山茶油微乳液的制备及稳定性分析

关智谋，朱式业，李加兴,，刘志锋，周珏茜茜，陈双平

(1.吉首大学 食品科学研究所，湖南 吉首 416000； 2.吉首大学 林产化工工程湖南省重点实验室，湖南 张家界 427000； 3.湖南省优镒农业开发有限公司，湖南 吉首 416000)

山茶油能有效改善心脑血管疾病、降低胆固醇和甘油三酯，且对皮肤具有润肤、保水、杀菌止痒等护理功效。由于山茶油富含油酸与亚油酸，因而易于氧化变质，影响其营养价值与感官质量[1]。

微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油(通常为碳氢化合物)和水或电解质水溶液在适当比例下自发形成的外观为透明或半透明，粒径在10～100 nm之间，具有超低界面张力(微乳液体系的界面张力通常约为10-2mN/m)，热力学稳定的乳状液[2]。通常分为W/O型、O/W型和双连续型3种结构，其中W/O型微乳液由油连续相、水核及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜三相构成，O/W型微乳液的结构则由水连续相、油相及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜三相构成，双连续相结构具有W/O和O/W两种结构的综合特性，其中水相和油相均不是球状，而是类似于水管在油相中形成的网格。

由于微乳液具有热稳定性，而且胶束粒子细小，易渗入皮肤，还可以包裹TiO2和ZnO纳米粒子，因而添加在化妆品中具有增白、吸收紫外线和放射红外线等特性[3]，微乳液化妆品相比乳状液类化妆品具备很多优势[4]。此外，微乳液在药物微胶囊化、纳米级金属材料、聚合物粉末的制备和提高石油采收率工业中也有着重要应用。因此，研究制备山茶油微乳液既可解决氧化问题，还能增溶难溶性成分，为将山茶油广泛应用于食品、日化品、医药及生物柴油等领域提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

山茶油，压榨一级，由湖南省优镒农业开发有限公司提供；失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(Tween80)、失水山梨醇单油酸酯(Span80)、肉豆蔻酸异丙酯(IPM)，均为食品级；无水乙醇、1，2-丙二醇、正丁醇、氢氧化钠、氯化钠，均为分析纯；去离子水。

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器；DDS-11A电导率仪；LD4-2A离心机；HH-S型水浴锅；GZX-9146MBE电热恒温鼓风干燥箱；PHS-25 pH计；分析天平。

1.2 实验方法

1.2.1 山茶油微乳液的制备

采用Shah法[5]制备山茶油微乳液。首先将山茶油与IPM按照质量比1∶2配制成油相，再按照一定比例加入表面活性剂、助表面活性剂，然后用微量滴定管(或注射器)逐滴加入0.5 mL去离子水，每次滴加去离子水后搅拌5 min，直至溶液由浑浊变为澄清或由澄清变为浑浊，其中澄清代表微乳液的形成，浑浊代表微乳液的消失。

理论上，单一表面活性剂往往很难满足多组分体系的微乳化要求[6]。理想的乳化剂不仅要与油相亲和力强，而且也要与水相有较强的亲和力。把HLB值小的表面活性剂与HLB值大的表面活性剂混合使用，形成的混合膜与油相和水相都有强的亲和力，可以同时兼顾这两方面的要求[7]。本实验选用Tween80(HLB值15)、Span80(HLB值4.3)混合作为表面活性剂，Tween80与Span80质量比为 4∶1，HLB值为12.9(处于8～18之间)，符合制备O/W型或W/O型微乳液的要求。

1.2.2 拟三元相图法优化微乳液配方

按1.2.1，以混合表面活性剂(含助表面活性剂)与油相分别按9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9的质量比进行微乳液的制备，分别计算临界点时各相所占质量分数，以油相、混合表面活性剂(含助表面活性剂)相、水相作为拟三元相图的3个顶点，标出临界点时各组分质量分数，将临界点连线即可得到这一体系的拟三元相图，利用Origin7.5软件绘制拟三元相图，用AutoCAD2007软件分析比较其微乳区的面积大小，面积越大，该配比下越适宜。

1.2.3 稳定性分析

在筛选出最佳助表面活性剂和表面活性剂与助表面活性剂质量比(Km值)的基础上，以山茶油与IPM质量比1∶2、混合表面活性剂与油相质量比为6∶4、25℃、最大加水量下制备山茶油微乳液，分析其热稳定性、离心稳定性、储藏稳定性及盐度、pH对其稳定性的影响。

