茶皂素系列洗滌產(chǎn)品的研發(fā)及性能測(cè)定

阮姿姿 張少芹 翁雪花 游瑞云 吳長(zhǎng)機(jī) 盧玉棟*

(1. 福建師范大學(xué) 化學(xué)與材料學(xué)院，福建 福州 350117; 2. 福州力鈞本草生物科技有限公司，福建 福州 350007)

我國(guó)盛產(chǎn)茶油，榨取茶油后殘余的廢渣殼接近茶油產(chǎn)量的3倍[1]，只有少量的茶油籽粕以低廉的價(jià)格出口到日本、東南亞等國(guó)家[2]。油茶籽粕中含有12.5%左右的茶皂素[3]，可以提取出大量的茶皂素[4]。茶皂素又名茶皂苷，屬糖甙化合物，是一種五環(huán)三萜類(lèi)皂甙[5]，擁有雙親結(jié)構(gòu)，配基、糖體和有機(jī)酸構(gòu)成了茶皂素的母體結(jié)構(gòu)，親水基團(tuán)由強(qiáng)負(fù)電性含氧基團(tuán)如-O-、-OH、-COO-等官能團(tuán)構(gòu)成，疏水基團(tuán)是苷元以酯鍵連接有機(jī)酸配體構(gòu)成的，具有憎水親油性質(zhì)[6-9]。茶皂素具有抗?jié)B消炎、殺菌抗病毒、鎮(zhèn)痛、溶血活性、解酒毒、保護(hù)人體肝脾、抗氧化、降血脂以及促進(jìn)植物生長(zhǎng)等生理作用[10，11]，在日化、醫(yī)療行業(yè)、滅火、食品、紡織、農(nóng)藥、飼料、養(yǎng)殖、采油、采礦、建材及交通等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景[12-17]。

常銀子等[18]研究了茶皂素與不同種類(lèi)表面活性劑的配比對(duì)洗滌體系去污力的影響，得到茶皂素洗滌劑的最優(yōu)配方，具有起泡豐饒、泡沫穩(wěn)定等優(yōu)良性能。李揚(yáng)[19]采用熱水浸提法從茶油籽粕中提取茶皂素，研究其表面活性，并將其應(yīng)用于制備茶皂素香皂。黎先勝[8]通過(guò)研究茶皂素的濕潤(rùn)性能、起泡能力、去污能力、抑菌性能等，開(kāi)發(fā)了汽車(chē)玻璃清洗劑和抗菌洗手液。

開(kāi)發(fā)研制含綠色表面活性劑茶皂素的系列產(chǎn)品，對(duì)實(shí)現(xiàn)茶皂素高值化應(yīng)用具有重大意義，有利于提高油茶廢殼資源的利用率，推進(jìn)茶油從種植到開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。本文以茶皂素為原料，研究茶皂素在洗滌產(chǎn)品中的應(yīng)用，制備了不同洗滌產(chǎn)品，考察其理化指標(biāo)及性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

茶皂素(福州力鈞本草生物科技有限公司提供)、JR-400、C162、EDTA-2Na、檸檬酸、AES(70%)、K12A、6501、CAB-35、磺酸、卡松、香精、NaCl、硫酸鎂(MgSO4·7H2O)、無(wú)水氯化鈣(CaCl2)均為化學(xué)純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

恒溫培養(yǎng)箱、冰箱、SNB-4數(shù)字黏度計(jì)、羅氏泡沫儀、JZ-200A自動(dòng)界面張力儀、接觸角測(cè)定儀。

1.3 茶皂素洗發(fā)香波

1.3.1 洗發(fā)香波配方

洗發(fā)香波配方：JR-400 0.2%、C162 0.05%、EDTA-2Na 0.05%、檸檬酸0.05%、AES(70%)15%、K12A 4%、6501 2%、CAB-35 6%、卡松0.1%、香精0.2%、NaCl適量，茶皂素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%，對(duì)應(yīng)的配方命名為配方1、配方2、配方3、配方4、配方5。

1.3.2 洗發(fā)香波制作步驟

根據(jù)配方，在250 ml燒杯中加入適量的去離子水，置于恒溫水浴鍋中加熱至60 ℃；加入JR-400，攪拌均勻；控制溫度在60～65 ℃，加入AES，攪拌均勻；逐一加入其他表面活性劑、EDTA-2Na，攪拌均勻；冷卻至40 ℃以下時(shí)，加入香精、防腐劑，混合均勻；加入檸檬酸，調(diào)節(jié)pH為5.5～7.0；加入NaCl調(diào)節(jié)洗發(fā)香波的黏度。

1.4 茶皂素沐浴露

1.4.1 沐浴露配方

沐浴露配方：AES(70%)14.5%、K12A 0.5%、CAB-35 4%、香精0.2%、珠光漿1.5%、卡松0.1%、NaCl適量，茶皂素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%，對(duì)應(yīng)的配方命名為配方1、配方2、配方3、配方4、配方5。

