微生物脂肽復配體系工藝方法與流變學性質研究

陳宛瑩

摘 ? 要：枯草菌脂肽鈉具有極低的臨界膠束濃度，通過對油相水相加入順序的調整，對枯草菌脂肽鈉的制備工藝進行研究。研究發現，采用D相法制得的乳液更穩定。通過對枯草菌脂肽鈉的用量進行調整，觀察穩定性，得到枯草菌脂肽鈉的最佳推薦用量為0.1%。將其與傳統陰離子表面活性劑鯨蠟醇磷酸酯鉀進行對比，發現枯草菌脂肽鈉更為高效。從流變學的角度來看，枯草菌脂肽鈉體系的韌性更強，結構回彈也較明顯，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、穩定的產品。

關鍵詞：枯草菌脂肽鈉;制備工藝;流變學

1968年，首次發現枯草芽胞桿菌可以產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是迄今已報道的表面活性最好的生物表面活性劑之一[2]，它的化學結構是由7種氨基酸共同組成的肽環，其疏水脂肪酸鏈較長[3]。

SF具有諸多優良的性質，這些特性促進了表面活性劑在多種工業中的應用，如洗滌劑、乳劑、保健品、制藥和采油等，在化妝品領域的應用雖有一些理論研究，但是在成品配方中并沒有相應的研究。將SF應用在化妝品配方中，對其制備工藝進行研究，并將其與硬脂酸甘油酯進行復配制得膏霜，與傳統陰離子表面活性劑進行對比，比較其在流變學性質上的不同，為SF在化妝品配方中進一步應用做準備。

1 ? ?實驗部分

1.1 ?主要試劑與儀器

試劑：安福蘇爾鉀鹽（上海泛凱經貿發展有限公司）、枯草菌脂肽鈉（鐘化株式會社）、白油[科耐歐貿易（上海）有限公司]。

儀器：臺式均質攪拌機（PT-MR 3100D，Kinematica AG），高級旋轉流變儀（MCR302、奧地利安東帕有限公司）。

1.2 ?實驗方法

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%）進行工藝對比，分別采用正相法、反相法、D相法進行乳液的制備。

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

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

（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，將去離子水緩緩加入到混合液，使兩相進行乳化，觀察料體由厚變薄的轉相過程，均質時間為5 min。均質后攪拌冷卻至室溫。

1.2.2 ?O/W乳液的配方優化

（1）鯨蠟醇磷酸酯鉀體系（以下均為質量百分數）。 按一定的份額將原料混合加熱均質，保持其他原料份額不變，僅調整鯨蠟醇磷酸酯鉀的量，配方1～4分別對應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（以下均為質量百分數）。按一定的份額將原料混合加熱均質，保持其他原料份額不變，僅調整枯草菌脂肽鈉的量，配方5～8分別對應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 ?穩定性測試

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 ?高級旋轉流變儀測試方法

（1）流動曲線：剪切速率從0.1 s-1按對數規律升高到1 000 s-1，37 ℃下測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按線性規律升至100 s-1，然后在同樣的時間內從100 s-1降至0.1 s-1，得到各樣品剪切應力隨剪切速率的變化曲線。

（3）黏彈性：37 ℃下，對各樣品進行黏彈性測試，角頻率固定為1 rad/s，應變值從0.1%按對數規律增大至1 000%，考察彈性模量和黏性模量對應變的變化情況。

2 ? ?結果與討論

2.1 ?制備工藝對比

正相法：分層;反相法：分層;D相法：穩定。

2.2 ?配方優化對比

如表1所示，乳化時間相同，乳化效果越好說明乳化劑對應的配比越合適，選取粒徑最小的乳化配比進行下一步的實驗。

2.3 ?穩定性結果

（1）48 ℃穩定性。只有配方4分層，其他均穩定。

（2）4 ℃穩定性。只有配方4分層，其他均穩定。

2.4 ?流變學表征

2.4.1 ?流動曲線

剪切速率從0.1 s-1按對數規律升高到1 000 s-1，37 ℃下測量各樣品的表觀黏度隨剪切速率的變化。測試結果如圖1所示。

圖1可知，兩個樣品的流動曲線較為相似，可以說明兩者的內部結構相似。兩個樣品都具有剪切變稀的性質，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域黏度和第二牛頓區域黏度均大于枯草菌脂肽鈉為乳化劑的乳液，再次驗證鯨蠟醇磷酸酯鉀體系的內部結構相對較強。

2.4.2 ?觸變性

37 ℃下，剪切速率從0.1 s-1按線性規律變化至100 s-1，然后在同樣的時間內從100 s-1降至0.1 s-1，得到各樣品剪切應力隨剪切速率的變化曲線。測試結果如圖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樣品經歷三角波剪切之后都形成了滯后環，但滯后環形狀有所不同，鯨蠟醇磷酸酯鉀體系樣品所形成的滯后環面積較大，故鯨蠟醇磷酸酯鉀體系樣品內部結構更強一些，與黏彈性曲線的結論相對應。與此同時，觀察觸變環會發現枯草菌脂肽鈉體系結構回彈性較好。

2.4.3 ?黏彈性

37 ℃下，對各樣品進行黏彈性測試，角頻率固定為1 rad/s，應變值從0.1%按對數規律增大至1 000%，考察彈性模量和黏性模量對應變的變化情況。各樣品的黏彈性曲線如圖3所示。

由圖3可知，兩個樣品的黏彈性模量較為相似，與流動曲線結論相對應。從圖3中還可以看出，鯨蠟醇磷酸酯鉀體系的復模量明顯大于枯草菌脂肽鈉體系的復模量，表明其樣品內部結構更強。而SF體系有較寬的線性黏彈區域，表明SF的樣品耐應變力更強。

3 ? ?結語

對比枯草菌酯肽鈉乳化體系的制備工藝以及與傳統陰離子表面活性劑的對比，得出如下結論。

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

（2）枯草菌脂肽鈉具有極強的乳化能力，與傳統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僅為鯨蠟醇磷酸酯鉀的1/4。

（3）從流變學的角度來看：枯草菌脂肽鈉體系的韌性更強，結構回彈也較明顯，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，內部結構較強，但結構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、穩定的產品。

[參考文獻]

[1]胡仿香，李 ? 霜.生物表面活性劑Surfactin生產菌株的定向改造策略[J].微生物學報，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].日用化學工業，2015，45（9）：540.