維生素C多重乳狀液的制備及其穩(wěn)定性研究

蘭宏兵 余述燕 黃秋榮 麻怡 梁雯敏 尹志剛

摘要：以液體石蠟為內乳液油相、Tween|80為外水相乳化劑、明膠為高分子增黏劑，采用兩步乳化法制備多重乳狀液并對維生素C進行包裹，以離心前后多重乳狀液相對體積比和放置2周期間維生素C包裹率的變化值為穩(wěn)定性衡量標準，通過單因素試驗考察乳化劑種類和用量、外內相用量比、乳化溫度、均質速度和高分子材料用量等因素對多重乳液穩(wěn)定性的影響，并確定其中具有顯著性影響的3個因素.通過正交試驗確立了多重乳狀液的最佳配方和制備工藝：以Tween|80和P135分別為外內相乳化劑，Tween|80質量分數(shù)為2%，外內相用量比1.0，乳化溫度45 ℃，均質轉速2000 r/min，明膠用量0.5%.該條件下，制得的多重乳狀液相對體積比為0.966 4，性能穩(wěn)定，對維生素C的包裹率可達98%，具有令人滿意的包裹穩(wěn)定性.

Abstract：Through two|step emulsification method，the multiple emulsions were firstly prepared with paraffin as internal oil phase，Tween|80 as hydrophilic emulsifier and gelatin as thickener，and then were used to encapsulate Vitamin C.The effect of various parameters on the stability of multiple emulsions was investigated by determiningthe volume changes after centrifugation and the? encapsulation changes of Vitamin C during two weeks.These factors included the species and amount of emulsifier，the dosage ratio of two phases，emulsion temperature，homogenization speed and the dosage of polymer，three of which were most influential.The optimal formula and preparation process were obtained through orthogonal experiment，that was，Tween|80 and P135 as foreign and internal emulsifiers，respectively，the mass ratio of Tween|80 was 2%， the dosage of external phase was 1.0， and the emulsification temperature was 45 ℃，homogeneous speed was 2000 r/min，gelatin dosage was 0.5%.Under this condition， the relative volume ratio of multiple emulsions was 0.966 4， the performance was stable， and the encapsulation rate of Vitamin C could reach 98%，and the multiple emulsions had a satisfactory package stability.

關鍵詞：維生素C;多重乳狀液;穩(wěn)定性;包裹率

Key words：Vitamin C; multiple emulsions;stability;encapsulation rate

中圖分類號：TQ658;TS974.1文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.2096-1553.2019.04.007

文章編號：2096-1553（2019）04-0043-09

0 引言

維生素C，又名抗壞血酸，是一種易溶于水的無色晶體，廣泛存在于新鮮水果和蔬菜中.由于其分子中存在烯二醇結構，具有很強的還原能力[1]，同時能夠有效地抑制酪氨酸酶的活性，是人們最早用于化妝品的美白成分之一，也是被皮膚科醫(yī)生認可的安全無毒、可淡化色斑的口服型藥劑[2].但由于其自身的不穩(wěn)定性，易受到過渡金屬離子（如Cu2+和Fe3+）、熱、光、pH值、高濃度氧和高水分活度的影響發(fā)生氧化或水解反應而喪失美白活性，加之其脂溶性差的特點，使它在化妝品領域的應用受到極大的限制[3].因此，研究人員一直在尋求理想的解決途徑，使化妝品既能保留維生素C的美白還原活性，又能最大程度地提高其穩(wěn)定性和配伍性.

目前，已經(jīng)報道的解決途徑大致可以分為兩類：一是將維生素C衍生化，生成如維生素C脂肪酸酯衍生物、維生素C磷酸酯衍生物和維生素C脂肪醚類化合物等[4-8].研究表明，這些衍生物大部分能在一定程度上改善維生素C的脂溶性和穩(wěn)定性，但是其還原性和美白功效卻有不同程度的降低，并且衍生化過程需要使用大量的有機試劑，而維生素C又具有多個反應位點，因此衍生化過程通常需要繁瑣的合成和提純工藝，從而增加了成本投入，也造成了一定的環(huán)境污染.二是采用合適的材料或技術將維生素C進行包裹[9-13]，使之與外部環(huán)境隔斷，由此達到提高其穩(wěn)定性和配伍性的目的，相比于將維生素C衍生化，該方法具有更大的優(yōu)勢.

