微生物脂肽復(fù)配體系工藝方法與流變學(xué)性質(zhì)研究

陳宛瑩

摘 ? 要：枯草菌脂肽鈉具有極低的臨界膠束濃度，通過(guò)對(duì)油相水相加入順序的調(diào)整，對(duì)枯草菌脂肽鈉的制備工藝進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，采用D相法制得的乳液更穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)枯草菌脂肽鈉的用量進(jìn)行調(diào)整，觀察穩(wěn)定性，得到枯草菌脂肽鈉的最佳推薦用量為0.1%。將其與傳統(tǒng)陰離子表面活性劑鯨蠟醇磷酸酯鉀進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)枯草菌脂肽鈉更為高效。從流變學(xué)的角度來(lái)看，枯草菌脂肽鈉體系的韌性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)回彈也較明顯，具有較好的抗外界干擾的能力，枯草菌脂肽鈉體系更容易制得低黏、穩(wěn)定的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：枯草菌脂肽鈉;制備工藝;流變學(xué)

1968年，首次發(fā)現(xiàn)枯草芽胞桿菌可以產(chǎn)出脂肽類表面活性劑，呈晶狀，將其命名為表面活性素（Surfactin，SF）[1]，中文稱枯草菌脂肽鈉。SF是迄今已報(bào)道的表面活性最好的生物表面活性劑之一[2]，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由7種氨基酸共同組成的肽環(huán)，其疏水脂肪酸鏈較長(zhǎng)[3]。

SF具有諸多優(yōu)良的性質(zhì)，這些特性促進(jìn)了表面活性劑在多種工業(yè)中的應(yīng)用，如洗滌劑、乳劑、保健品、制藥和采油等，在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用雖有一些理論研究，但是在成品配方中并沒(méi)有相應(yīng)的研究。將SF應(yīng)用在化妝品配方中，對(duì)其制備工藝進(jìn)行研究，并將其與硬脂酸甘油酯進(jìn)行復(fù)配制得膏霜，與傳統(tǒng)陰離子表面活性劑進(jìn)行對(duì)比，比較其在流變學(xué)性質(zhì)上的不同，為SF在化妝品配方中進(jìn)一步應(yīng)用做準(zhǔn)備。

1 ? ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?主要試劑與儀器

試劑：安福蘇爾鉀鹽（上海泛凱經(jīng)貿(mào)發(fā)展有限公司）、枯草菌脂肽鈉（鐘化株式會(huì)社）、白油[科耐歐貿(mào)易（上海）有限公司]。

儀器：臺(tái)式均質(zhì)攪拌機(jī)（PT-MR 3100D，Kinematica AG），高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀（MCR302、奧地利安東帕有限公司）。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ?O/W乳液制備工藝

采用下述配方6（枯草菌脂肽鈉的用量為0.1%）進(jìn)行工藝對(duì)比，分別采用正相法、反相法、D相法進(jìn)行乳液的制備。

（1）正相法。水相原料加熱，油相原料加熱，采用6 000 r/min均質(zhì)，將油相緩緩加入到水相，使兩相進(jìn)行乳化，均質(zhì)時(shí)間為5 min。均質(zhì)后攪拌冷卻至室溫。

（2）反相法。油相原料加熱，水相原料加熱，采用6 000 r/min均質(zhì)，將水相緩緩加入到油相，使兩相進(jìn)行乳化，均質(zhì)時(shí)間為5 min。均質(zhì)后攪拌冷卻至室溫。

（3）D相法。將除去離子水之外的原料加入到主燒杯中加熱。將去離子水放入另外的燒杯中加熱。采用6 000 r/min均質(zhì)，將去離子水緩緩加入到混合液，使兩相進(jìn)行乳化，觀察料體由厚變薄的轉(zhuǎn)相過(guò)程，均質(zhì)時(shí)間為5 min。均質(zhì)后攪拌冷卻至室溫。

1.2.2 ?O/W乳液的配方優(yōu)化

（1）鯨蠟醇磷酸酯鉀體系（以下均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。 按一定的份額將原料混合加熱均質(zhì)，保持其他原料份額不變，僅調(diào)整鯨蠟醇磷酸酯鉀的量，配方1～4分別對(duì)應(yīng)鯨蠟醇磷酸酯鉀的量為0.5、0.4、0.3、0.2，配置好后觀察效果。

（2）枯草菌酯肽鈉體系（以下均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。按一定的份額將原料混合加熱均質(zhì)，保持其他原料份額不變，僅調(diào)整枯草菌脂肽鈉的量，配方5～8分別對(duì)應(yīng)枯草菌脂肽鈉的量為0.05、0.10、0.20、0.30，配置好后觀察效果。

1.2.3 ?穩(wěn)定性測(cè)試

將樣品分別放置在48 ℃烘箱和﹣4 ℃冰箱里，24 h后觀察料體分層、出水的情況。

1.2.4 ?高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)試方法

（1）流動(dòng)曲線：剪切速率從0.1 s-1按對(duì)數(shù)規(guī)律升高到1 000 s-1，37 ℃下測(cè)量各樣品的表觀黏度隨剪切速率的變化。

（2）觸變性：37 ℃下，剪切速率從0.1 s-1按線性規(guī)律升至100 s-1，然后在同樣的時(shí)間內(nèi)從100 s-1降至0.1 s-1，得到各樣品剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線。

