茶皂素與鼠李糖脂復配的表面活性增效作用

摘要：為開發(fā)安全、綠色環(huán)保且可商業(yè)化運用的表面活性劑復配體系，對茶皂素和鼠李糖脂進行復配，分析了茶皂素與鼠李糖脂復配體系的表面活性，研究了茶皂素與鼠李糖脂復配體系的增效作用與穩(wěn)定性。結果發(fā)現(xiàn)，茶皂素與鼠李糖脂復配體系的泡沫高度、去污力、潤濕力和乳化力比茶皂素分別提高了14.97%、13.95%、69.42%和14.36%，表明茶皂素與鼠李糖脂復配具有顯著協(xié)同效應。另外，復配體系比茶皂素具有更強的耐溫和耐鹽能力。

關鍵詞：茶皂素；鼠李糖脂；復配；協(xié)同效應；表面活性

中圖分類號：TQ423.9" " " " "文獻標識碼：A" " " "文章編號：0439-8114（2025）02-0021-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.02.004 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： To develop a safe， environmentally friendly and commercially applicable surfactant compound system， this experiment combined tea saponin and rhamnolipid. The surface activity of the compound system of tea saponin and rhamnolipid was analyzed， and the synergistic effect and stability of the compound system of tea saponin and rhamnolipid was studied. The results showed that the foam height， detergency， wetting power and emulsifying power of the compound system of tea saponin and rhamnolipid were increased by 14.97%， 13.95%， 69.42% and 14.36% respectively compared with tea saponin， indicating that the compound system of tea saponin and rhamnolipid had a significant synergistic effect. In addition， the compound system had higher resistance to heat and salt compared with tea saponin.

表面活性劑是一種由親水和疏水基團組成且能夠降低溶液界面張力的兩親性物質［1］，按結構特點可分為離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑，按來源屬性可分為天然表面活性劑和合成表面活性劑等［2］。合成表面活性劑已經廣泛使用在洗滌劑與化妝品等領域，但因其成分包括磺酸鹽、磷酸鹽和硫酸鹽類等，造成水中溶解氧下降，嚴重影響水體環(huán)境，導致水體富營養(yǎng)化［3，4］。另外，一些合成表面活性劑如烷基糖苷和直鏈烷基苯磺酸鈉等是人體潛在的過敏原，可導致人體內分泌紊亂，對人具有潛在的危害性。因此，可降解且安全的表面活性劑的開發(fā)是促進洗滌劑和化妝品行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑［5-9］。

植物皂素是由皂苷、糖、糖醛酸或其他有機酸組成的天然非離子型表面活性劑，具有很強的表面活性，被廣泛運用于化妝品、洗滌劑和醫(yī)藥等行業(yè)［10］。由于植物皂素存在去污力和乳化力弱、泡沫豐富度不夠、顏色深、純度低等問題，仍未能滿足日化產業(yè)要求，導致商業(yè)化應用受到很大限制［11］。茶籽粕是茶籽提取油脂后的副產物，是植物皂素最主要的來源［12］。當前茶籽粕主要采用回填還林，沒有得到綜合回收利用。因此，充分利用茶籽粕皂素，使茶籽粕廢棄物得到高效利用，不僅可以避免資源浪費、保護環(huán)境，還可以降低日化產品成本。

鼠李糖脂是由鼠李糖基和β-羥基脂肪酸鏈組成的陰離子糖脂類生物表面活性劑，屬于假單胞菌或伯克氏菌類產生的次生代謝物［13］，具有可降解、環(huán)境友好、安全無毒且耐極端環(huán)境等優(yōu)點［14］。提高鼠李糖脂的生產效率、降低生產成本，是實現(xiàn)鼠李糖脂商業(yè)化運用的主要手段。

表面活性劑復配可以產生加和增效行為，是提高增溶效率的有效手段。復配體系通常比單一表面活性劑具有更強的去污能力、更低的表面張力和臨界膠束濃度，對污染物洗脫效率更高［15，16］。為了使茶籽粕這一大宗特色資源高值化綜合開發(fā)利用，實現(xiàn)茶皂素大規(guī)模商業(yè)化運用，本研究探討茶皂素和鼠李糖脂復配的增效作用，以期為開發(fā)安全、綠色環(huán)保且可商業(yè)化運用的表面活性劑復配體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗儀器及試劑