多重乳狀液是1925年由Seifritz發(fā)現(xiàn)并提出的，是將初級乳狀液分散在另外的連續(xù)相后形成的 O/W 型和 W/O 型乳液共存的復合體系[14-16].多重乳液不僅規(guī)避了單一乳化體系的缺點，還同時保留了兩者的優(yōu)點，展現(xiàn)出令人滿意的使用效果和膚感.此外，利用多重乳狀液3個被膜分隔開的相區(qū)溶解不同的活性物質，可防止它們之間相互作用，為那些不穩(wěn)定的物質和難以共存的功效成分的應用提供理想的載體，亦可實現(xiàn)有效成分的緩慢釋放.因此，多重乳狀液被認為是目前最有前途的3種化妝品體系之一.但由于其本身固有的復雜性，特別是多重乳狀液的穩(wěn)定性問題，包括乳化體系的穩(wěn)定性和包裹效能的穩(wěn)定性，是實現(xiàn)其工業(yè)化應用前必須要解決的難題[17].

本文擬以液體石蠟為內乳液油相，Tween|80為外水相乳化劑，明膠為高分子增黏劑，制備多重乳狀液并對維生素C進行包裹，以離心前后多重乳狀液的相對體積比和放置2周的維生素C的包裹率之變化值作為衡量多重乳狀液穩(wěn)定性的指標，通過單因素試驗和正交試驗法確定維生素C多重乳狀液的最佳配方和制備工藝，以期為多重乳狀液在化妝品領域的應用提供參考，為提高維生素C的穩(wěn)定性和配伍性提供一條可行的途徑.

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

主要試劑：維生素C（分析標準品），抗壞血酸（分析純），明膠（分析純），Tween|80（分析純），Span 80（分析純），Span 60（分析純），Brij 72（分析純），阿拉丁試劑有限公司產(chǎn);液體石蠟，聚乙二醇（30）二聚羥基硬酯酸酯（P135），均為分析純，天津市恒宇精細化工有限公司產(chǎn).

主要儀器： JJ-1 增力電動攪拌器，金壇市醫(yī)療儀器廠產(chǎn);XP400C 電腦型偏光顯微鏡，上海萬衡精密儀器有限公司產(chǎn);TDL80-2B 臺式離心機，上海安亭科學儀器廠產(chǎn);SGX500/750封閉式高剪切乳化機，上海尚貴流體設備有限公司產(chǎn);AL104 電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn).

1.2 實驗方法

1.2.1 多重乳狀液的制備

采用兩步乳化法制備維生素C多重乳狀液.

W/O型初級乳狀液的制備：將一定質量分數(shù)的維生素C水溶液加入到含有親油性乳化劑的液體石蠟溶液中，50 ℃條件下，3000 r/min均質3 min，得初級乳狀液.

W/O/W型多重乳狀液的制備：將上述制備的初級乳狀液滴加到含有親水性乳化劑Tween|80的外水相中，2000 r/min均質3 min，即可獲得多重乳狀液.

1.2.2 相對體積比的測定

將制備的多重乳狀液在3000 r/min條件下離心30 min，分別記錄離心前后多重乳狀液體積V0和Vt，并計算相對體積比φ=Vt

V0，φ值越大，離心后分層越少，表明多重乳狀液越穩(wěn)定.

1.2.3 維生素C包裹率的測定[18-19]

維生素C質量濃度測定方法的選擇：維生素C在紫外區(qū)265 nm處有最大吸收峰，并且在質量濃度0～120 μg/mL的范圍內滿足比爾定律，即吸光度與質量濃度呈良好的線形關系.因此本實驗采用分光光度法測定各樣品溶液的吸光度，并依據(jù)維生素C標準曲線，計算維生素C質量濃度.

