馬新輝,殷 欣,趙曉涵,高 健,舒 楊,陳 健,曹獻(xiàn)英

(海南大學(xué)食品學(xué)院,海南?？?570228)

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食品級肉豆蔻酸異丙酯微乳的制備研究

馬新輝,殷 欣,趙曉涵,高 健,舒 楊,陳 健*,曹獻(xiàn)英*

(海南大學(xué)食品學(xué)院,海南?？?570228)

本文以肉豆蔻酸異丙酯為原料,篩選出肉豆蔻酸異丙酯空白微乳的最佳配方。首先采用偽三元相圖法,以微乳區(qū)面積為指標(biāo),篩選出表面活性劑和助表面活性劑;探究表面活性劑與助表面活性劑質(zhì)量之比Km值與親水親油平衡值(HLB值)對微乳形成的影響,然后以離心和染色實驗來判斷微乳的穩(wěn)定性和構(gòu)型。結(jié)果表明:當(dāng)以肉豆蔻酸異丙酯作為油相,吐溫80復(fù)配司盤80作為復(fù)合表面活性劑,無水乙醇為助表面活性劑(表面活性劑∶助表面活性劑∶IPM=4∶2∶4),且Km=2∶1,HLB=7.5時,形成的微乳液穩(wěn)定性最好。此條件下,油包水型微乳的最大載水量為15.3%。因此可以說明偽三元相圖法制備肉豆蔻酸異丙酯方法方便可行。

偽三元相圖,Km值,HLB值,微乳區(qū)面積

微乳液是表面活性劑、助表面活性、油和水按照一定比例混合后自發(fā)形成的均一透明溶液[1]。它具有以下特點:粒徑小且均一,粒徑在10～100 nm之間;熱力學(xué)穩(wěn)定,低速離心30 min不分層;制備簡單;粘度小。近年來,微乳化技術(shù)獲得快速的發(fā)展,已廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)[2]、材料制備[3]、農(nóng)藥保存[4]、中醫(yī)制藥[5-6],但在食品中的應(yīng)用還相對較少。

近年來,食品級微乳液克服了溶解性小和生物利用率低的難題,已成為生物活性物質(zhì)的載體[7]。食品級微乳液的難題是表面活性劑的毒性問題。目前,常用的食品級表面活性劑有大豆卵磷脂[8-9]、山梨醇酐單油酸酯[10](吐溫)、聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯(司盤)、蔗糖脂肪酸酯[11]等。研究表明,復(fù)配表面活性劑乳化效果比單一表面活性劑乳化效果好,微乳區(qū)域面積較大,穩(wěn)定性好[12]。常用的助表面活性劑有乙醇[13]和丙三醇[14]。

偽三元相圖法[15-16]是研究微乳的主要手段之一,我們可以通過微乳相面積的大小來判斷微乳的相對穩(wěn)定程度。本實驗選用肉豆蔻酸異丙酯作為油相,吐溫和司盤復(fù)配作為表面活性劑,通過偽三元相圖篩選出表面活性劑和助表面活性劑;并探究不同親水親油值(HLB值)、表面活性劑與助表面活性劑的質(zhì)量比(Km值)對微乳區(qū)域面積的影響,旨在為肉豆蔻酸異丙酯為油相的微乳體系在食品中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

肉豆蔻酸異丙酯(IPM),聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯80(吐溫80),聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯20(吐溫20),山梨醇酐單油酸酯80(司盤80),無水葡萄糖,丙三醇,無水乙醇,聚乙二醇400(PEG 400)等均為分析純;去離子水 實驗室自制。

label dancer混勻器 上海微川精密儀器有限公司;EL602電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;Master-S15UVF超純水機(jī) 上海和泰儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 偽三元相圖的繪制 采用加水滴定法繪制偽三元相圖。將表面活性劑(S)、助表面活性劑(COS)以及油相的混合物按一定比例混勻,然后逐滴滴加去離子水來繪制微乳體系的偽三元相圖。將肉豆蔻酸異丙酯和表面活性劑[17]按1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1(w/w)總量為10 g各3份,每份均在室溫25 ℃下混勻,逐滴滴加去離子水,觀察體系由澄清至渾濁的現(xiàn)象,記錄形成微乳區(qū)臨界點時的各組百分比。以復(fù)合表面活性劑為偽三元相圖的一個頂點、油相、水相各為1個頂點。據(jù)各組分在臨界點時所占總量的百分比來確定,用origin7.5將各臨界點連成曲線,繪制偽三元相圖。