主要儀器：BZY-101系列自動表面張力儀，上海方瑞儀器有限公司；2152型羅氏泡沫儀，上海銀澤儀器設備公司；PHS-3C型pH計，上海雷磁儀器有限公司；DHG-9053A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海柏欣儀器設備廠。

主要試劑：茶皂素、鼠李糖脂、橄欖油、鹽酸、NaOH、NH4Cl。

1.2 試驗方法

1.2.1 茶皂素標準曲線繪制與含量測定

準確稱取0.05 g茶皂素對照品，用70%乙醇溶解于50 mL量瓶中，定容，配制成1 mg/mL的標準溶液。分別吸取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL的標準溶液于10 mL具塞試管中，加入70%乙醇溶液至0.5 mL，而后加入8%的香草醛乙醇溶液0.5 mL，77%的H2SO4溶液4 mL，振蕩搖勻，于60 ℃水浴20 min，冰水浴10 min取出，待溫度升至室溫，于550 nm波長下測定吸光度，繪制標準曲線，并根據標準曲線計算樣品液中茶皂素濃度［17］。

1.2.2 表面張力測定

采用吊片法［18］，配制系列不同比例、不同濃度的茶皂素和鼠李糖脂溶液，利用全自動張力儀測定溶液表面張力。

1.2.3 臨界膠束濃度測定

以溶液濃度（C）對數(shù)為橫坐標、表面張力為縱坐標，在表面張力不變化的突變點讀取臨界膠束濃度。

1.2.4 茶皂素表面張力的影響因素試驗

參照文獻［19］的方法。茶皂素溶液濃度設置為0.01～2.00 g/L，然后考察溫度、鹽度、pH和水硬度對溶液表面張力的影響。①溫度影響。配制系列濃度茶皂素溶液，將茶皂素溶液分別置于25、35、45、55、65 ℃下測定其表面張力。②鹽度影響。稱取一定量茶皂素粉末，分別溶于質量濃度為5、10、20 g/L的NH4Cl溶液中，配制系列濃度茶皂素溶液，在（25±1） ℃下測定其表面張力。③pH影響。配制系列濃度茶皂素溶液，用10%鹽酸和10%NaOH溶液將溶液pH分別調為4、5、6、7、8和9，在（25±1）℃下測定各溶液表面張力。④水硬度影響。稱取一定量茶皂素粉末，分別溶于硬度為0、200、500 mg/L水中，配制系列濃度茶皂素溶液，在（25±1）℃下測定其表面張力。

1.2.5 茶皂素與鼠李糖脂復配

1）最佳比值計算。參考文獻［20］的計算方法， 2種表面活性劑復配增效的最佳比值m1∶m2≈cmc1∶cmc2。其中，m1、m2分別為茶皂素與鼠李糖脂的質量；cmc1、cmc2分別為茶皂素與鼠李糖脂的臨界膠束濃度。

2）復配體系表面張力。采用加權平均值［21］計算理論復配效果，公式如下。

式中，X1、X2分別為茶皂素和鼠李糖脂的質量分數(shù)；cmc理為復配體系cmc的理論計算值；γcmc理為復配體系最低表面張力的理論計算值；cmc1、cmc2分別為茶皂素和鼠李糖脂的臨界膠束濃度；γcmc1、γcmc2分別為茶皂素和鼠李糖脂的最低表面張力。

按得出的最佳比值將茶皂素和鼠李糖脂進行復配，配制成12個濃度的溶液，在（25±1）℃下測定各溶液γcmc。

1.2.6 泡沫高度測定

參照GB/T 29679—2013中Rose-Miles的測定方法［22］。配制濃度為0.01～1.60 g/L的系列茶皂素溶液，利用羅氏泡沫儀在操作溫度為（40±1）℃下測定其在0、5 min時的泡沫高度。以產生最高泡沫高度時的茶皂素濃度為基準，按照最佳比值添加鼠李糖脂復配，采用上述相同方法測定泡沫高度。

