胡柚精油纳米乳的制备及品质评价

何君，姚晓玲，冯桂仁，王瑞，杨柏林

（湖北工业大学轻工学部食品与制药学院，湖北武汉430068）

胡柚精油纳米乳的制备及品质评价

何君，姚晓玲*，冯桂仁，王瑞，杨柏林

（湖北工业大学轻工学部食品与制药学院，湖北武汉430068）

研制了胡柚精油纳米乳并对其进行了品质评价。利用伪三元相图法优选配方，直接以胡柚精油为油相，从Span系列和Tween系列中筛选出Span-80与Tween-80作为混合表面活性剂，选用丙三醇为助表面活性剂，加入蒸馏水制备胡柚精油纳米乳。通过染色法鉴定染色法该乳液属于O/W型，清澈透明有明显的丁达尔现象，经激光粒度仪测得分散相平均粒径为21 nm，且粒径大小集中，影响因素实验表明该胡柚精油纳米乳有良好的稳定性。

胡柚精油纳米乳；表面活性剂；稳定性

胡柚是由柚和橘或橙自然杂交的品种，其精油可用作于医药、食品、化妆品等，具有重要的生理、药理价值[1]。但胡柚精油在水中的溶解度小，常温保存中稳定性差，在进一步产品研究中遇到了瓶颈[2]。纳米乳是由水相、油相、表面活性剂和助表面活性剂按适当的比例形成粒径为10 nm～100 nm，具有低黏度、各向同性的热力学和动力学稳定的透明的或半透明体系[3-4]。

本实验将胡柚精油制成纳米乳液，并对所得乳液做相应的质量评价。旨在克服精油在水中不溶等缺陷，提高胡柚精油乳液的其稳定性，拓宽胡柚精油的应用范围。同时为进一步的乳液制备工艺探究及理化性质研究奠定一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

胡柚，购置于湖北省鄂州市梁子湖；Span-80、Span-20、Tween-80、Tween-20等表面活性剂，盐酸、浓硫酸、氢氧化钠、苯甲酸钠等实验室常用试剂均为分析纯：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Zetasizer Nano-ZS激光粒度仪：英国马尔文仪器有限公司；FE20型pH计：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；LD型电子天平：沈阳龙腾电子有限公司；KQ-100VDE型超声波仪：昆山市超声仪器有限公司；85-2型恒温磁力搅拌器：上海司乐仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 表面活性剂的筛选

根据橘类精油乳液研究，在Span-80，Span-20，Tween-80，Tween-20四种表面活性剂进行筛选复配[5]。取10m L试管10支，各加入胡柚精油3m L，再分别加入0.5 m L的Span-80，Span-20，Tween-80，Tween-20。剧烈振荡10 s后，加入蒸馏水使得乳液总体积为10 mL。将所得乳液震荡3min后，静置，观察其随时间的分层现象，记录分层体积数，从而判断其稳定性[6]。最后同样方法根据混合表面活性剂的HLB值复配，得到最适的复配比。

混合表面活性剂的HLB值的计算：

式中：WA、WB、WC分别为不同种类表面活性剂各自的质量分数；HA、HB、HC为对应表面活性剂的HLB值；Hr为混合表面活性剂的HLB值。

1.3.2 助表面活性剂的选择

试验遴选无水乙醇、1，2-丙二醇、丙三醇以及正丁醇为助表面活性剂[7]，将1.3.1中选择出来的表面活性剂与上述助表面活性剂按照质量比5∶1（即Km值5∶1）混合均匀，盛于离心管中，在转速为1 500 r/min下离心15min后，根据分层情况检测能否形成稳定纳米乳，从而选择成合适的助表面活性剂。

