劉 君，王雅娟，李興貞，曹昕琪，馬傳國(guó)*

（1 河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 鄭州450001 2 小麥和玉米深加工國(guó)家工程研究中心 鄭州 450001）

微乳液是由一定比例的油相、水相、表面活性劑和助表面活性劑混合后自發(fā)形成的各向同性、外觀澄清透明或略帶乳光的穩(wěn)定熱力學(xué)分散體系，其液滴粒徑在10～100 nm[1]。由于其具有熱力學(xué)穩(wěn)定性高、粒徑細(xì)小、均勻等特點(diǎn)，因此近年來(lái)被廣泛用于藥物、活性因子及功能成分的包載輸送、無(wú)機(jī)納米材料和水溶性高分子等的制備[2-3]。根據(jù)微乳液形成相態(tài)的特點(diǎn)，微乳液可分為WinsorⅠ型、Winsor Ⅱ型、Winsor Ⅲ型和Winsor Ⅳ型[4-5]。其中，WinsorⅠ型是上相為油相及下相為O/W 型微乳液的體系；Winsor Ⅱ型是上相為W/O 型微乳液及下相為水相的體系；Winsor Ⅲ型是上相為油相，中相為雙連續(xù)型微乳相和下相為水相的體系；Winsor Ⅳ型是均勻的單一微乳液體系。油相的組成、表面活性劑的性質(zhì)、油水比、溫度、水相理化性質(zhì)等因素均影響微乳的相行為[6-7]。

非離子表面活性劑種類繁多，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有一定的耐酸堿、鹽及溫度的穩(wěn)定性。其中吐溫類表面活性劑為聚氧乙烯去水山梨醇的部分脂肪酸酯，具有低毒、低刺激，以及良好的生物相容性，屬于GB 2760-2021 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的食品添加劑范疇，是構(gòu)建食品級(jí)微乳液應(yīng)用最普遍的一類非離子表面活性劑[8-9]。吐溫類表面活性劑制備微乳的難、易取決于油相的種類，一般油相脂肪酸酯鏈長(zhǎng)越短形成微乳越容易[10-11]。丁酸乙酯是一種食品級(jí)風(fēng)味物質(zhì)，是構(gòu)建微乳效果理想的一種油相。文獻(xiàn)報(bào)道了有關(guān)吐溫/丁酸乙酯食品級(jí)微乳對(duì)食品活性成份的包載增溶[12-14]。如：顏秀花等[15]以吐溫/丁酸乙酯水包油微乳作為包載體，成功解決了β-胡蘿卜素的水溶性差、易被氧化等不穩(wěn)定性的問(wèn)題。劉妙青等[16]考察了吐溫80/正丁醇/丁酸乙酯/水微乳液體系對(duì)水難溶性藥物槲皮素的增溶作用，結(jié)果表明，槲皮素在以丁酸乙酯為油相的微乳液和其相應(yīng)的膠束溶液中溶解度明顯增大，在室溫和低溫下放置較穩(wěn)定，其外觀性狀和藥物含量均沒(méi)有明顯變化。

微乳液的可稀釋性是微乳液包載性能的一個(gè)重要性質(zhì)[17-18]。研究表明小分子短鏈醇有助于形成U 型可稀釋微乳通道（全稀釋通道），在全稀釋通道上存在由水包油-雙連續(xù)-油包水微乳的微觀結(jié)構(gòu)變化[19]。Deng 等[20]研究百里酚在微乳液中的抑菌性和抗氧化性，在微乳區(qū)無(wú)限稀釋線上隨水相百分含量增大，微乳微觀結(jié)構(gòu)由W/O 到雙連續(xù)相再到O/W 型轉(zhuǎn)變，百里酚的抑菌性逐漸降低，而清除自由基能力逐漸增強(qiáng)。由此可見(jiàn)，全稀釋線通道上微乳液的增溶能力及對(duì)活性成分的保護(hù)性與微乳的微觀結(jié)構(gòu)及界面性質(zhì)密切相關(guān)。張佩華等[21]研究了以吐溫為表面活性劑、單硬脂酸甘油酯為油相的微乳相行為，確定了微乳的全稀釋通道配方。Kalaitzaki 等[22]研究了以吐溫為表面活性劑、檸檬油為油相的微乳的相行為，并應(yīng)用電子順磁波譜探究微乳全稀釋線上微乳的界面特性。

