动态光散射法测定月见草油微乳粒径的研究

吴红艳，于晓丹，孙长豹，许英一

(1.齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.东北农业大学 食品学院，哈尔滨 150030)

动态光散射法测定月见草油微乳粒径的研究

吴红艳1，于晓丹1，孙长豹2，许英一1

(1.齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.东北农业大学 食品学院，哈尔滨 150030)

微乳的粒径是鉴别微乳液性能和稳定性的重要指标。文章利用动态光散射法测定月见草油微乳的粒径及多分散度。结果表明：以粒径为考察指标，月见草油微乳最佳的制备温度为25 ℃，表面活性剂和油的最佳比例是6∶1，微乳体系的最佳pH值为5～7。在此条件下制备的微乳液粒子的大小比较均一，形态大多呈现圆形。微乳粒子的大小影响微乳的稳定性，但粒子大小不是考察微乳体系稳定性的唯一指标。

微乳；月见草油；动态光散射；粒径；测定

微乳(microemulsion，ME)具有均一稳定、可同时增溶油和水的特性，能够作为某种难溶功能性成分的载体，可将这些功能成分很好地分散到水相中，从而提高难溶解功能成分的水溶性、稳定性。El-Nokaly等[1]将香精和增香剂与乳化剂混合制备微乳，以增加香精的稳定性；也可利用微乳液提取花椒、大料中的风味物质。近年来，人们对食品级微乳的研究越来越关注。在微乳的制备中，通常是由油、表面活性剂、助表面活性剂等参与，有时体系中会呈现多个状态或相态，属于多分散体系，此时体系的界面自由能、多分散霞球型颗粒的相行为、热稳定性等都易发生变化[2,3]。动态光散射法(dynamic light scattering，DLS)是通过测量悬浮液颗粒的扩散系数来得到颗粒的粒径及其分布。DLS已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法，主要用于研究在非常小的角度下在纳米范围内不均匀性的样品颗粒大小及分布。通过对样品粒径的测量可以判定所制样品是否符合微乳的标准，更多研究表明根据微乳的粒径(hydrodynamic diameter)及多分散度PDI值(polydispersity index)可以对微乳体系的稳定性进行评价[4,5]。外界条件及加工、贮藏条件的改变对微乳的粒径有一定影响，进而影响微乳的包封率及稳定性[6]。本文研制以月见草油为油相的食品级微乳。月见草油中含有大量的不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸等，其中γ-亚麻酸含量较多，约为7%～10%。月见草油可以治疗很多种疾病，被誉为“21世纪功能性食品主角”。月见草油微乳具有毒性小，易被人体吸收的优势。微乳的性能和稳定性决定着它的性能和应用，而微乳的粒径大小及均一性又是评价微乳质量的重要指标，因此研究微乳的粒径及PDI值就显得十分重要。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

Tween-80、月桂酸、盐酸、氢氧化钠(国药集团化学试剂有限公司)；月见草油(长白山保护开发区长白工坊生态产品有限公司)；实验中所用水为超纯水。

Nano-ZS90 型马尔文粒径分析仪 英国马尔文仪器有限公司；BS124S型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；C-MAG HS 4型数显型磁力搅拌器 德国IKA公司；DL-360E型智能超声波清洗器 江苏省昆山市超声仪器有限公司；Heal Force PW系列超纯水器 力新仪器上海有限公司；VORTEX OL-902漩涡振荡器 海门市其林贝尔仪器制造有限公司；WYA-2W阿贝折光仪 上海精密科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 月见草油微乳的制备

以Tween-80与月桂酸按10∶1(质量比)比例配制混合表面活性剂，将混合物在恒温磁力搅拌器上混合均匀。分别以混合表面活性剂与月见草油比为10∶1，8∶1，6∶1，4∶1，7∶3混合并在恒温(25 ℃)磁力搅拌器上进行搅拌(以下分别称作10∶1，8∶1，6∶1，4∶1，7∶3微乳)，搅拌过程中缓慢滴加水，当体系变得澄清透明，且使用激光笔平行光入射后激光成束，光感强烈、不分散，即形成微乳液。

1.2.2 pH对微乳粒径的影响

以月见草油为油相，在25 ℃下以Tween-80和月桂酸(10∶1)为表面活性剂，以分别添加HCl和NaOH配制成pH 3～9的水溶液为水相。按1.2.1方法制备微乳后测定不同pH对微乳粒径的影响。

1.2.3 粒径及粒径分布测量

分别取0.5 mL上述不同比例的微乳定容到5 mL，在漩涡振荡器上混合均匀后，测量其折光率，然后将稀释后的微乳倒入比色皿中，把比色皿放入马尔文粒径分析仪中，进行自动测量。参数设定：散射角为90 ℃，吸光度值：0.010，黏度(cP)：0.8872，分散相：水。仪器自动扫描15次后给出粒径和PDI值。