1.2.7 去污力測定

參考文獻［23］的測定方法。首先扎緊3 g頭發(fā)的發(fā)束一端，洗凈，進行恒重試驗，稱重記為M1；而后將發(fā)束浸入含有茶籽油10 g、石蠟" 8 g、木炭粉1 g和塵土1 g的人工污垢中2 h，記為M2；最后將發(fā)束浸入濃度為2～14 g/L的系列茶皂素溶液中，搖擺清洗30 min，在60 ℃的烘箱中烘干至恒重，記下讀數(shù)M3。以達到去污力平衡值的茶皂素濃度為基準，按照最佳比值添加鼠李糖脂復配，對復配體系采用上述相同方法測定去污力。

1.2.8 潤濕力測定

參考GB/T 11983—2008［24］。配制700 mL濃度為0.5～5.0 g/L的系列茶皂素溶液，分別裝入1 000 mL燒杯，液體表面不能有泡沫，將標準圓帆布片以垂直于頁面角度浸入溶液中，由圓帆布片接觸到液面開始計時，當布片完全濕透浸入杯底，計時結束，2次計時差值為潤濕時間。以達到潤濕力平衡值的茶皂素濃度為基準，按照最佳比值添加鼠李糖脂復配，對復配體系采用上述相同方法測定潤濕力。

1.2.9 乳化力與復配體系測定

參考文獻［25］的測定方法。用移液管吸取20 mL濃度為0.2～2.0 g/L的系列茶皂素溶液及不同配比復配體系溶液分別放入100 mL具塞量筒內，再用移液管吸取20 mL油相，用手捏緊玻璃塞，上下劇烈振動5次，靜置1 min，如此重復5次，立即用秒表記錄時間，至水相分離出10 mL時記錄分出時間，作為乳化力比較。以達到乳化力平衡值的茶皂素濃度為基準，按照最佳比值添加鼠李糖脂復配，對復配體系采用上述相同方法測定乳化力。

1.2.10 復配體系穩(wěn)定性分析

參考文獻［26］的方法并稍作修改。配制1.4 g/L茶皂素溶液，并根據最佳比值添加鼠李糖脂復配，并考察復配體系的穩(wěn)定性。①耐溫性。將配制好的茶皂素溶液、復配體系溶液分別置于25、35、45、55、65、75、85 ℃下測定各溶液表面張力。②耐鹽性。將5、10、20、40、80 g/L的NH4Cl分別溶于茶皂素溶液和復配體系溶液中，在（25±1）℃下測定各溶液的表面張力。③耐酸堿性。將茶皂素溶液和復配體系溶液分別用10%鹽酸和10% NaOH調pH為3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5和9.5，在（25±1）℃下測定各溶液的表面張力。④耐水硬度。稱取1.4 g/L茶皂素粉末溶于硬度為200、400、600、800 mg/L水中，根據最佳比值添加鼠李糖脂配制各種復配體系溶液，在（25±1）℃下測定各溶液的表面張力。

2 結果與分析

2.1 茶皂素標準曲線繪制及含量測定

茶皂素的標準曲線如圖1所示。以茶皂素吸光度為橫坐標、濃度為縱坐標，繪制茶皂素標準曲線，做回歸處理，得回歸方程為y=0.675 7x+0.011 0，R2=0.994 2。根據回歸方程計算出茶皂素濃度，測得茶皂素純度為95.2%。

2.2 茶皂素和鼠李糖脂的表面張力

在25 ℃下，茶皂素表面張力隨其溶液濃度變化趨勢如圖2A所示，茶皂素臨界膠束濃度為1.33 g/L，最低表面張力為40.07 mN/m。水的表面張力為73 mN/m，依最低表面張力計算，茶皂素使水表面張力降低了45.11%，顯現(xiàn)出較強的表面活性。由圖2B可知，在25 ℃時，測得鼠李糖脂臨界膠束濃度為0.08 g/L，最低表面張力為34.67 mN/m。依照最低表面張力分析，鼠李糖脂能使水的表面張力降低52.51%，也具有很好的表面活性。

2.3 茶皂素表面張力的影響因素

溫度對茶皂素溶液表面張力的影響如圖3A所示。在25～65 ℃，隨溫度升高，茶皂素最低表面張力呈明顯下降趨勢，而臨界膠束濃度基本保持不變。這是由于溫度上升，溶液內分子熱運動加快，液體分子之間距離越大，相互吸引力減小，使表面張力降低。