2 结果与讨论

2.1 制备山茶油微乳液的影响因素

2.1.1 不同助表面活性剂对形成山茶油微乳液的影响

以山茶油与IPM质量比1∶2为油相、Tween80与Span80质量比4∶1为表面活性剂，分别选用无水乙醇、1，2-丙二醇、正丁醇为助表面活性剂，表面活性剂与助表面活性剂质量比(Km值)为4∶1，采用1.2.2方法，在25℃下搅拌制备微乳液，比较拟三元相图微乳区面积。不同助表面活性剂对形成山茶油微乳液的影响结果如图1～图3、表1所示。

由图1～图3和表1可知，正丁醇作为助表面活性剂时，微乳区面积最大，所以采用正丁醇作为助表面活性剂较合适。不同的助表面活性剂对于形成山茶油微乳液影响较大，随着醇链长的缩短，体系微乳区面积缩小[8-9]。

注：E为多相区，I为单相区，下同。图1 山茶油/IPM/无水乙醇/Tween80/Span80/水体系的拟三元相图

图2 山茶油/IPM/1，2-丙二醇/Tween80/Span80/水体系的拟三元相图

图3 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水体系的拟三元相图

表1 不同助表面活性剂微乳区面积比较

2.1.2 不同Km值对形成山茶油微乳液的影响

Km值最早由Trotta等[10]提出，影响微乳液的稳定性。以正丁醇为助表面活性剂，山茶油与IPM质量比1∶2为油相，Tween80与Span80质量比4∶1为表面活性剂，采用1.2.2方法，制备温度25℃，控制Km值分别为4∶1、5∶1、6∶1制备微乳液，比较拟三元相图微乳区面积。不同Km值对形成山茶油微乳液的影响如图4～图6、表2所示。

图4 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)体系的拟三元相图

图5 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值5∶1)体系的拟三元相图

图6 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值6∶1)体系的拟三元相图

表2 不同的Km值微乳区面积比较

由图4～图6和表2可知，微乳区面积随Km值的增大而减小。原因可能与随Km值的增大，较高浓度的表面活性剂由于缺少助表面活性剂的助乳化作用，黏度较高，乳化能力下降有关[11]。

2.1.3 不同制备温度对形成山茶油微乳液的影响

以正丁醇为助表面活性剂，山茶油与IPM质量比1∶2为油相，Tween80与Span80质量比4∶1为表面活性剂，Km值为4∶1，采用1.2.2方法，在25、35、50℃下制备微乳液，比较拟三元相图微乳区面积。不同制备温度对形成山茶油微乳液的影响如图7～图9、表3所示。

一般认为，非离子表面活性剂对温度比较敏感，表面活性剂的水溶性随着温度的升高而下降，但其油溶性却不断增强，使表面活性剂分子在界面层所占的面积增大，吸附量下降。但温度的升高使醇在水中的溶解度增加，导致正丁醇的增溶量有所下降[12]。由图7～图9和表3可知，微乳区面积总体随着制备温度升高而减小，这是由于Tween80的亲水性来自分子中环氧乙烷链的醚氧原子与水分子形成的氢键作用，但氢键强度会随温度升高而下降，从而使表面活性剂的亲水性降低[13]。但微乳区面积受制备温度变化的影响较小，这也说明了该体系具有良好的热稳定性。

图7 25℃下山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)体系的拟三元相图

图8 35℃下山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)体系的拟三元相图

图9 50℃下山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(Km值4∶1)体系的拟三元相图

表3 不同制备温度下微乳区面积比较

2.2 山茶油微乳液的类型判定

为了制备具有更高实用价值的微乳液，应使微乳体系中油相含量尽可能高，以便能够包埋和运载更多的有效成分[9]。以正丁醇为助表面活性剂，Km值为4∶1，选择混合表面活性剂与油相质量比分别为6∶4、7∶3、8∶2的混合液，制备温度25℃，每次滴加0.5 mL蒸馏水后，搅拌5 min测电导率，直至出现浑浊，绘制电导率随加水量(水相占比)的变化曲线，以判定微乳液类型，结果如图10～图12所示。

图10 混合表面活性剂与油相质量比为6∶4时山茶油微乳液电导率随加水量的变化

图11 混合表面活性剂与油相质量比为7∶3时山茶油微乳液电导率随加水量的变化

图12 混合表面活性剂与油相质量比为8∶2时山茶油微乳液电导率随加水量的变化

对某一固定组成的微乳液，其随着温度的变化可能会发生相转变[14]，所以在测量电导率时控制温度很重要，本实验测定时温度控制在25℃。从图10和图12可以看出，在混合表面活性剂和油相质量比为6∶4和8∶2时，电导率随着加水量一直上升，刚开始时水为液滴内核，油相为连续相，随加水量逐渐升高，液滴数量增多，碰撞频繁使电导率急剧升高[10]，此时为W/O型微乳液。

