳所需的界面彎曲能,促進微乳的形成[16]。4種助表面活性劑中,無水乙醇的分子量最小,更容易插入表面活性劑的單分子膜,有利于微乳的形成,微乳區(qū)域面積相對較大,而異丁醇、丙三醇、乙二醇由于黏度相對較大,易形成液晶或凝膠[17],微乳區(qū)域面積相對較小,故本試驗選用無水乙醇為助表面活性劑來制備鱷魚油微乳。
圖2 以無水乙醇為助表面活性劑鱷魚油微乳擬三相圖
圖3 以丙三醇為助表面活性劑鱷魚油微乳擬三相圖
圖4 以乙二醇為助表面活性劑鱷魚油微乳擬三相圖
圖5 以異丁醇為助表面活性劑鱷魚油微乳擬三相圖
2.1.3 鱷魚油微乳的制備
微乳的制備方法有Schulman法和Shah法。Schulman法是由水相、油相和表面活性劑三者混勻形成乳狀液,再緩慢地將助表面活性劑滴入其中,體系會在某一刻突然變成透明狀態(tài)從而形成微乳[18];Shah法是先把助表面活性劑、表面活性劑和油相混合均勻形成乳狀液,再緩慢地向該乳狀液中滴加水,體系會在某一瞬間轉為透明狀態(tài)而形成微乳[19]。采用不同方法制備微乳形成的擬三相圖見圖6、圖7,由圖可見,相較Schulman法,Shah法微乳區(qū)域面積更大,且在實驗過程中,Shah法在相變過程產(chǎn)生的凝膠、液晶和膠團化等狀態(tài)及現(xiàn)象更加清晰明了、易于觀察。
圖6 Schulman法鱷魚油微乳擬三相圖
圖7 Shah法鱷魚油微乳擬三相圖
樣品1外觀良好,未出現(xiàn)分層,有丁達爾現(xiàn)象。選用染色法鑒定鱷魚油微乳構型,亞甲基藍在鱷魚油微乳中迅速擴散,而蘇丹紅Ⅲ在鱷魚油微乳中基本不擴散,表明制得的樣品1為O/W型微乳。
微乳分為油包水(W/O)、水包油(O/W)和雙連續(xù)(B.C.)三種結構,電導率在一定程度上能反映微乳的相行為及結構特征,常用于鑒別微乳構型[20]。微乳液電導率隨著含水量的增加,通常呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。這是由于當微乳處于W/O狀態(tài)時,隨著水分子的增多,導電粒子碰撞增多,電導率逐漸升高;當微乳處于雙連續(xù)狀態(tài)時,微乳中既有W/O微粒,也有O/W微粒,電導率升高速度變慢,直至達到最大值;當微乳處于O/W狀態(tài)時,隨著含水量增加,微乳不斷被稀釋,電導率有所下降。當S/O=9∶1時能制備出可無限稀釋微乳,因此在室溫下測量樣品1的電導率隨著含水量的變化,結果見圖8。可見,含水量在10%~70%時,微乳的電導率隨含水量的增加而逐漸升高,表明此時微乳以W/O型為主;當含水量為70%時電導率達到最大值,隨后隨著含水量的增加,微乳的電導率下降,這說明當含水量大于70%時所形成的微乳是O/W型鱷魚油微乳。
圖8 樣品1的電導率-含水量曲線圖
對微乳進行穩(wěn)定性研究有助于微乳的貯藏、加工和運輸。樣品1在4000 r/min的轉速下離心20 min后仍保持原來的狀態(tài),并無分層,且沒有發(fā)現(xiàn)破乳現(xiàn)象,故所制備鱷魚油微乳具備良好的離心穩(wěn)定性。在4℃和25℃條件下保存15 d后,樣品1的外觀穩(wěn)定,流動性良好,沒有分層現(xiàn)象,表面未出現(xiàn)油滴,說明鱷魚油微乳短期內(nèi)在室溫下對熱較穩(wěn)定,但在40℃下保存15d后,微乳外觀顏色加深,說明該微乳不適宜高溫儲藏。
本研究以鱷魚油為油相,借助擬三相圖優(yōu)化鱷魚油微乳配方,同時考察了在S/O值為9∶1,且含水量為80%的條件下制得的微乳(樣品1)的理化性質(zhì)和穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn):以Span-80和Tween-60(質(zhì)量分數(shù)比為13∶7、HLB值為8)為復合表面活性劑,無水乙醇為助表面活性劑,采用Shah法成功制得O/W型鱷魚油微乳。通過穩(wěn)定性實驗可知,樣品1的緩釋性能較強,該微乳離心后不發(fā)生分層,保持穩(wěn)定,但高溫不穩(wěn)定,適宜在25℃以下儲藏。本研究將鱷魚油制備成微乳可以增強其滲透性,更易被皮膚吸收,為鱷魚油在化妝品領域的進一步開發(fā)和應用奠定了良好的基礎。