鹽度對茶皂素溶液表面張力的影響如圖3B所示。在5～20 g/L的NH4Cl下，臨界膠束濃度和最低表面張力變化不大，其表面活性受鹽度影響較小，即非離子表面活性劑的鹽效應不大。

pH對茶皂素溶液表面張力影響如圖3C所示。當溶液偏酸或偏堿時，茶皂素降低表面張力的能力增強， 臨界膠束濃度發(fā)生輕微改變。在茶皂素濃度為1.4 g/L時，表面張力變化逐漸趨于穩(wěn)定。根據試驗結果推測茶皂素結構中含有羧基，在酸性條件下發(fā)生脫羧反應，在堿性條件下反應生成羧酸鈉，破壞了溶液酸堿環(huán)境，使茶皂素溶解性增強，導致表面張力和臨界膠束濃度發(fā)生變化［27］。

水硬度對茶皂素溶液表面張力的影響如圖3D所示。隨著水硬度增加，溶液臨界膠束濃度沒有明顯變化，最低表面張力略有增大。根據結果分析可能是水中的離子對表面活性劑中親水部分影響作用不大，液體分子之間距離變化較小，相互吸引力不變，使得膠束可正常形成，臨界膠束濃度不變，表明茶皂素有較好的抗硬水能力。

茶皂素表面張力受溫度、鹽度、pH以及水硬度的影響較小，具有較強的耐鹽和耐硬水能力，測得的表面張力穩(wěn)定且重現(xiàn)性較好，試驗結果驗證了以茶皂素表面張力作為復配最佳比值計算依據的可靠性。

2.4 復配體系的表面張力

茶皂素和鼠李糖脂按照不同比例復配，配制成12個濃度的混合溶液。由圖4可知，在室溫25 ℃下測得臨界膠束濃度為1.1 g/L，最低表面張力為31.33 mN/m。

根據兩種表面活性劑復配增效的最佳比值（cmc1∶cmc2），計算得出復配體系最佳配比（茶皂素∶鼠李糖脂）為16.63∶1。據式（1）和式（2）得cmc理為1.26 g/L，γcmc理為39.74 mN/m。復配體系形成膠束能力增效作用明顯，為19.84%，表面張力降低21.20%，復配體系的增效作用明顯（表1）。

2.5 復配體系的泡沫高度

不同濃度茶皂素溶液的起泡性能如表2所示。茶皂素具有良好的起泡性能，在濃度很低時就可以產生泡沫，而且泡沫較穩(wěn)定，在5 min后，泡沫高度仍較高。隨著溶液濃度增加，泡沫高度也逐漸增加，當茶皂素溶液濃度達到1.00 g/L時泡沫高度不再增加，為124.67 mm。

在0 min時，復配體系的泡沫高度（143.33 mm）比單一茶皂素最高泡沫高度（124.67 mm）提高14.97%，復配體系泡沫性能良好，在5 min后，復配體系泡沫高度還能維持在較高水平（128.67 mm）。這說明鼠李糖脂以陰離子富集的形式，使液膜變薄到一定程度后，電荷排斥作用增強，可防止液膜進一步變薄，進而增強了體系的穩(wěn)泡效果。

2.6 復配體系的去污力

從圖5可以看出，在茶皂素濃度為10 g/L時去污力達到平衡，為29.67%。因此，用10 g/L茶皂素濃度按照最佳比例（16.63∶1）添加鼠李糖脂復配，測得復配體系的去污力為33.81%，比單獨使用茶皂素的去污力提高13.95%。復配溶液較強的潤濕滲透作用使污垢與被污染物之間的引力松脫，也使污垢粉碎成細小的粒子，通過機械攪拌作用，吸附在被污染物表面上的污垢就能大量卷離到水中，油脂污垢在其乳化增溶作用下脫離污染物，因此復配溶液的去污力強于茶皂素溶液。

2.7 復配體系的潤濕力

由圖6可知，茶皂素濃度在4.0 g/L時潤濕力達最低值，潤濕時間為4.12 min。因此，以4.0 g/L茶皂素濃度為基準按照最佳比值（16.63∶1）添加鼠李糖脂復配，其潤濕時間為1.26 min，復配體系潤濕力相較于單一茶皂素潤濕力提高69.42%。這是由于復配溶液降低界面表面張力能力強于茶皂素溶液，且復配溶液的溶解度增強，使復配溶液與帆布片接觸角變小，潤濕速度加快，復配溶液潤濕力增強。