1.2.2 表面活性劑的篩選 無水乙醇作為助表面活性劑,分別選用吐溫20、吐溫80與司盤80復(fù)配的表面活性劑,每組采用1.2.1中的加水滴定法制備微乳,并繪制偽三元相圖,根據(jù)最大載水量(即微乳區(qū)面積大小,下同)選擇合適的表面活性劑。

1.2.3 助表面活性劑的篩選 吐溫80和司盤80復(fù)配的表面活性劑為復(fù)合表面活性劑,分別選用乙醇、丙三醇、PEG400作為助表面活性劑,每組采用1.2.1中的加水滴定法制備微乳并繪制偽三元相圖,根據(jù)最大載水量選擇助表面活性劑。

1.2.4 HLB值的確定 以吐溫80和司盤80復(fù)配成不同HLB值的復(fù)合表面活性劑,根據(jù)表面活性劑的復(fù)配原則[18],復(fù)配的質(zhì)量如下:

表1 復(fù)合表面活性劑組成及HLB值
Table 1 Surfactant consistence and their HLB

HLB6065707580吐溫801722273237司盤809085807570

以復(fù)配的表面活性劑作為乳化劑,無水乙醇作為助表面活性劑,每組采用1.2.1中的加水滴定法制備微乳并繪制偽三元相圖,根據(jù)微乳區(qū)域面積的大小選擇合適的HLB值。

1.2.5 Km值的確定 將1.2.2中確定的表面活性劑與1.2.3中確定的助表面活性劑按質(zhì)量比分別為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1進(jìn)行復(fù)配,每組按1.2.1方法制備微乳并繪制偽三元相圖,根據(jù)微乳區(qū)面積大小選擇合適的Km值。

1.2.6 微乳的穩(wěn)定性 取適量微乳樣品,置于離心機(jī)中,以4000 r/min的速度離心30 min,觀察微乳性狀的變化。以5%葡萄糖溶液作為水相,IPM作為油相,司盤80/吐溫80作為表面活性劑,乙醇為助表面活性劑,繪制偽三元相圖,觀察微乳區(qū)域面積。以0.9%氯化鈉溶液[19-20]作為水相,IPM作為油相,司盤80/吐溫80作為表面活性劑,乙醇為助表面活性劑,繪制是偽三元相圖,觀察微乳區(qū)域面積。

1.2.7 微乳構(gòu)型的鑒定 取相同體積的微乳液2份,分別加入亞甲基藍(lán)染料和蘇丹紅染料溶液各2滴,靜置觀察,根據(jù)紅色染料和藍(lán)色染料的擴(kuò)散速度判斷微乳的構(gòu)型[21]。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的確定

采用不同表面活性劑制備微乳,其結(jié)果如圖1所示。圖1a、圖1b分別是吐溫80/司盤80和吐溫20/司盤80為表面活性劑、乙醇為助表面活性劑時微乳體系的擬三元相圖,其中陰影區(qū)域代表微乳區(qū),空白部分為非微乳區(qū),(圖2～圖4同)。由圖1可以看出,當(dāng)IPM為油相、乙醇為助表面活性劑時,吐溫80/司盤80微乳區(qū)域面積較大,這可能是因為吐溫80的親水性高于吐溫20,在與司盤80復(fù)配的過程中仍然具有較高的水增溶性;此時,表面活性劑與助表面活性劑形成的體系水溶性較好。因此,選擇吐溫80/司盤80復(fù)配作為復(fù)合表面活性劑。