本文通過(guò)微乳液的擬三元相圖探究以吐溫為表面活性劑、丁酸乙酯為油相的微乳液相行為；探究表面活性劑、助表面活性劑及表面活性劑/助表面活性劑質(zhì)量比（Km）對(duì)吐溫-丁酸乙酯微乳相行為的影響，確定最佳吐溫/丁酸乙酯食品級(jí)水包油空白微乳液配方及全稀釋通道，并進(jìn)一步應(yīng)用電導(dǎo)率測(cè)定、動(dòng)態(tài)光散射試驗(yàn)及核磁共振譜方法表征全稀釋線上微乳微觀結(jié)構(gòu)的變化、分子的運(yùn)動(dòng)性及分子間相互作用，為吐溫/丁酸乙酯食品微乳液的實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

吐溫20、40、60、80（分析純級(jí)），上海麥克林生化科技有限公司；乙醇（分析純級(jí)），滄州海岳化工有限公司；丁酸乙酯（分析純級(jí)），上海諾泰化工有限公司；丙二醇、正丁醇（分析純級(jí)），天津市天力化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

全數(shù)字AVANCE ⅢHD 500 MHz 超導(dǎo)核磁共振譜儀，德國(guó)Bruker 公司；馬爾文NANO S90動(dòng)態(tài)光散射儀，英國(guó)馬爾文公司；DDS-307A 電導(dǎo)率儀，上海雷磁儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 微乳液偽三元相圖的繪制 以丁酸乙酯為油相，分別選擇吐溫80、吐溫60、吐溫40、吐溫20為表面活性劑，選用乙醇、丙二醇、正丁醇為助表面活性劑。采用滴水法，設(shè)置表面活性劑與助表面活性劑的質(zhì)量比（Km）分別為1∶4，1∶2，1∶1，2∶1 和4∶1，混合表面活性劑與助表面活性劑形成混合表面活性劑，固定油相與混合表面活性劑的總質(zhì)量為1 g，將油相和混合表面活性劑按照一定質(zhì)量比（1∶9，2∶8，3∶7，4∶6，5∶5，6∶4，7∶3，8∶2，9∶1）混合，水浴振蕩至均勻后，間隔滴加蒸餾水，振蕩，待其恢復(fù)澄清透明狀態(tài)，渾濁時(shí)停止加水并記錄加水總量。按照臨界點(diǎn)油相、表面活性劑相和水相所占比例，借助Origin 8.0 軟件繪制出對(duì)應(yīng)的三元相圖，確定微乳單相區(qū)，應(yīng)用CAD 軟件計(jì)算微乳單相區(qū)占三元相圖總面積的比例。

1.3.2 L91 全稀釋通道的微觀結(jié)構(gòu)及相互作用研究 根據(jù)丁酸乙酯/吐溫80/乙醇/水（Km=1∶1）微乳偽三元相圖，得到可無(wú)限稀釋的單相微乳區(qū)域，選擇混合表面活性劑與丁酸乙酯質(zhì)量比9∶1 全稀釋通道（L91）上不同水相質(zhì)量分?jǐn)?shù)單相微乳（含水量分別為0.1，0.3，0.5，0.7 和0.9），進(jìn)行微乳界面分子間相互作用及微觀結(jié)構(gòu)研究。