維生素C標準曲線的繪制：首先配制標準溶液.準確稱取維生素C標準品0.102 2 g，置于潔凈的三角燒瓶中，用去離子水完全溶解后，轉移至100 mL容量瓶中，定容、搖勻后即得質量濃度為1.022 mg/mL的維生素C標準溶液;然后分別量取0.00 mL，0.20 mL，0.40 mL，0.60 mL，0.80 mL和1.00 mL標準溶液，將其置于50 mL容量瓶中，用去離子水定容，以去離子水作為參比，在265 nm波長處測定上述各質量濃度維生素C溶液的吸光度A，并以吸光度對質量濃度作圖，即得維生素C標準曲線.

維生素C包裹率的測定：取 10 g 多重乳液放入透析袋，浸于一定量去離子水中，在室溫、避光和攪拌條件下透析 24 h，將未被包裹的維生素 C 去除.精確吸取透析液 5 mL 置于10 mL 容量瓶中，用去離子水定容，于265 nm 處測定吸光度.

包裹率=（1-2W1/W2）×100%

式中，W1為測定的透析液中維生素C的質量濃度，W2為多重乳狀液中添加維生素C的質量濃度.

1.2.4 單因素試驗

以液體石蠟為內乳液油相，在兩步乳化法制備多重乳狀液的過程中，考察內乳液乳化劑種類、外內相用量比、外水相乳化劑質量分數(shù)、第二步乳化溫度和均質轉速、高分子增黏劑用量對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響，為正交試驗的設計提供依據(jù).

1.2.5 正交試驗

以單因素試驗結果為依據(jù)，選擇具有顯著性影響的3個因素，設計三因素三水平正交試驗，獲得最佳試驗方案，并通過驗證試驗確定多重乳狀液的最佳配方和制備工藝.

2 結果與討論

2.1 內乳液乳化劑種類的選擇

固定外水相與內乳液質量比為1.0，內乳液中石蠟油用量為60%（百分數(shù)均指質量分數(shù)，下同），乳化劑用量為5%，1%維生素C水溶液用量為35%，外水相乳化劑Tween|80用量為5%（若無特別說明，單因素試驗中均設置乳化溫度為40 ℃， 均質轉速為3000 r/min）.

分別使用不同的內乳液乳化劑，考察其對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響，得到

Brij 72，Span 80，Span 60，P135的相對體積比分別為0.734 4，0.901 8，0.878 9和0.921 1

，對應的偏光顯微鏡圖見圖1.從圖1可以看出，當Brij 72和 Span 60為乳化劑時，形成的多重乳狀液液滴之間相互聚結現(xiàn)象明顯，

Span 80為乳化劑時，形成的多重乳狀液液滴尺寸大小不均勻，

而當P135為乳化劑時，

離心前后多重乳狀液相對體積比最大，

多重乳狀液穩(wěn)定性好，液滴尺寸較小，且沒有明顯的黏結現(xiàn)象，因此適宜的內乳液乳化劑為P135.

2.2 外內相用量比對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響

固定內乳液中石蠟油用量為60%，外水相中1%維生素C溶液用量為35%，內乳液乳化劑P135用量為5%，外水相乳化劑Tween|80用量為5%，

分別測定m（外水相）GA6FAm（內乳液）分別為0.6，0.8，1.0，1.2和1.4時多重乳狀液離心前后的相對體積比，分別為 0.907 0，0.924 8，0.921 1，0.893 7和0.838 8，對應的微觀結構偏光顯微鏡圖如圖2所示.由圖2可知，隨著外水相占比的增加，多重乳狀液的穩(wěn)定性先上升后下降，外內相用量比在 0.6～1.0范圍內乳狀液穩(wěn)定性較好.這可能是由于當外水相用量小時，沒有足夠多的水相將內乳液油滴進行分散，油滴間相互接近，容易聚集破裂，但外水相過多，乳化劑乳化能力有限，導致多重乳狀液黏度降低，乳狀液穩(wěn)定性下降.從圖2可以看出，當兩者比值為0.6時，沒有形成明顯的W/O/W結構，相比于1.0，兩者比值為0.8時多重乳狀液液滴界限更加明顯，尺寸均勻，穩(wěn)定性更為理想.因此，選擇適宜的外內相用量比為0.8.