圖1 不同表面活性劑時微乳體系偽三元相圖(n=3)Fig.1 Pseudo-ternary phase diagram of microemulsion with different surfactant(n=3)

2.2 助表面活性劑的篩選

圖2 不同HLB值時微乳體系偽三元相圖(n=3)Fig.2 Pseudo-ternary phase diagram of microemulsion with different HLB(n=3)

適宜的助表面活性劑可以插在表面活性劑分子之間,形成混合吸附層從而促進(jìn)微乳的形成。采用丙三醇和PEG400作為助表面活性劑時,只有個別點可以形成微乳,難以繪制微乳區(qū)域。從圖1可以看出，采用無水乙醇作為助表面活性劑時,微乳區(qū)域面積明顯大于丙三醇和PEG400;因此,選擇無水乙醇作為助表面活性劑。

圖3 不同Km值時微乳體系偽三元相圖(n=3)Fig.3 Pseudo-ternary phase diagram of microemulsion with different Km(n=3)

比例1∶92∶83∶74∶65∶56∶47∶38∶29∶1PEG400----++---丙三醇--+++++++

注:比例代表復(fù)合表面活性劑與油相的比例;-代表未形成微乳;+代表有微乳形成,但含水量小于體系的1%。

2.3 微乳相圖的影響因素

2.3.1 HLB值對相圖的影響 表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中,既含有親水基團(tuán)又含有親油基團(tuán),使用表面活性劑分子的親水親油值(即HLB值)來衡量分子的親水性和親油性的強弱,將表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)、性能和用途連接起來。以司盤80和吐溫80復(fù)配出不同HLB值的乳化劑,考察了復(fù)合乳化劑的HLB值對微乳區(qū)域和穩(wěn)定性的影響,結(jié)果見圖2a～圖2d。從圖2可以看出,HLB=6.0、6.5、7.0、7.5復(fù)合表面活性劑,微乳區(qū)域面積呈現(xiàn)增加趨勢。與圖1a對比可知,在HLB值=7.5時,微乳區(qū)域面積最大;當(dāng)HLB=8.0時,微乳區(qū)域面積反而減小。研究表明,不同油相形成微乳時所需要的HLB值是和油相本身的HLB值一致的。因此,推測肉豆蔻異丙酯的HLB在7.5左右。

2.3.2 Km值對微乳區(qū)形成的影響 以無水乙醇為助表面活性劑,肉豆蔻酸異丙酯為油相,HLB=7.5的吐溫80和司盤80復(fù)配的表面活性劑,制備不同Km值的微乳體系并繪制偽三元相圖,結(jié)果見圖3a～圖3c。與圖1a對比可知,當(dāng)Km值從1∶1、2∶1、3∶1、4∶1時,即助表面活性劑增加時,微乳區(qū)域面積先增加后減少，且在Km=2∶1,微乳區(qū)域面積最大。這說明無水乙醇作為助表面活性劑,并不是越多越好。助表面活性劑可以降低表面張力,調(diào)節(jié)表面活性劑的HLB值,增加界面膜的強度。當(dāng)乙醇含量較低時,乙醇存在于界面膜上。隨著乙醇的增加,水相和油相的連接更加緊密,微乳的穩(wěn)定性增加;而過量的無水乙醇溶于水相,從而打破油相和水相的界面膜,破壞微乳的形成。從圖3a～圖3c中還可以看出,一定范圍內(nèi)，Km值越大,即無水乙醇含量越小時,越有可能形成微乳;當(dāng)表面活性劑含量較大時,極易形成微乳液,Km值對微乳形成的影響減小,推測可知表面活性劑含量極高時,對水無限增溶。

2.4 微乳的穩(wěn)定性

以肉豆蔻酸異丙酯為油相、乙醇為助表面活性劑、吐溫80/司盤80為表面活性劑,分別以5%葡萄糖和0.9% NaCl為水相,繪制三元相圖見圖4a、圖4b。

圖4 不同水相時微乳體系偽三元相圖(n=3)Fig.4 Pseudo-ternary phase diagram of microemulsion with different water(n=3)