NMR 試驗(yàn)采集自Bruker AVANCE Ⅲ 500 MHz 超導(dǎo)核磁共振譜儀上，采用topspin 3.2 自帶標(biāo)準(zhǔn)脈沖序列進(jìn)行檢測(cè)。其中1D 1H NMR 譜圖采用90°小角度激發(fā)，掃描次數(shù)128 次，等待時(shí)間2 s；1D 選擇性NOESY 采用“selnogp”的脈沖序列，等待時(shí)間2 s，掃描次數(shù)128 次；2D DOSY 采用雙相梯度激勵(lì)回波的脈序“l(fā)edbpgp”進(jìn)行檢測(cè)，等待時(shí)間2 s，擴(kuò)散時(shí)間（Δ）為200 ms，渦流延遲（δ）為5 ms，采用場(chǎng)16 個(gè)梯度，掃描次數(shù)32 次；橫向弛豫時(shí)間采用壓水的“CPMG”脈序進(jìn)行檢測(cè)，等待時(shí)間2 s，掃描次數(shù)32 次；縱向弛豫時(shí)間采用壓水的反轉(zhuǎn)恢復(fù)法“t1irpr”進(jìn)行測(cè)量，等待時(shí)間2 s，掃描次數(shù)32 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 表面活性劑鏈長(zhǎng)、助表面活性劑種類及Km值對(duì)微乳相行為的影響

2.1.1 吐溫的疏水鏈長(zhǎng)及不飽和度的影響 本文首先探索了吐溫的鏈長(zhǎng)和不飽和度對(duì)吐溫/短鏈醇/丁酸乙酯/水微乳體系相行為的影響。分別以吐溫80、吐溫60、吐溫40 和吐溫20 為表面活性劑，以乙醇為助表面活性劑，固定Km值為1∶1，按1.3.1節(jié)方法配制微乳液，繪制各微乳的擬三元相圖，如圖1 及表1 所示。由表1 可見(jiàn)，吐溫60 和吐溫80具有最長(zhǎng)的烷基鏈，其微乳區(qū)面積也相對(duì)較大，說(shuō)明吐溫60 和80 更易于包載油相，這顯示了表面活性劑的疏水鏈越長(zhǎng)越利于水包油微乳，形成更大面積的單相微乳區(qū)，這與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)結(jié)果一致[23]。另外，吐溫80 的單相微乳區(qū)面積大于吐溫60，這暗示了表面活性劑疏水鏈的不飽和度增大，其柔性增強(qiáng)，可能更易于包載油相。另外，吐溫60、40、20 的全稀釋通道表面活性劑與油的質(zhì)量比均為9∶1（記為L(zhǎng)91，后計(jì)法相同）；吐溫80 微乳液全稀釋通道的表面活性劑與油的質(zhì)量比8∶2 和9∶1（L82和L91），其無(wú)限稀釋通道最多。這可能是由于吐溫80 烷基鏈上有雙鍵，具有更大的柔性，在界面吸附時(shí)可適應(yīng)更大范圍的液滴粒徑曲率，無(wú)限稀釋時(shí)可以有效包載不同粒徑分布的油滴。由此可見(jiàn)，表面活性劑的疏水鏈越長(zhǎng)不飽和度越高可能更利于水包油單相微乳區(qū)及全稀釋通道的形成。

圖1 不同吐溫/乙醇/丁酸乙酯（Km=1∶1）/水微乳體系擬三元相圖比較Fig.1 The pseudo-ternary phase diagrams of different Tween/ alcohol/ ethyl butyrate（Km=1∶1）/ water MEs

表1 不同吐溫/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系（Km=1∶1）單相微乳區(qū)面積（三角形面積為1）Table 1 The single-phase area of different Tween/alcohol/ethyl butyrate/water MEs with Km as 1∶1（the triangle area is treated as 1）