1.3.3 拟三相图的绘制

三相图能够有效的了解纳米乳的成分配比及成乳区域[8]。将胡柚精油与表面活性剂按照质量比9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9混合均匀，每组称取10mL置于烧杯中，于室温下在磁力搅拌器上边搅拌边滴加蒸馏水，观察烧杯中的变化，期间会出现粘度较大的状态，用偏光显微镜观察有无双折射现象，发亮的为液晶，不发亮的为凝胶[9]。以乳液浑浊和澄清为指标，当乳液由澄清变浑浊或由浑浊变澄清时，记录临界加水量。分别以精油、混合表面活性剂以及水为顶点，按其临界含量的质量分数，利用Origin8.0软件绘制三相图，确定纳米乳区域。实验绘出O/W型纳米乳的成乳区域。参照已有研究，对所得乳液用超声波仪处理，选用频率为45KHz，功率100%，连续处理20min[10]。

1.3.4 基本性质分析[11]

表观性状以液态是否澄清透明或半透明、平行光入射后有无丁达尔现象作为判断纳米乳形成的基本评价标准；据油性染料苏丹红Ⅲ及蓝色染料亚甲基蓝在乳液中扩散快慢来判断：若红色快于蓝色则为油包水型（W/O），反之为水包油型（O/W）；测定胡柚精油纳米乳pH值、折光率、粒径及粒度分布。

1.3.5 粒径及粒度分布测定

取少量的胡柚精油纳米乳液于样品池中，加适量水稀释。再将样品池插入样品槽中，关闭测定仪仓盖，运行软件。依据测定的粒径大小与对应数目，绘制粒径分布图并得到胡柚精油纳米乳的平均粒径。

1.3.6 稳定性考察

1.3.6.1 长期静置

取3个批次胡柚精油纳米乳，密封置于室温下（20℃～25℃）静置，定期观测纳米乳形态、pH、折光率。

1.3.6.2 高温处理

将胡柚精油纳米乳密封后置于50℃环境静置10 d，观察其形态、pH、折光率。

2 结果与分析

2.1 表面活性剂的筛选

单一表面活性剂乳化效果如表1所示。

表1 单一表面活性剂乳化效果Table1 Singularity surfactant screening results

乳液的稳定性较差，快速分层。但相比之下加入Span-80与Tween-80的乳液分层高度较小，因此选用该两种表面活性剂进行复配。根据计算公式，计算出的HLB值及其混合比例和乳化效果如表2所示。

表2 混合表面活性剂乳化效果Table 2 Mix surfactant screening results

混合表面活性剂的HLB值在13时乳状液的稳定性最好，分层高度较小。此时表面活性剂中亲水、亲油部分大小比例合适，在油水两相中溶解平衡，表面活性剂不易留存于界面两边的任何体相中，而趋于集结于界面，降低界面张力，宏观上的表现为乳状液稳定性良好。

2.2 助表面活性剂的选择

在纳米乳的制备中，添加一定量的助表面活性剂能够使形成的纳米乳更加稳定。表面活性剂为Span-80和Tween-80混合而成的HLB值为13的混合表面活性剂，油相为胡柚精油，助表面活性剂的筛选结果如表3所示。

表3助表面活性剂筛选结果Table3 Cosurfactant screening results

筛选结果表明，只有丙三醇适合作为胡柚精油纳米乳的助表面活性剂，其他三种试剂不适合用于助表面活性剂。

2.3 拟三相图的绘制

将实验数据点连接起来所画出的细长区域即为纳米乳区，如图1所示，OIL代表胡柚精油，WATER代表水相，SF代表复合表面活性剂。

图1 精油/表面活性剂/水体系拟三相图Fig.1 Grapefruit/surfactant/water system of pseudo-three-phase plan

如图1所示，OIL代表胡柚精油，WATER代表水相，SF代表复合表面活性剂，图中细长区域即为纳米乳区。图中胡柚精油最大含量可达到19%，纳米乳区域水相含量保持在60%以上。由相图考察所得结果，最终确定胡柚精油、混合表面活性剂、蒸馏水的质量比为1∶1∶8。

2.4 基本理化性质

胡柚精油纳米乳澄清透明，流动性良好，利用光束照射时有丁达尔现象。蓝色亚甲基蓝在乳液中的扩散速度快于红色染料苏丹红Ⅲ，确定乳液为水包油型。乳液的pH为5.73，折光率为1.363 3。