1.4.2 沐浴露制作步驟

根據(jù)配方，在250 ml燒杯中加入適量的去離子水，置于水浴鍋中加熱至60 ℃；控制溫度在60～65 ℃，加入AES，攪拌均勻；加入K12、CAB、茶皂素、珠光漿，攪拌均勻；降溫至40 ℃以下后，加入香精、防腐劑、螯合劑等；加入NaCl調(diào)節(jié)沐浴露的黏度。

1.5 茶皂素洗潔精

1.5.1 洗潔精配方

洗潔精配方：AES (70%) 9.5%、K12A 0.5%、磺酸4%、氫氧化鈉0.5%、6501 2%、香精0.2%、CAB-35 2%、卡松0.15%、NaCl加至適量，茶皂素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%，對(duì)應(yīng)的配方命名為配方1、配方2、配方3、配方4、配方5。

1.5.2 洗潔精制作步驟

根據(jù)配方，在250 ml燒杯中加入適量的去離子水，置于水浴鍋中加熱至60 ℃；控制溫度在60～65 ℃，加入AES，待全數(shù)溶解；加入K12、磺酸、6501、CAB、茶皂素；降溫至40 ℃以下后，加入香精、防腐劑等，混合均勻；加入NaCl調(diào)節(jié)洗潔精的黏度。

1.6 感官、理化指標(biāo)

1.6.1 感官指標(biāo)

1.6.1.1 外觀色澤

取試樣在室溫和光線充足下目測(cè)觀察，并記錄其外觀色澤。

1.6.1.2 香氣

取試樣用嗅覺(jué)進(jìn)行鑒別并記錄。

1.6.2 理化指標(biāo)

參考GB/T 29679—2013的方法進(jìn)行耐寒、耐熱與發(fā)泡力的測(cè)定。

1.6.3 茶皂素洗滌產(chǎn)品的黏度

參考朱衛(wèi)等[20]試驗(yàn)方法進(jìn)行洗滌產(chǎn)品在不同溫度下的黏度測(cè)定。

1.6.4 茶皂素洗滌產(chǎn)品的表面張力

根據(jù)拉環(huán)法原理，將洗滌產(chǎn)品裝入培養(yǎng)皿中，用JZ-200A自動(dòng)界面張力儀測(cè)定表面張力，每個(gè)配方讀取3次，取平均值。

1.6.5 洗發(fā)香波去污力

參考曹江絨[21]的方法進(jìn)行洗發(fā)香波的去污力測(cè)定。

1.6.6 沐浴露、洗潔精去污力

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 9985—2000及任秀娥等[22]的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行沐浴露、洗潔精去污力測(cè)試，并參考萬(wàn)笑可等[23]的文獻(xiàn)對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的人造污垢進(jìn)行修改，利用日常生活飲食中的材料配制人造污垢。

2 結(jié)果與討論

2.1 茶皂素洗滌產(chǎn)品的感官指標(biāo)

洗滌產(chǎn)品的感官指標(biāo)(外觀、色澤、氣味)，是消費(fèi)者挑選洗滌產(chǎn)品最直觀的方法，也是消費(fèi)者在選購(gòu)產(chǎn)品時(shí)，?？紤]的因素。故通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 9985—2000)考察茶皂素在洗滌產(chǎn)品中對(duì)感官指標(biāo)的影響。

三種洗滌產(chǎn)品的外觀均為透明的均勻液體，其色澤因加入的茶皂素量不同而呈現(xiàn)出由淺至深的顏色，且氣味均含茶皂素所帶有的淡草藥味?？傮w來(lái)說(shuō)，當(dāng)茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，三種茶皂素洗滌劑的感官指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 茶皂素洗滌產(chǎn)品的理化指標(biāo)

2.2.1 耐熱、耐寒

洗滌產(chǎn)品在運(yùn)輸及儲(chǔ)藏過(guò)程中，溫度是一個(gè)重要的影響因素。因此，通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 29679—2013)，考察茶皂素洗滌產(chǎn)品的耐寒、耐熱性能。結(jié)果表明，不同茶皂素含量的洗滌產(chǎn)品在40 ℃和0 ℃中存放24 h，恢復(fù)室溫后均無(wú)分層現(xiàn)象，說(shuō)明茶皂素洗滌產(chǎn)品具有良好的耐寒、耐熱性能，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 泡沫

表面活性劑在洗滌中對(duì)去除污垢起著重要的作用，其中泡沫性能是判別洗滌產(chǎn)品的重要評(píng)價(jià)之一。

根據(jù)Ross-Miles法原理，使200 mL溶液于某高度垂直落下，與刻度管內(nèi)溶液發(fā)生碰撞，混入空氣，產(chǎn)生泡沫，測(cè)量的泡沫高度即為洗滌劑的發(fā)泡力。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)Ross-Miles法并使用羅氏泡沫儀分別對(duì)各洗滌產(chǎn)品進(jìn)行0 min和30 min泡沫高度的測(cè)量，觀察其泡沫高度的變化并計(jì)算ΔH，研究茶皂素的加入量對(duì)洗滌產(chǎn)品泡沫性能的影響(圖1、圖2、圖3)。其中ΔH的計(jì)算見(jiàn)式1：