2.1.2 助表面活性劑的影響 由于微乳的形成需要有短暫的負(fù)表面張力，因此常常在微乳制備過(guò)程中加入低碳鏈醇（C3～6）作為助表面活性劑。助表面活性劑在微乳的形成過(guò)程中的主要作用為：協(xié)助表面活性劑來(lái)降低界面張力和增加界面的流動(dòng)性，以便減少微乳形成時(shí)所需的彎曲能，使微乳液滴易于形成，以及調(diào)節(jié)表面活性劑的HLB 值。本文探究了幾種常用的小分子短鏈醇-乙醇、丙二醇、正丁醇對(duì)吐溫/丁酸乙酯/水微乳相行為的影響，結(jié)果如圖2 和表2 所示。結(jié)果表明，單相微乳區(qū)面積為乙醇＞丙二醇＞正丁醇，說(shuō)明乙醇作為助表面活性劑最有利于丁酸乙酯吐溫單相微乳區(qū)的形成，此結(jié)果與報(bào)導(dǎo)文獻(xiàn)[24]結(jié)果一致，提示短鏈分子醇的鏈長(zhǎng)越短，羥基數(shù)目越多，越利于單相微乳區(qū)的形成；并且乙醇及丙二醇作為助表面活性劑，微乳區(qū)均有兩條無(wú)限稀釋通道，而正丁醇的微乳體系沒(méi)有無(wú)限稀釋通道。由此可見(jiàn)，短鏈分子醇的鏈羥基數(shù)目的增加有利于無(wú)限稀釋通道的形成。短鏈醇的鏈長(zhǎng)越短，其分子運(yùn)動(dòng)性越強(qiáng)，在界面和水相間的交換速率越快，在油水界面更易于吸附與解析附，增強(qiáng)微乳界面的流動(dòng)性，有效調(diào)節(jié)表面活性分子的臨界堆積參數(shù)（CPP）；其羥基越多，越能有效調(diào)節(jié)水油極性，增大界面上表面活性劑的HLB 值，均有助于微乳單相區(qū)及無(wú)限稀釋通道的形成。

圖2 吐溫80/短鏈醇/丁酸乙酯/水微乳體系（Km=1∶1）擬三元相圖比較Fig.2 The pseudo-ternary phase diagrams of Tween 80/short-chainedalcohol/ethylbutyrate/water MEs（Km=1∶1）

表2 吐溫80/短鏈醇/丁酸乙酯/水微乳體系（Km=1∶1）單相微乳區(qū)面積（三角形面積為1）Table 2 The single-phase area of different Tween 80/short-chained alcohol/ethyl butyrate/water MEs with Km=1∶1（the triangle area is treated as 1）

2.1.3 Km值的影響 進(jìn)一步以吐溫80 為表面活性劑、乙醇作為助表面活性劑配制吐溫/丁酸乙酯微乳，探究Km值（表面活性劑與助表面活性劑質(zhì)量比）對(duì)微乳相行為的影響。設(shè)置梯度Km值為1∶4，1∶2，1∶1，2∶1 和4∶1，結(jié)果如圖3 和表3 所示。結(jié)果顯示，Km值為1∶1 時(shí)微乳區(qū)面積最大，這與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的大分子酯質(zhì)作為油相的微乳相行為不完全一致[25]，文獻(xiàn)中大分子酯質(zhì)微乳的微乳區(qū)面積隨Km值增大逐漸增大。需要注意的是，適量的小分子醇能夠調(diào)整HLB 值到最優(yōu)值使微乳更容易形成，而過(guò)多的乙醇則會(huì)使界面的流動(dòng)性過(guò)強(qiáng)，并且降低了水相的極性，增加了連續(xù)相和乳滴油相之間的相互吸引力，反而降低了微乳的形成能力。丁酸乙酯是小分子油相，乙醇作為助表面活性劑后者的作用更為顯著，因此吐溫/乙醇/丁酸乙酯/水微乳在最佳Km值時(shí)具有最大單相微乳區(qū)面積；另外，表面活性劑含量的增大更利用全稀釋通道的形成，這與已報(bào)導(dǎo)文獻(xiàn)的結(jié)果一致[25]。

表3 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系在不同Km 下的單相微乳區(qū)面積（三角形面積為1）Table 3 The single-phase area of Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs with different Km values（the triangle area is treated as 1）