但在图11中，混合表面活性剂和油相质量比为7∶3时，山茶油微乳液电导率在加水量10%之前变化比较缓慢，这是由于此时油相为连续相的导电性差，水相和油相之间是表面活性剂层，此时溶液的导电主要是被反胶束包裹的水核运动及表面活性剂电离出来的离子所致，因此电导率较小；在加水量大于10%后，随着含水量的增加，水核增多碰撞频繁，此时形成导电链，使电导率急剧上升；加水量在16%～20%时，此时为油、水共存的双连续相，电导率开始下降，这是因为液晶相的出现使得体系黏度增加，导电粒子的运动受到了束缚，同时由于形成层状结构，液晶的各向异性使电导率迅速下降[15]；当加水量大于20%时，体系黏度随水的加入而降低，导电粒子的运动能力恢复，使得电导率又开始升高，形成了O/W型微乳液。

2.3 山茶油微乳液的稳定性

2.3.1 热稳定性

将山茶油微乳液分别放置于60、80、100℃的恒温干燥箱中静置24 h，取出后在恒温水浴中加热30 min，观察微乳液能否保持澄清透明状态。实验发现，山茶油微乳液未发生油水分层，并且未出现浑浊，仍然保持澄清透明，说明该体系具有很好的热稳定性。

2.3.2 离心稳定性

微乳液应为澄清透明或半透明并具有良好的热稳定性、长时间放置仍具有较好的流动性、呈现均相的稳定体系，即使离心或长期放置均不易发生凝絮或相分离现象。分别采用2 000、3 000、4 000 r/min对山茶油微乳液离心30 min，观察微乳液的状态。实验发现，山茶油微乳液未出现油水分离，仍保持澄清透明，说明该体系具有良好的离心稳定性。

2.3.3 储藏稳定性

分别将山茶油微乳液放置于25℃和5℃左右的温度下储藏30 d，观察微乳液能否保持澄清透明状态。实验发现，山茶油微乳液未出现油水分离、浑浊和凝胶现象，仍保持较好的流动性和透明度，说明该体系具有良好的储藏稳定性。

2.3.4 盐度对山茶油微乳液稳定性的影响

分别配制0.2、0.4 mol/L NaCl溶液代替去离子水，在25℃下搅拌制备山茶油微乳液，并将滴加去离子水组设置为对照组，采用拟三元相图法考察不同盐度对微乳液稳定性的影响，结果如图13、图14、表4所示。

由图13、图14和表4可知，在25℃下，用0.2 mol/L NaCl溶液和0.4 mol/L NaCl溶液代替去离子水与正常滴加去离子水的微乳区面积相差不大，说明该体系具有良好的盐度稳定性。

图13 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/0.2 mol/L NaCl体系的拟三元相图

图14 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/0.4 mol/L NaCl体系的拟三元相图

表4 不同盐度下微乳区面积比较

2.3.5 pH对山茶油微乳液稳定性的影响

分别配制pH 10、13的NaOH溶液代替去离子水，制备山茶油微乳液，并将滴加去离子水设置为对照组，采用拟三元相图法考察不同pH对微乳液稳定性的影响，结果如图15、图16、表5所示。

图15 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(pH 10)体系的拟三元相图

图16 山茶油/IPM/正丁醇/Tween80/Span80/水(pH 13)体系的拟三元相图

表5 不同pH下的微乳区面积比较

由图15、图16和表5可知，在加入pH 10的氢氧化钠溶液时，微乳区面积相对较小，但是加入pH 13的氢氧化钠溶液时，微乳区面积与对照组相近，总体来说相差不大，这说明该体系具有较好的耐碱性。

3 结 论

在山茶油与IPM质量比1∶2为油相、Tween80与Span80质量比4∶1(HLB值12.9)为表面活性剂的条件下，采用拟三元相图法优化山茶油微乳液制备的条件为：制备温度25℃、助表面活性剂为正丁醇、Km值4∶1、混合表面活性剂与油相质量比6∶4，此时油相占体系的34%(其中山茶油11.3%、IPM 22.7%)，最大加水量为15%，所形成的微乳液为W/O型，且该体系具有很好的热稳定性、离心稳定性、储藏稳定性、盐度稳定性和耐碱性。