2.3 外水相乳化劑質量分數(shù)對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響

固定內乳液中石蠟油用量為60%，外水相中1%維生素C溶液用量為35%，外水相與內乳液用量比為0.8和內乳液乳化劑P135用量為5%，考察質量分數(shù)分別為1%，2%，3%，4%，5%的Tween|80對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響，得到相對體積比分別為0.723 8，0.878 7，0.954 0，0.931 0，0.924 8，對應的偏光顯微鏡圖見圖3.由圖3可知，隨著外水相乳化劑質量分數(shù)的增加，多重乳狀液的穩(wěn)定性先顯著上升后有緩慢下降的趨勢.當Tween|80質量分數(shù)為1%時，乳狀液穩(wěn)定性較差.從圖3中也沒有觀察到明顯的多重乳狀液包裹結構，這可能是由于乳化劑質量分數(shù)低時，乳化能力有限，不利于W/O/W型復相乳狀液的形成.當乳化劑質量分數(shù)超過3%時，多重乳狀液穩(wěn)定性開始呈下降趨勢.這可能是由于有部分的乳化劑吸附在W/O油滴界面上，破壞了第一相穩(wěn)定性.因此，選擇適宜的外水相乳化劑Tween|80的質量分數(shù)為3%.

2.4 第二步乳化溫度和均質轉速對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響

在外水相與內乳液用量比為0.8，內乳液中石蠟油用量為60%，外水相中1%維生素C溶液用量為35%，內乳液乳化劑P135用量為5%和外水相乳化劑Tween|80用量為3%條件下，進一步考察第二步乳化溫度和均質轉速對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響.首先，設定第二步乳化溫度分別為35 ℃，45 ℃，55 ℃和65 ℃，得到的多重乳狀液在3000 r/min條件下離心30 min，計算它們的相

對體積比分別為 0.914 5，0.960 0，0.937 6和0.940 8.升高第二步乳化溫度，多重乳狀液的穩(wěn)定性有增加的趨勢.當乳化溫度為45 ℃時，乳狀液穩(wěn)定性最好.

在其他條件相同的情況下，改變第二步乳化時均質器轉速，設置均質器轉速分別為1000 r/min，1500 r/min，2000 r/min，2500 r/min和3000 r/min，測定上述轉速下的相對體積比分別為0.790 8，0.912 0，0.969 7，0.954 3和0.960 0，對應的偏光顯微鏡圖見圖4.從圖4可看出，隨著均質器轉速的增大，多重乳狀液的穩(wěn)定性也隨之增強，當均質器的轉速達到2000 r/min時，多重乳狀液的穩(wěn)定性最好.結合圖4可以發(fā)現(xiàn)，當均質轉速較高時得到的多重乳液的結構大小更均勻，但是轉速在2500 r/min時，有少部分W/O乳液未能被包裹住，所以2000 r/min為適宜的第二步均質轉速.

2.5 高分子增黏劑用量對多重乳狀液穩(wěn)定性的影響

高分子材料通常應用在乳狀液類產(chǎn)品中，利用其可增加乳液黏度的特性提高乳狀液穩(wěn)定性.在上述實驗結果的基礎上，即固定外水相與內乳液用量比為0.8，內乳液中石蠟油用量為60%，外水相中1%維生素C溶液用量為35%，內乳液乳化劑P135用量為5%和外水相乳化劑Tween|80用量為3%，設定乳化溫度為45 ℃和均質轉速為2000 r/min的條件下，通過在外水相中分別添加0.2%，0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的明膠，考察其對乳狀液穩(wěn)定性的影響，結果發(fā)現(xiàn)：多重乳狀液的穩(wěn)定性隨著明膠質量分數(shù)的增大而有所提高（上述5種明膠用量下的相對體積比分別為0.943 3，0.961 0，0.959 5，0.960 7，0.964 3），但當明膠用量為 1.0%時，穩(wěn)定性沒有明顯上升反而有所降低，且多重乳狀液黏度明顯增加.考慮到該體系在使用方面的便捷性，實際應用中添加0.5%左右明膠是比較適合的.