圖3 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系在不同Km 下的擬三元相圖比較Fig.3 The pseudo-ternary phase diagrams of Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs under different Km values

2.2 全稀釋線上微觀結(jié)構(gòu)變化及分子相互作用研究

根據(jù)以上吐溫/丁酸乙酯水包油微乳相行為的比較，以吐溫80 為表面活性劑、乙醇為助表面活性劑、Km值為1 ∶1 進(jìn)一步探究吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系L91 全稀釋線（如圖3c 所示）上微觀結(jié)構(gòu)的變化、分子運(yùn)動(dòng)性及界面分子間相互作用。

2.2.1 電導(dǎo)率及粒徑變化 首先通過(guò)電導(dǎo)法監(jiān)測(cè)了全稀釋線上微乳體系的電導(dǎo)率變化，結(jié)果如圖4a 所示。微乳載水量小于10%微乳呈黏稠狀，電導(dǎo)率較小保持不變，含水量10%～50%體系電導(dǎo)率隨之快速增大，當(dāng)含水量大于50%電導(dǎo)率有波動(dòng)下降趨勢(shì)。文獻(xiàn)[26]報(bào)導(dǎo)了吐溫/乙醇/甘油醋酸酯/水微乳體系全稀釋線上微乳結(jié)構(gòu)由油包水→有序雙連續(xù)結(jié)構(gòu)→水包油的結(jié)構(gòu)變化，圖4a 電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)結(jié)果相近，據(jù)此推導(dǎo)吐溫/乙醇/丁酸乙酯/水L91 稀釋線上可能有相同的結(jié)構(gòu)變化。含水量小于10%體系為油包水結(jié)構(gòu)，電導(dǎo)率較低；10%＜水含量＜50%為有序雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，水作為連續(xù)相，隨著含水量增大體系內(nèi)聚集體數(shù)目增多，電導(dǎo)率逐漸增大；水含量＞50%雙連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的水包油液滴，繼續(xù)增大水含量，聚集體濃度逐漸降低，電導(dǎo)率有所降低。

同時(shí)應(yīng)用動(dòng)態(tài)光散射試驗(yàn)測(cè)量了稀釋線上微乳的粒徑分布，結(jié)果如圖4b 及表4 所示。結(jié)果表明，水含量10%～50%時(shí)體系中存在平均粒徑4.2～8.7 nm 和44～51 nm 的聚集體，載水量超過(guò)70%體系中僅存在10 nm 左右聚集體。需要注意的是，動(dòng)態(tài)光散射測(cè)定時(shí)需要對(duì)微乳進(jìn)行稀釋，因此微乳體系中實(shí)際存在聚集體平均粒徑應(yīng)該大于檢測(cè)值，并且稀釋有可能破壞較大的不規(guī)則聚集體結(jié)構(gòu)。盡管如此，動(dòng)態(tài)光散射顯示的粒徑變化趨勢(shì)基本與電導(dǎo)結(jié)果基本一致，說(shuō)明了含水量50%～70%時(shí)體系內(nèi)存在微乳結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，含水量超過(guò)70%微乳中存在較為單一粒徑（約10 nm）的水包油腫脹膠束。

圖4 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系L91 全稀釋線上不同含水量微乳的電導(dǎo)率（a）及粒徑分布曲線（b）Fig.4 The conductivity（a）and size distribution（b）of Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs along the L91 fully dilutable line with different water contents

表4 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系L91 全稀釋線上不同含水量微乳的粒徑分布Table 4 The size distribution of Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs along the L91 fully dilutable line with different water contents