2.5 粒径及粒度分布

按照2.3中最终配比，制备三批胡柚精油纳米乳，由激光粒度仪测定得出3个批次的纳米乳的平均粒度分比为21.07、21.75、20.48 nm。由图2可以看出，所制备的胡柚精油纳米乳，90%以上的粒径直径集中在30 nm（小于100 nm）以内，说明制备的胡柚精油纳米乳符合粒径大小要求。

图2 胡柚精油纳米乳粒径分布Fig.2 Size distribution of grapefruit oil

2.6 胡柚精油纳米乳稳定性

2.6.1 长期静置

取3个批次胡柚精油纳米乳，密封置于室温下（20℃～25℃）静置，定期观测纳米乳形态、pH、折光率等。纳米乳的相关数据的变化见表4。

表4 长期留样试验结果Table4 Long-term retention samples test results

可以看出，胡柚精油纳米乳在常温环境下，经长期的存放，其品质基本没有发生变化。表观上一直清澈透明、流动性良好，pH略有波动但是变化不大，折光值较稳定，因此明胡柚精油纳米乳在室温环境能够长期保持品质稳定。

2.6.2 高温处理

高温环境会对纳米乳的稳定产生影响，造成精油挥发以及破乳分层等现象。胡柚精油纳米乳高温试验结果见表5。

表5 高温加速实验结果Table5 High temperature accelerated experimental results

胡柚精油纳米乳在第10天的检测中，底部出现微弱的浑浊现象，经摇晃振荡后会恢复澄清透明的状态，在整个存放过程中，没有出现结块、破乳现象。纳米乳的pH基本上都有所下降，但是整个变化范围不大，折光值基本不变。以上现象及数据表明，胡柚精油纳米乳的热稳定性良好。

3 结果与讨论

本实验以胡柚精油直接作为油相，选用Span-80与Tween-80混合（HLB值为13）的混合表面活性剂，以丙三醇为助表面活性剂，用滴定转相法与超声波法相结合的方式制备胡柚精油纳米乳。乳液清澈透明、流动性良好，属于O/W型纳米乳，平均粒径在21 nm左右，且粒径大小比较集中。经长期静置和高温处理等，显示胡柚精油纳米乳有良好的稳定性。

对于胡柚精油而言，将其制备乳液能提高其研究价值和扩宽利用范围。实验中胡柚精油纳米乳液的制备工艺还有待进一步的优化探究；同时不同粒径大小的胡柚精油纳米乳之间在相应理化性质等方面可能存在的差异，乳液折光率和pH随时间及外界条件的微小变化，也可成为进一步的研究方向。

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Preparations of the Nano-emulsion Grapefruit Essential Oil and Its Quality Evaluation

HE Jun，YAO Xiao-ling*，FENG Gui-ren，WANG Rui，YANG Bo-lin
（School of Food and Pharmaceutical Engineering，Faculty of Light Industry Research，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，Hubei，China）

The Grapefruit Essential Oil Nanoemulsion （GEON）was prepared and its quality was evaluated.The method of preparing the GEON was optimized by studying the pseudo phase diagram.The grapefruit essential oil was used as the oil phase directly.The mixed surfactants of nonionic surfactant were Tween-80 and Span-80，and the co-surfactant was glycerol.The other ingredient of GEON was distilled water.The GEON which belonged toO/W nanoemulsion was clear and transparent with obvious Tyndall phenomenon，and average diameter of it was 21 nm with uniform size distribution by laser particle analyzer.Through influencing factors experiment，the GEON hadgood physical stability.

grapefruit essential oil nanoemulsion；surfactants；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.01.002

2014-07-12

国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：201210500076）

何君（1992—），男（汉），本科，研究方向：食品加工学基础。

*通信作者：姚晓玲（1962—），女（汉），教授，主要从事食品加工技术研究工作。