1.3 数据处理

每个实验重复3次，结果表示为Mean±SD，平均值差异显著性分析用SPSS 13.0软件包进行分析。

2 结果分析与讨论

2.1 含油量对微乳液粒径的影响

采用动态光散射法测定粒径时，对于不同的样品，都要选择最佳的样品浓度测量范围。样品浓度太低，没有足够的散射光进行测量；样品浓度高，则会产生多重散射现象。月见草油微乳属于纳米粒子(10 nm<粒径<1000 nm)，样品浓度应该在0.1 mg/L～0.01 g/L之间，因此要对所制备的微乳液进行稀释。对于油包水型的微乳水的加入会破坏微乳的结构，结果会产生很大的偏差。制备微乳时通常情况都将油和表面活性剂的比例设置为1∶9，1∶4，3∶7，4∶6，5∶5，6∶4，7∶3，4∶1，9∶1等，但在实验中，若要形成水包油型微乳，当表面活性剂和油的比例小于1∶1时就已经不能形成微乳了，实验结果均形成浑浊液，油包水微乳制剂实验制备中也有类似现象。因此，本实验选择的表面活性剂和月见草油的比例分别是10∶1，8∶1，6∶1，4∶1，分散相为水相来考察含油量对微乳液粒径的影响，结果见图1。

图1 含油量对微乳体系的粒径和PDI影响

注：与4∶1微乳相比，“**”表示p<0.01。

由图1可知，随着含油量的变化，微乳的粒径有很大的变化。当月见草油∶表面活性剂为4∶1～8∶1时，随着油量的增加，微乳的粒径变大，4∶1时已经大于100 nm，而且PDI值也明显大于6∶1的微乳，说明体系中粒径的分散性较大。但当油的含量降低为1∶10时，微乳的粒径没有随着油含量的降低而减小，反而有所增大，PDI值有所下降，说明体系均一。当含油量较高时(如4∶1微乳)，体系中的表面活性剂相对较少，在形成胶粒过程中表面活性剂不能完全包裹住油，胶粒之间会相互吸附，或者一个胶粒中包裹几个油分子，从而粒径增大，而且不均匀，PDI值变大。当油的含量过低时(10∶1微乳)，由于表面活性剂的量增大，体系黏度变大，胶粒间相对移动减慢，造成相互之间聚集，稳定性降低。因此对于不同的微乳体系，表面活性剂和油量之间也存在最佳的比例。实验中月见草油∶表面活性剂为4∶1～10∶1时均可制备出可无限稀释的微乳。微乳的粒径越小，分布越均匀，它的稳定性也越高。含油量越大，微乳的粒径也随之增大。但要制备食品级微乳就应尽可能降低表面活性剂用量，因此粒径测试实验得出6∶1是表面活性剂和油的最佳比例。

2.2 制备温度对微乳液粒径的影响

微粒之间的作用力决定着粒径的大小，而温度又决定着作用力的变化，所以控制温度在整个制备过程中至关重要，可以通过控制温度有效地控制微乳粒径的大小，制备出适当粒径的纳米材料[7]。实验中以6∶1型微乳为例研究了制备温度对微乳液粒径的影响，结果见图2。

图2 制备温度对微乳粒径及PDI值的影响

注：与25 ℃相比，“*”表示p<0.05，“**”表示p<0.01。

通过比较不同温度对微乳形成的影响，发现在实验过程中，随着制备温度的升高，微乳成乳后的粒径也有所增大，但相差不大。在65 ℃条件下制备的微乳由于温度升高增加溶质在水相中的溶解度，体系的黏度下降，分子间互相滑动比较容易，同时高温使乳胶体粒子的膜变软(膜的硬度下降)，温度高反应速率快，乳胶粒生长速度快。但表面活性剂不能被迅速吸附到胶粒表面以维持乳胶粒的稳定，粒子容易聚结成粗粒子。但与低温相比，高温下油相分散更快，形成微乳的速度也更快。当温度接近或高于昙点时，由于分子热运动加剧，导致表面活性剂与水分子间的氢键断裂，小油滴聚集成较大的液滴，稳定性下降。因此通常制备和放置时的温度都应控制在表面活性剂的昙点之下[8]。

由图2可知，65 ℃下制备的微乳液的PDI值较大，说明体系中粒径的分布不均，且这种微乳室温静置过夜后，微乳液会稍显不透明，说明此温度下制得的微乳稳定性较差。另外，月见草油中的不饱和脂肪酸在高温下不稳定、易氧化，因此不宜选择高温制备微乳。如果制备时降低温度，体系的黏度增加，增大了乳液膜的刚性和粒子的总表面积，有助于微乳结构的形成，且样品PDI值较小，粒子分布均一，体系更为稳定。但低温(小于25 ℃)制备月见草油微乳的平衡时间较长，制备的微乳随放置时间的延长会变得更加清透。因此，实验确定最佳的制备温度为25 ℃。