從圖4a可以看出,5%葡萄糖溶液形成的微乳區(qū)域面積變小,這可能是因為葡萄糖分子量較大,容易造成分子聚集,形成粒徑100 nm以上的微粒從而破乳;圖4b與圖1a對比可知,0.9% NaCl溶液并沒有對微乳區(qū)域面積造成影響,這可能是因為NaCl分子量較小,未引起顆粒聚集而破乳。

制備的微乳液在4000 r/min下離心30 min,均無分層,證明微乳液的穩(wěn)定性良好。

2.5 微乳的構(gòu)型

蘇丹紅是油溶性染料,在油相中擴(kuò)散較快;亞甲基藍(lán)為水溶性染料,在水相中擴(kuò)散較快。兩種染料分別加入微乳,若藍(lán)色的擴(kuò)散速度大于紅色的擴(kuò)散速度,則為水包油型微乳;反之,則為油包水型微乳。經(jīng)染色實驗,可以判斷出HLB=7.5,Km=2∶1的臨界點處,當(dāng)表面活性劑與油相IPM的質(zhì)量比分別為4∶6,5∶5,6∶4,微乳為油包水型,最大含水量分別為3.8%、9.1%、15.3%;當(dāng)吐溫80和司盤80復(fù)配的表面活性劑與助表面活性劑無水乙醇的質(zhì)量比分別為7∶3、8∶2、9∶1,微乳為水包油型,最大含水量分別為31.5%、32.4%、32.4%。

3 結(jié)論

以肉豆蔻酸異丙酯為油相制備微乳時,選用無水乙醇作為助表面活性劑,選用吐溫80/司盤80復(fù)合作為表面活性劑;肉豆蔻酸異丙酯/吐溫80-司盤80/乙醇/水體系,當(dāng)HLB值=7.5時,微乳區(qū)域面積最大,推測肉豆蔻酸異丙酯的HLB在7.5附近;葡萄糖可以減少肉豆蔻酸異丙酯/吐溫80-司盤80/乙醇/水微乳體系的載水量,氯化鈉對微乳體系影響較小。肉豆蔻酸異丙酯/吐溫80-司盤80/乙醇/水微乳體系中,當(dāng)表面活性劑、助表面活性劑與油相IPM的質(zhì)量比分別為4∶2∶4時,形成的油包水型微乳的最大載水量為15.3%。

[1]Chiappisi L,Noirez L,Gradzielski M. A journey through the phase diagram of a pharmaceutically relevant microemulsion system[J]. Journal of Colloid and Interface Science,2016,473:52-59.

[2]吳珣,魯長波,谷曉昱. 正構(gòu)醇的碳鏈長度對柴油微乳液組成和性能的影響[J]. 石油化工,2011,40(10):1068-1072.

[3]鄭建東,楊慧慧,溫志遠(yuǎn). TX-100反相微乳液體系穩(wěn)定性的研究[J]. 應(yīng)用化工,2010(5):675-678.

[4]陳圓,張龍,李佳佳,等. 生物相容型氯氰菊酯農(nóng)藥微乳劑的制備與性質(zhì)研究[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013(6):1312-1314.

[5]楊蒙蒙,張琰,劉新友,等. 中藥揮發(fā)油微乳與偽三元相圖的研究[J]. 中藥材,2011(8):1288-1292.

[6]Ma Q,Davidson P M,Zhong Q. Antimicrobial properties of microemulsions formulated with essential oils,soybean oil,and Tween 80[J]. International Journal of Food Microbiology,2016,226:20-25.

[7]Ravanfar R,Tamaddon A M,Niakousari M,et al. Preservation of anthocyanins in solid lipid nanoparticles:Optimization of a microemulsion dilution method using the Placket-Burman and Box-Behnken designs[J]. Food Chemistry,2016,199:573-580.