2.2.2 NMR-自擴(kuò)散系數(shù)、化學(xué)位移 通過(guò)NMR一維氫譜及DOSY 試驗(yàn)進(jìn)一步測(cè)量了L91 全稀釋通道上各組分的自擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)果如圖5 所示。由圖5a 可見(jiàn)，含水量＞10%水的擴(kuò)散系數(shù)一直最大，可見(jiàn)水一直是體系的連續(xù)相，隨著水含量增大體系黏度降低，水?dāng)U散系數(shù)逐漸增大。水含量10%～50%時(shí)吐溫80（見(jiàn)圖5a 中局部放大圖）和丁酸乙酯的擴(kuò)散系數(shù)有下降趨勢(shì)，乙醇擴(kuò)散系數(shù)增加趨勢(shì)比較緩慢，水含量大于50%三者的擴(kuò)散系數(shù)均逐漸增大，此結(jié)果支持了基于電導(dǎo)率和粒徑分布做出的結(jié)構(gòu)推測(cè)，體系中可能存在水包油（水含量＜10%）→有序雙連續(xù)結(jié)構(gòu)（10%～50%）→水包油液滴（＞50%）→水包油腫脹膠束（＞70%）的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。根據(jù)Kogan 等[26]對(duì)有序雙連續(xù)微乳結(jié)構(gòu)的表征，推測(cè)全稀釋線微乳微觀結(jié)構(gòu)的變化示意圖，如圖6 所示。含水量約10%體系內(nèi)形成有序的長(zhǎng)程層狀雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，吐溫80 吸附在界面上，丁酸乙酯包載在層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，吐溫80、丁酸乙酯和乙醇的擴(kuò)散系數(shù)即為在雙連續(xù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散速率較小。隨著水含量的逐漸增大長(zhǎng)程有序的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)逐漸破壞，短程有序的雙層結(jié)構(gòu)逐漸形成，吐溫80 和丁酸乙酯的擴(kuò)散表現(xiàn)為在雙層結(jié)構(gòu)內(nèi)的擴(kuò)散和隨著雙層結(jié)構(gòu)在水連續(xù)相的擴(kuò)散，因此擴(kuò)散系數(shù)反而降低；繼續(xù)增大含水量雙層結(jié)構(gòu)完全被破壞（含水量30%～50%），逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗臀⑷橐旱渭澳[脹膠束（含水量超過(guò)50%完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶旱渭澳[脹膠束），吐溫80 和丁酸乙酯的擴(kuò)散主要表現(xiàn)為隨著液滴在水連續(xù)相的擴(kuò)散，隨著聚集體體積的減小及體系黏度降低，各組分的擴(kuò)散系數(shù)均隨水含量的增大顯著增大。

通過(guò)1H NMR 譜圖測(cè)定了各組分質(zhì)子基團(tuán)化學(xué)位移的變化，結(jié)果如圖5b 所示。吐溫80、丁酸乙酯及乙醇的各質(zhì)子基團(tuán)（T7、E5 和A1），化學(xué)位移均隨水含量增加化學(xué)位移向高場(chǎng)方向移動(dòng)（其它質(zhì)子變化趨勢(shì)同），而含水量30%～50%時(shí)存在一個(gè)變化平臺(tái)；水的化學(xué)位移在含水量10%～50%時(shí)逐漸向低場(chǎng)方向移動(dòng)，而含水量大于50%水的化學(xué)位移不再顯著變化。這顯示了體系在含水量30%～50%時(shí)存在結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，這支持了圖6 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的推測(cè)。微乳結(jié)構(gòu)由液晶-層狀有序雙連續(xù)結(jié)構(gòu)-水包油液滴變化過(guò)程中，吐溫80、丁酸乙酯及乙醇一直吸附聚集體界面或包載在聚集體中，隨著結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變聚集體的曲率增大，聚集體中各組分分子感受到的分子環(huán)境擁擠度逐漸增大疏水性逐漸增強(qiáng)，質(zhì)子基團(tuán)感受到的屏蔽作用增強(qiáng)，因此化學(xué)位移均向高場(chǎng)移動(dòng)，含水量30%～50%變化平臺(tái)反映了有序雙連續(xù)結(jié)構(gòu)向水包油液滴的過(guò)渡，即短程有序的層狀結(jié)構(gòu)階段（如圖6 所示）。含水量10%～50%結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程中水分子不斷的從疏水環(huán)境中釋放，所處極性逐漸增強(qiáng)，化學(xué)位移向高場(chǎng)移動(dòng)，含水量大于50%體系中水作為分散相化學(xué)位移不再改變，也暗示了此時(shí)體系中為穩(wěn)定粒徑的水包油液滴。