2.8 復配體系的乳化力

由圖7可知，茶皂素濃度在1.6 g/L時乳化力達到平衡。由圖8可知，當添加不同質量的鼠李糖脂復配，在最佳比值附近表現(xiàn)出最強協(xié)同效應，乳化時間為23.41 min，比單獨使用茶皂素時增強了14.36%。復配溶液具有較強的降低表面張力能力，而表面張力的降低改變了體系界面狀態(tài)，液體易于分散在油相中，因而增加了復配溶液的乳化力。

2.9 復配體系的穩(wěn)定性

茶皂素及其與鼠李糖脂復配溶液的耐溫性如圖9A所示。茶皂素溶液隨溫度上升，降低表面張力能力明顯增加；復配體系溶液表面張力隨溫度上升略微下降。這可能是由于溫度上升加速了溶液分子運動，使表面張力下降。茶皂素溶液表面張力下降幅度大于復配體系溶液，說明茶皂素溶液受溫度的影響較大，而復配體系溶液在不同溫度下表面張力更穩(wěn)定，復配體系比茶皂素更具耐溫性。

茶皂素及其與鼠李糖脂復配溶液的耐鹽性如圖9B所示。茶皂素溶液和復配體系溶液的表面張力在不同NH4Cl濃度下變化不大，茶皂素和復配體系溶液都擁有良好的耐鹽能力。但茶皂素溶液在NH4Cl濃度為20 g/L時達到平衡，而復配體系溶液在NH4Cl濃度為10 g/L時即達到了平衡，表明復配體系耐鹽性強于茶皂素。

茶皂素及其與鼠李糖脂復配溶液的耐酸堿性如圖9C所示。茶皂素和復配體系溶液表面張力在pH為6.5時達最低值，隨后都隨著溶液變酸或變堿而升高?？赡苁怯捎诓柙硭刂械聂然謩e在酸堿環(huán)境下發(fā)生脫羧反應和生成羧酸鈉，使茶皂素水溶性增強；而陰離子鼠李糖脂在酸堿溶液中，氣液界面受力不均和界面密度較小，促使鼠李糖脂表面張力在酸堿溶液中發(fā)生變化［28］。這些因素導致了茶皂素溶液和復配體系溶液表面張力在酸堿環(huán)境中受到影響。

茶皂素及其與鼠李糖脂復配溶液的耐水硬度性如圖9D所示。茶皂素溶液和復配體系溶液的表面張力隨著水硬度的上升略微升高，但升高幅度不明顯，說明茶皂素和復配體系都具有較強的耐硬水能力。

3 小結

1）茶皂素表面張力受溫度、鹽度以及水硬度影響較小，具有較強的耐溫、耐鹽和耐硬水能力。

2）茶皂素和鼠李糖脂的最佳復配比例（質量比）為16.63∶1，復配體系形成在膠束能力和降低表面張力的增效作用明顯，分別為19.84%和21.20%。復配體系泡沫高度、去污力、潤濕力和乳化力比茶皂素分別提高14.97%、13.95%、69.42%和14.36%。另外，復配體系較茶皂素具有更強的耐溫和耐鹽性。

3）復配體系可在一定程度上克服茶皂素作為表面活性劑存在的問題，展現(xiàn)了較好的商業(yè)化運用前景。

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收稿日期：2023-09-11

基金項目：廣西重點研發(fā)計劃項目（桂科AB20159015）

作者簡介：黃青青（1998-），女，廣西靈山人，在讀碩士研究生，研究方向為藥物新劑型、新制劑的研制與開發(fā)，（電話）15177127069（電子信箱）1064577574@qq.com；通信作者，譚 強（1977-），男，教授，博士，主要從事藥物新劑型、新制劑的研制與開發(fā)研究，（電子信箱）Tan20111102@163.com；袁 晶（1977-），女，館員，主要從事中藥資源信息整理與開發(fā)研究，（電子信箱）122653842@qq.com。