圖1 茶皂素對(duì)洗發(fā)液泡沫的影響

圖2 茶皂素對(duì)沐浴露泡沫的影響

圖3 茶皂素對(duì)洗潔精泡沫的影響

ΔH=H2-H1

(1)

式1中，ΔH為泡沫高度差，H2為終點(diǎn)(30 min)泡沫高度，H1為初始(0 min)泡沫高度。

由圖1至圖3可知，隨著配方中茶皂素含量的增加，初始泡沫高度均在125～170 mm間，茶皂素洗滌劑具有良好的發(fā)泡力，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 29679—2013)透明型洗滌劑的泡沫高度≥100 mm的要求。但加有茶皂素的洗滌產(chǎn)品的泡沫高度低于未加茶皂素的洗滌產(chǎn)品，其原因可能是表面張力較大，使得泡沫不夠豐富。由圖1 至圖3 還可以看出來(lái)，當(dāng)茶皂素的量增加時(shí)，洗發(fā)水、沐浴露和洗潔精的泡沫高度變化差ΔH逐漸變小，由此可見(jiàn)茶皂素有良好的穩(wěn)泡能力。

2.3 茶皂素對(duì)洗滌產(chǎn)品黏度的影響

為考察茶皂素對(duì)洗滌產(chǎn)品黏度的影響以及溫度對(duì)黏度的影響，測(cè)量不同配方的洗滌產(chǎn)品在高溫40 ℃、常溫25 ℃和低溫5 ℃時(shí)的黏度(圖4、圖5、圖 6)。

圖4 茶皂素對(duì)洗發(fā)香波黏度的影響

圖5 茶皂素對(duì)沐浴露黏度的影響

如圖4～圖6所示，茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，一定溫度下，隨著茶皂素含量的增多，洗滌產(chǎn)品的黏度呈下降趨勢(shì)，在洗發(fā)香波和沐浴露體系中，茶皂素的含量升高，不同溫度下的黏度差減小，有利于維持黏度的穩(wěn)定性。隨著溫度的升高，洗滌產(chǎn)品的黏度也逐漸降低。

圖6 茶皂素對(duì)洗潔精黏度的影響

2.4 茶皂素對(duì)洗滌產(chǎn)品表面張力的影響

為考察茶皂素對(duì)洗滌產(chǎn)品表面活性的影響，通過(guò)表面張力儀測(cè)得各個(gè)配方的表面張力(圖7)。

圖7 茶皂素對(duì)洗滌產(chǎn)品表面張力的影響

如圖7所示，茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，隨著茶皂素的增加，洗滌劑的表面張力呈下降趨勢(shì)，即表面活性升高，有利于穩(wěn)泡。同時(shí)，在不同產(chǎn)品中，表面張力下降的趨勢(shì)不同，表明在不同表面活性體系中，茶皂素對(duì)表面活性的影響不同。

2.5 茶皂素對(duì)洗滌產(chǎn)品去污力的影響

表面活性劑可降低被清洗物體與污垢及污垢與水的表面張力，使污垢與被清洗物體的粘附性降低，從而使得污垢易與被清洗物體分離。

為考察茶皂素對(duì)去污力的影響，用茶皂素系列洗滌產(chǎn)品洗滌人造污垢，測(cè)其前后質(zhì)量的改變量占加入人造污垢量的百分比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 茶皂素對(duì)洗滌劑去污力的影響

由表1數(shù)據(jù)可知，茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，隨著茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，沐浴露與洗潔精的去污效果均呈上升趨勢(shì)，洗發(fā)香波的去污能力雖有上升趨勢(shì)，但配方1和配方2的去污能力比配方3和配方4高，影響其結(jié)果的可能原因是：一方面，洗發(fā)香波的去污實(shí)驗(yàn)是將附著在頭發(fā)上的污垢清除掉，因?yàn)槲酃葛こ?，難以均勻涂抹在頭發(fā)上；另一方面，頭發(fā)容易打結(jié)成團(tuán)，對(duì)去污垢造成影響。綜上，茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，茶皂素的增加可提高洗滌產(chǎn)品的去污能力。

3 結(jié)論

茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，茶皂素洗滌產(chǎn)品具有良好的感官性能和外觀狀態(tài)、較好的耐寒耐熱性能、良好的發(fā)泡力、穩(wěn)泡性能，各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，隨著溫度的升高，洗滌產(chǎn)品的黏度逐漸降低；隨著茶皂素含量的增多，洗滌產(chǎn)品的黏度呈下降趨勢(shì)，表面張力呈下降趨勢(shì)。茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3～2.0%時(shí)，茶皂素的增加可提高洗滌產(chǎn)品的去污能力。