2.6 正交試驗確定多重乳狀液最佳配方和制備工藝

通過上述單因素試驗可以確定影響多重乳狀液穩(wěn)定性的主要因素為外內相用量比（A）、外水相乳化劑的用量（B）和乳化溫度（C）.采用正交試驗法獲得最佳的試驗配比，正交試驗因素水平見表1，結果見表2.

從表2可知，影響多重乳狀液穩(wěn)定性因素的主次順序為：外水相乳化劑的用量>外內相的用量比>乳化溫度，最佳試驗方案為B1 A2 C2，

即外水相乳化劑Tween|80的用量為2 %，外內相質量比為1.0，乳化溫度為45 ℃.為了驗證該結果的準確性，采用兩步乳化法，對該配方進行驗證試驗，所得多重乳狀液的相對體積比為0.966 4，且在偏光顯微鏡下展現(xiàn)出良好的結構形態(tài)（見圖5）.

2.7 維生素C的包裹率及包裹穩(wěn)定性分析

通過測定不同質量濃度維生素C溶液的吸光度，獲得維生素C標準工作曲線，見圖6.從圖6

可以看出，吸光度和維生素C質量濃度在0～20 μg/mL范圍內具有良好的線性關系，回歸方程為

Y =0.065 1X + 0.029 7， R2=0.999 8

在此基礎上，依據(jù)最佳配方和制備工藝，分別使用質量分數(shù)為1%，2%，4%和6%的維生素C水溶液制備多重乳狀液，測定并計算不同時間點4種多重乳狀液樣品的維生素C包裹率及其隨時間的變化情況，結果如圖7所示.由圖7可以看出，在最佳配方和制備工藝下，多重乳狀液中4種質量分數(shù)維生素C的包裹率沒有明顯的差別（分別為98.77%， 98.83%， 98.18%， 97.59%）.而隨著時間的延長，包裹率都有所下降.這可能是隨著時間的延長，有部分不穩(wěn)定的油滴發(fā)生破裂，包裹的內水相擴散至外水相所致.但當維生素C的質量分數(shù)為1%和2%時，包裹率下降非常緩慢，14 d后包裹率還能保持在95%以上，而當維生素C的質量分數(shù)較大時，包裹率下降比較明顯，且多重乳液顏色有加深的趨勢.這可能是由于濃度差增大時，內乳液中未包裹的維生素C和不穩(wěn)定油滴破裂導致內水相中釋放出的維生素C向外水相中擴散速度加快.

3 結論

本文以液體石蠟為內乳液油相，Tween|80為外水相乳化劑，明膠為高分子增黏劑，采用兩步乳化法制備了多重乳狀液并對維生素C進行包裹，以離心前后多重乳狀液相對體積比和放置2周期間維生素C包裹率的變化值為穩(wěn)定性衡量標準，通過單因素試驗確定了影響多重乳狀液穩(wěn)定性的主要因素是外內相質量比、外水相乳比劑用量、乳化溫度、均質速度和高分子材料用量，結合正交試驗獲得了多重乳狀液的最佳配方和制備工藝： 以Tween|80和P135分別為外內相乳化劑，Tween|80質量分數(shù)為2%，乳化溫度為45 ℃，均質轉速2000 r/min，明膠用量0.5%，在外內相用量比為1.0的條件下，制得的多重乳狀液相對體積比0.966 4，性能穩(wěn)定.該條件下維生素C的包裹率可達98%，具有令人滿意的包裹穩(wěn)定性.本文研究結果為多重乳狀液的制備及其在化妝品、農(nóng)藥和醫(yī)藥等領域的應用提供了一定的理論依據(jù).

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