2.3 pH对粒径的影响

实验中分别用pH 3～9的HCl和NaOH溶液制备4∶1和10∶1的微乳，将微乳于室温下放置12 h后测定微乳的粒径，结果见图3。

图3 pH值对微乳粒径的影响

在不同的pH条件下，微乳的粒径随着放置时间和含油量不同而发生变化。由图3可知，使用不同pH溶液制备的微乳在放置12 h后，微乳的状态和粒径都发生了不同的改变。对于含油量较高的4∶1微乳，pH在5～7时粒径变化不大，微乳相对稳定，无分层现象。而当pH<6时，微乳的粒径明显变大，pH>8时微乳液的粒径变化不大，但微乳液失去乳光，并有白色物质析出。而对于含油量相对较低的10∶1微乳，pH 5～7时微乳粒径变化小，稳定性较好。pH值对微乳粒径的影响主要取决于酸、碱对表面活性剂和油之间的相互作用。Tween-80(聚氧乙烯脱水山梨醇油酸酯)属于酯类，为非离子型表面活性剂，在水中不能离解成离子，因此不能与酸碱发生化学反应，所以在pH 5～7的弱酸弱碱环境对微乳的影响较小。但在pH<6的酸性条件下酯类会发生水解反应；在pH>8的碱性条件下酯类也会发生皂化反应，这两种反应都破坏了酯的结构，从而导致微乳中界面膜发生变化，微乳的粒径随之改变。因此以粒径为考察指标，该微乳体系的最佳pH值为5～7。

2.4 贮存条件对微乳粒径的影响

实验选择的含油量相差较大，对10∶1和4∶1的O/W型微乳进行贮存实验。

图4 60 ℃下含油量对O/W型微乳稳定性的影响

由图4可知，在60 ℃条件下贮存微乳时，10∶1和4∶1的O/W型微乳粒径随着贮存时间的变化发生改变。前10天内2种微乳的粒径均明显增大，在第10～20天内微乳粒径随着时间延长又呈明显下降趋势。主要是由于Tween-80的亲水性差，即与水形成的氢键能力较弱[9]，微乳粒子之间的有效碰撞概率增加，导致粒径变大[10]。而当融合微乳粒子粒径增大到一定程度后的稳定性下降，粒子解体，粒径也明显减小，如果仅以微乳粒径为考察指标，粒径减小微乳的稳定性提高，但10∶1和4∶1这2种微乳贮藏10天后均出现分层现象，这2种O/W型微乳均不适宜在60 ℃环境下贮存。因此粒子大小不是考察微乳稳定性的唯一指标，还要结合感官检验、离心实验等其他方法。

3 结论

以含多不饱和脂肪酸的月见草油为油相、毒性较小的Tween-80与月桂酸为表面活性剂制备的微乳是一种可以应用在食品工业中的食品级微乳。通过动态光散射仪测定微乳的粒径，由实验可知表面活性剂与油的配比、制备温度和pH值影响着微乳的粒径，实验确定表面活性剂和油的最佳比例为6∶1；最佳的制备温度为25 ℃；微乳体系的最佳pH值为5～7。在此条件下制备的微乳液粒子的大小比较均一，形态大多呈现圆形。而通过微乳粒子的大小可以考察微乳的稳定性，但粒子大小不是考察微乳稳定性的唯一指标，还要结合感官检验、离心实验等其他方法进行综合判断。

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Study on the Hydrodynamic Diameter of Evening PrimroseOil Microemulsion by Dynamic Light Scattering

WU Hong-yan1, YU Xiao-dan1, SUN Chang-bao2, XU Ying-yi1

(1.College of Food and Biological Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China;2.College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

The hydrodynamic diameter of microemulsion is an important index of performance and stability of microemulsion. The hydrodynamic diameter and PDI of microemulsion are determined by dynamic light scattering. The results show that using particle size as the inedx,the preparation temperature is 25 ℃, the optimal ratio of surfactant and oil is 6∶1 and the optimal pH value is 5～7. Under such conditions, the microemulsion particle is uniformed and morphology is round. The hydrodynamic diameter of microemulsion has effects on stability of microemulsion, but it is not the only index for examining the stability of microemulsion.

microemulsion；evening primrose oil；dynamic light scattering；hydrodynamic diameter；determination

2017-02-11

黑龙江省自然科学基金项目(C201333)；黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541878)；齐齐哈尔市科学技术计划项目(NYGG-201520)

吴红艳(1969-)，女，江苏泰兴人，教授，博士，研究方向：食品化学与食品添加剂。

TS207.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.08.008

1000-9973(2017)08-0036-04