圖5 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系L91 全稀釋線上微乳各分子的自擴(kuò)散系數(shù)（a）及化學(xué)位移（b）隨水含量的變化趨勢(shì)Fig.5 The variations of diffusion coefficients（a）and chemical shifts（b）of each components in Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs along the L91 fully dilutable line with water contents increasing

圖6 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系L91 全稀釋線上隨著水含量增加微乳可能的微觀結(jié)構(gòu)變化示意圖[26]Fig.6 The possible microstructure transition inside Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs along the L91 fully-dilutable line with water contents increasing[26]

2.2.3 NMR 弛豫時(shí)間變化 核磁弛豫時(shí)間能夠反映分子的運(yùn)動(dòng)性，進(jìn)一步檢測(cè)了L91 稀釋線上隨著結(jié)構(gòu)變化各組分分子的弛豫時(shí)間T1、T2的變化，并計(jì)算了其TR值（T1/T2），結(jié)果如圖7 所示。T1、T2、TR的變化趨勢(shì)相同，其中TR（1＞TR＞0）更能直接反映分子的運(yùn)動(dòng)受限情況，TR值越小說(shuō)明分子的運(yùn)動(dòng)受限性越強(qiáng)。由圖7c 所示，吐溫80 的疏水鏈質(zhì)子T2一直具有最小的TR值，說(shuō)明吐溫80 分子疏水鏈嵌入界面層運(yùn)動(dòng)受限，而其親水基團(tuán)T7 在液滴界面的外層與水相接觸，運(yùn)動(dòng)性較強(qiáng)，其TR值較T2的大。隨著水含量的增大，T2的TR逐漸降低，而T7 的TR逐漸增大，這反映了微乳聚集體在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程中聚集體曲率逐漸變大，界面分子的堆積緊密度增大，因此T2的TR值逐漸增大，而T7 一直與水相接觸，隨著水相分?jǐn)?shù)增大反而運(yùn)動(dòng)性增強(qiáng)；另外，丁酸乙酯的E4 隨著含水量的增大TR值也逐漸降低，說(shuō)明丁酸乙酯一直被包載在界面內(nèi)，隨著聚集體曲率逐漸增大，其運(yùn)動(dòng)受限程度增強(qiáng)。吐溫80 和丁酸乙酯TR值的變化趨勢(shì)很好的支持了圖6 結(jié)構(gòu)變化的推測(cè)，微乳結(jié)構(gòu)由有序雙連續(xù)結(jié)構(gòu)→水包油液滴→腫脹膠束轉(zhuǎn)變過(guò)程中聚集體曲率不斷增大；含水量10%～30%乙醇A2的TR值降低，含水量大于30%其TR值逐漸增大，這是因?yàn)楹?0%～30%的有序?qū)訝铍p連續(xù)結(jié)構(gòu)中，乙醇主要被吸附在界面內(nèi)層或者包載在油相中，運(yùn)動(dòng)性受限，當(dāng)水含量大于30%體系內(nèi)層狀結(jié)構(gòu)逐漸向水包油液滴轉(zhuǎn)變（圖6 所示），乙醇逐漸被釋放到界面外層或者水相中，運(yùn)動(dòng)性逐漸增強(qiáng)。

圖7 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系L91 全稀釋線上微乳中各分子的弛豫時(shí)間T1（a）、T2（b）和TR（c）隨水含量的變化趨勢(shì)Fig.7 The variations of relaxation time T1（a），T2（b）and TR（c）in the Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs along L91 fully dilutable line with water contents increasing