（3）黏彈性：37 ℃下，對(duì)各樣品進(jìn)行黏彈性測(cè)試，角頻率固定為1 rad/s，應(yīng)變值從0.1%按對(duì)數(shù)規(guī)律增大至1 000%，考察彈性模量和黏性模量對(duì)應(yīng)變的變化情況。

2 ? ?結(jié)果與討論

2.1 ?制備工藝對(duì)比

正相法：分層;反相法：分層;D相法：穩(wěn)定。

2.2 ?配方優(yōu)化對(duì)比

如表1所示，乳化時(shí)間相同，乳化效果越好說(shuō)明乳化劑對(duì)應(yīng)的配比越合適，選取粒徑最小的乳化配比進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。

2.3 ?穩(wěn)定性結(jié)果

（1）48 ℃穩(wěn)定性。只有配方4分層，其他均穩(wěn)定。

（2）4 ℃穩(wěn)定性。只有配方4分層，其他均穩(wěn)定。

2.4 ?流變學(xué)表征

2.4.1 ?流動(dòng)曲線

剪切速率從0.1 s-1按對(duì)數(shù)規(guī)律升高到1 000 s-1，37 ℃下測(cè)量各樣品的表觀黏度隨剪切速率的變化。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1可知，兩個(gè)樣品的流動(dòng)曲線較為相似，可以說(shuō)明兩者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似。兩個(gè)樣品都具有剪切變稀的性質(zhì)，隨著剪切速率增大，黏度下降明顯。鯨蠟醇磷酸酯鉀為乳化劑的乳液的第一牛頓區(qū)域黏度和第二牛頓區(qū)域黏度均大于枯草菌脂肽鈉為乳化劑的乳液，再次驗(yàn)證鯨蠟醇磷酸酯鉀體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)較強(qiáng)。

2.4.2 ?觸變性

37 ℃下，剪切速率從0.1 s-1按線性規(guī)律變化至100 s-1，然后在同樣的時(shí)間內(nèi)從100 s-1降至0.1 s-1，得到各樣品剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線。測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，枯草菌脂肽鈉體系和鯨蠟醇磷酸酯鉀兩個(gè)樣品經(jīng)歷三角波剪切之后都形成了滯后環(huán)，但滯后環(huán)形狀有所不同，鯨蠟醇磷酸酯鉀體系樣品所形成的滯后環(huán)面積較大，故鯨蠟醇磷酸酯鉀體系樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)更強(qiáng)一些，與黏彈性曲線的結(jié)論相對(duì)應(yīng)。與此同時(shí)，觀察觸變環(huán)會(huì)發(fā)現(xiàn)枯草菌脂肽鈉體系結(jié)構(gòu)回彈性較好。

2.4.3 ?黏彈性

37 ℃下，對(duì)各樣品進(jìn)行黏彈性測(cè)試，角頻率固定為1 rad/s，應(yīng)變值從0.1%按對(duì)數(shù)規(guī)律增大至1 000%，考察彈性模量和黏性模量對(duì)應(yīng)變的變化情況。各樣品的黏彈性曲線如圖3所示。

由圖3可知，兩個(gè)樣品的黏彈性模量較為相似，與流動(dòng)曲線結(jié)論相對(duì)應(yīng)。從圖3中還可以看出，鯨蠟醇磷酸酯鉀體系的復(fù)模量明顯大于枯草菌脂肽鈉體系的復(fù)模量，表明其樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)更強(qiáng)。而SF體系有較寬的線性黏彈區(qū)域，表明SF的樣品耐應(yīng)變力更強(qiáng)。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

對(duì)比枯草菌酯肽鈉乳化體系的制備工藝以及與傳統(tǒng)陰離子表面活性劑的對(duì)比，得出如下結(jié)論。

（1）枯草菌脂肽鈉體系有其相應(yīng)的制備方法，傳統(tǒng)的正相法和反相法制備均不穩(wěn)定。

（2）枯草菌脂肽鈉具有極強(qiáng)的乳化能力，與傳統(tǒng)陰離子乳化劑鯨蠟醇磷酸酯鉀相比，用量更少。最佳比例下，乳化相同量的油脂，枯草菌脂肽鈉的用量?jī)H為鯨蠟醇磷酸酯鉀的1/4。

（3）從流變學(xué)的角度來(lái)看：枯草菌脂肽鈉體系的韌性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)回彈也較明顯，具有較好的抗外界干擾能力;鯨蠟醇磷酸酯鉀體系剛性更強(qiáng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)更容易被外界條件破壞，枯草菌脂肽鈉體系更容易制得低黏、穩(wěn)定的產(chǎn)品。

[參考文獻(xiàn)]

[1]胡仿香，李 ? 霜.生物表面活性劑Surfactin生產(chǎn)菌株的定向改造策略[J].微生物學(xué)報(bào)，2018，58（10）：1 711-1 721.

[2]WEI CHUAN C，RUEY SHIN J，YU HONG W.Applications of a lipopeptide biosurfactant，SF，produced by microorganisms[J].Biochemical Engineering Journal，2015（7）：103.

[3]戴 ? 超，郭芳芳，陸兆新，等.脂肽類生物表面活性劑SF的乳化性[J].日用化學(xué)工業(yè)，2015，45（9）：540.