[8]張奕,蔡建周,魏建業(yè),等. 卵磷脂/正丙醇/肉豆蔻酸異丙酯/水微乳體系的相結(jié)構(gòu)研究[J]. 分析測試學(xué)報,2014(1):7-12.

[9]魯瑩,蔣雪濤,曾仁杰. 卵磷脂微乳的制備與理化性質(zhì)考察[J]. 藥學(xué)學(xué)報,2000,35(1):52-55.

[10]趙嘉敏,陳中,林偉鋒. 吐溫-80制備食品級微乳的穩(wěn)定性評價[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2011(3):75-78.

[11]錢偉,張春枝,吳文忠. O/W型微乳法制備納米植物甾醇酯[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(8):3771-3772.

[12]趙姍,范青. 復(fù)合乳化劑對微乳成乳區(qū)域的影響[J]. 大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2008(4):325-328.

[13]吳芳,田一農(nóng),解新安,等. 食品級Tween 80微乳對紅茶茶湯沉淀控制作用的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2014(9):264-268.

[15]田進(jìn)軍,薛艷,候振健. 偽三元相圖法制備O/W型蜂膠微乳[J]. 食品與機(jī)械,2011(3):127-129.

[16]Wei B,Wang L,Wang Y,et al. In situ growth of manganese oxide on 3D graphene by a reverse microemulsion method for supercapacitors[J]. Journal of Power Sources,2016,307:129-137.

[17]Rakesh Kumar S K V R. Evaluation and Optimization of Water-in-Oil Microemulsion Using Ternary Phase Diagram and Central Composite Design[J]. Journal of Dispersion Science and Technology,2015.

[18]白靜,馮彩霞,楊青松,等. Span80-Tween60/液體石蠟/AM/AA反相微乳液體系穩(wěn)定性研究[J]. 當(dāng)代化工,2012(9):919-921.

[19]顏秀花.β-胡蘿卜素微乳制劑的研究[D]. 無錫：江南大學(xué),2008.

[20]Xu Z,Jin J,Zheng M,et al. Co-surfactant free microemulsions:Preparation,characterization and stability evaluation for food application[J]. Food Chemistry,2016,204:194-200.

[21]劉安剛,李引乾,孫嬌,等. 氟苯尼考納米乳的制備及品質(zhì)評價[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011(5):44-49.

Preparation of food grade isopropyl myristate microemulsion

MA Xin-hui,YIN Xin,ZHAO Xiao-han,GAO Jian,SHU Yang,CHEN Jian*,CAO Xian-ying*

(Department of food college,Hai Nan University,Haikou 570228,China)

In this research,the purpose was to screen out the best formulation of isopropyl myristate(IPM). Firstly,surfactants,co-surfactants,the quality ratio of them(Km)and hydrophilic lipophilic balance(HLB)values were determined by using the pseudo-ternary phase diagrams and the area of microemulsions(MEs)as the index. And the stability and configuration of MEs were measured by centrifugation and dyeing. The results showed that the stability of MEs was well when the IPM as the oil phase,Tweeen80 combined with Span80 as the composite surfactant,ethanol as the co-surfactant(IPM∶Tweeen80 conbined with Span80∶ethanol=4∶4∶2),Km=2∶1 and HLB=7.5. Under this condition,the maximum amount of water contained in the water-in-oil MEs was 15.3%. So it was possible and convenient for the pseudo-ternary phase diagrams to prepare MEs.

pseudo-ternary phase diagrams;Km;HLB;microemulsion area

2016-06-06

馬新輝(1993-)，男，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)，E-mail：15993613885@163.com。

*通訊作者:陳健(1985-)，男，博士，講師，研究方向：天然產(chǎn)物的加工與利用，E-mail：chenjian19850702@163.com。 曹獻(xiàn)英(1962-)，女，博士，教授，研究方向：食品質(zhì)量與安全，E-mail：cxying_02@163.com。

國家自然科學(xué)基金項目(31501497)。

TS255.4

A

1002-0306(2016)23-0049-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.001