2.2.4 分子間相互作用 應(yīng)用一維選擇性激發(fā)試驗(yàn)，對(duì)微乳區(qū)各組分分子進(jìn)行選擇性激發(fā)，進(jìn)一步探究了L91 線上水含量30%體系中各組分分子間相互作用。如圖8 所示，分別對(duì)微乳組分分子的質(zhì)子基團(tuán)進(jìn)行選擇性激發(fā)（紅色箭頭指向激發(fā)位置），與激發(fā)質(zhì)子存在相互作用的質(zhì)子基團(tuán)會(huì)在相應(yīng)化學(xué)位移處產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)。如圖8 所示，對(duì)丁酸乙酯的E5、E4、E3 和E1 進(jìn)行選擇性激發(fā)，可以觀察到丁酸乙酯與自身質(zhì)子基團(tuán)較強(qiáng)的負(fù)信號(hào)相關(guān)峰、與乙醇的A1、A2 較弱的負(fù)信號(hào)相關(guān)峰及與吐溫的T7 和T2 較弱的正相關(guān)信號(hào)峰，而與水質(zhì)子無(wú)相關(guān)信號(hào)峰。如圖6 微乳微觀結(jié)構(gòu)圖所示，丁酸乙酯被包載在聚集體內(nèi)部，與界面分子吐溫80 分子及乙醇分子存在相互作用，而與水無(wú)相互作用。另外，丁酸乙酯與吐溫的相關(guān)峰為正信號(hào)，說(shuō)明吐溫80 分子存在于較大的聚集體中。分別對(duì)T7-A2和T2-E2-A1 的重疊信號(hào)進(jìn)行激發(fā)，可以觀測(cè)到它們與水較強(qiáng)的相關(guān)信號(hào)峰，并且T7-A2-H2O 的相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度比T2-A1-H2O 的更大，這說(shuō)明吐溫80 和乙醇均與水有相互作用，并且親水基團(tuán)T7與水相互作用更強(qiáng)。由此可見(jiàn)，選擇性激發(fā)的結(jié)果很好的支撐了L91 線上含水量30%的微乳體系中存在以水為連續(xù)相的有序的層狀雙連續(xù)結(jié)構(gòu)（圖6 所示）。

圖8 吐溫80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳體系L91 全稀釋線上水含量30%微乳的1D 1H NMR 譜圖及各分子質(zhì)子編號(hào)Fig.8 The 1D 1H NMR spectra of Tween 80/ethyl alcohol/ethyl butyrate/water MEs with 30% water content along L91 fully dilutable line and the proton numberingof each components

3 結(jié)論

通過(guò)擬三元相圖法探究了幾種吐溫乳化劑、助表面活性劑及Km值對(duì)丁酸乙酯/吐溫微乳相行為的影響，并進(jìn)一步應(yīng)用電導(dǎo)率法、動(dòng)態(tài)光散射和NMR 方法探究了微乳中各組分的相互作用以及全稀釋線上可能的微觀結(jié)構(gòu)、分子運(yùn)動(dòng)性及分子間相互作用。結(jié)果表明吐溫80 作為表面活性劑、乙醇作為助表面活性劑微乳體系形成的單相微乳區(qū)面積最大、全稀釋通道最多；Km值越大微乳的無(wú)限稀釋通道越多，在Km值為1∶1 微乳具有最大的單相微乳區(qū)面積。在微乳的全稀釋通道上隨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，體系中可能存在油包水→有序雙連續(xù)相→水包油液滴→腫脹膠束的微觀結(jié)構(gòu)變化；在有序雙連續(xù)結(jié)構(gòu)微乳中各組分間的相互作用方式為：吐溫80 存在于丁酸乙酯/水界面上，親水基團(tuán)與水接觸，疏水基團(tuán)與丁酸乙酯油相接觸，將丁酸乙酯包裹在雙層結(jié)構(gòu)內(nèi)部，乙醇同時(shí)存在于水相或油水界面與水、油及吐溫80 均有直接的分子間相互作用。