三相微乳柠檬烯体系的制备研究*

2020-11-09柳滢春邹东秋熊文明陈雄纷

化学工程师 2020年10期

柳滢春，黄勇，邹东秋，熊文明，陈雄纷，曾能

（1.中山火炬职业技术学院健康产业学院，广东中山528436；2.中山市博研尚品生物科技有限公司，广东中山528451；3.中山市凯蕾护理用品有限公司，广东中山528451）

新鲜蔬菜水果是人们日常生活所必需维生素、矿物质和膳食纤维等必须外源营养素的重要来源。为了保证水果蔬菜的产量，农民往往施用很多农药，又由于水源及土壤的污染，水果蔬菜的重金属富集量越来越多[1]。这些都会导致果蔬的农药残留和重金属残留超标。人体食用含有农药或金属离子超标的果蔬后，有毒物质在体内长期累积，进而引发多种慢性疾病，甚至有些农药残留还有遗传毒性，这对消费者的健康都存在着不良的安全隐患, 已经引起全球关注[2-6]。随着人们生活水平的提高，为了解决这一问题，很多消费者会选择果蔬清洗剂类产品来清洗水果蔬菜。目前，国内市场上各类果蔬洗涤剂产品开始逐渐增多。但绝大部分产品技术含量较低，如只将几种表面活性剂加助剂复配而成，选用石油化工原料也不够安全，去除农药效果不明显，还存在二次污染问题[7,8]。微乳技术是一种将油相、水相及表面活性剂、助表面活性剂相通过一定的工艺方法制备成乳液粒径在10～100nm 范围之类的体系，微乳有如下几个特征：超低的界面张力、很大的增溶量、微小粒径、优秀的热力学稳定性，这些特征能在较大程度上提升其溶解农药去除农药的能力[9-12]。

本文用植物源表面活性剂、助表面活性剂、植物源油脂柠檬烯、水等原料通过微乳化技术制备三相微乳柠檬烯体系。由于微乳果蔬洗洁精的乳液粒径比一般洗洁精小，能更充分地与水果蔬菜上的农药、重金属相互作用，并将其从水果蔬菜中溶解去除。故以果蔬洗洁精乳液平均粒径为考察指标，在进行了单因素试验的基础上，设计四因素三水平正交试验，考察4 种重要原料（A：柠檬烯/B：烷基葡糖苷/C：椰子油衍生物/D：蔗糖脂肪酸酯）的最佳配比。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

椰子油衍生物（广州邹阳化工有限公司）；烷基葡糖苷（郑州诚奥化工产品有限公司）；柠檬烯（西安万方生物科技有限公司）；蔗糖脂肪酸酯（山东沃睿生物工程有限公司）。

Zeta PALS 型Zeta 电位及纳米粒度分析仪（美国布鲁克海文公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 三相微乳柠檬烯体系的配制筛选出A/B/C/D 主要成分以后，通过转相乳化法将上述成分以及助剂、水在适当的比例下制成透明、各向同性的热力学稳定体系。

1.2.2 三相微乳柠檬烯体系的粒度测试用纳米粒度分析仪测试平均粒径及多分散系数。分别测试3次，取平均值。

1.2.3 乳液的粒径越小，与重金属及农药的接触面积越大，去除效率越高，故以乳液平均粒径为考察指标，在进行了单因素试验并确定了4 个单因素较适合范围值的的基础上，设计四因素三水平正交试验，考察原料A/B/C/D 的最佳配比，具体正交表设计见表1。

表1 正交试验因素水平表Tab.1 Level table of orthogonal test factors

2 结果与分析

2.1 正交试验结果

正交试验结果见表2，方差分析结果见表3。

表2 正交试验设计及结果Tab.2 Orthogonal test design and results

由表2 可见，试验号1～9 中，在试验号3 的主要原料配比下，制备的三相微乳柠檬烯体系粒径最小，其配比为A1B3C3D3，即柠檬烯、烷基葡糖苷、椰子油衍生物、蔗糖脂肪酸酯的用量比为9∶10∶9∶7，获得的三相微乳柠檬烯体系的粒径为59.7nm 。依据表2 每个成分用量条件对应的均值结果中可知：柠檬烯、烷基葡糖苷、椰子油衍生物、蔗糖脂肪酸酯的用量比为12∶10∶9∶7 时，分别对应的微乳粒径均值最小，即A2B3C3D3。故在此条件下开展实验，获得的三相微乳柠檬烯体系的粒径为60.1nm。考虑到三相微乳柠檬烯体系的清洗能力中除了粒径非常重要，还有一个重要的因素就是柠檬烯的用量。在相同条件下，柠檬烯的含量增多，清洗能力会增强。考虑柠檬烯和粒径两个决定体系清洗能力的重要因素，选择的最佳用量为：柠檬烯、烷基葡糖苷、椰子油衍生物、蔗糖脂肪酸酯的用量比为12∶10∶9∶7。

根据表2 的极差结果分析，4 种原料用量对制备的三相微乳柠檬烯体系微乳粒径影响的主次顺序为：B＞A＞D＞C，显示C 对制备的三相微乳柠檬烯体系微乳粒径影响较小，故选取C 作为正交试验方差分析的误差列。

根据方差分析结果表3，可知在a=0.1 的条件下，A 和B 都具有显著性意义，究其原因，在微乳形成过程中，A 和B 起到了较为决定性的作用，在A和B 的作用下，微乳粒径显著变小。但C、D 对三相微乳柠檬烯体系微乳粒径影响不显著，原因是因为两者在体系里面主要为辅助作用，不起决定性作用。

表3 正交试验方差分析表Tab.3 Variance analysis table of orthogonal test

在工艺生产中，原料节约是非常有意义的，因为A 和B 都具有显著性意义，综合考虑柠檬烯和粒径两个决定体系清洗能力的重要因素，以及C、D 对三相微乳柠檬烯体系微乳粒径影响不显著，在保持A2、B3原料条件的前提下，降低C、D 的原料用量，正交试验结果中试验号6 验证了方案的可能性，在A2B3C1D2的原料配位下，获得的三相微乳体系粒径为60.4nm。为节约原料成本，本试验最终确定的优化工艺方案为：A2B3C1D2。

2.2 比较验证试验

为比较通过正交试验分析出的柠檬烯、烷基葡糖苷、椰子油衍生物、蔗糖脂肪酸酯的3 种优化用量比体系A1B3C3D3、A2B3C3D3、A2B3C1D2在农药去除方面的实际效果以获得最优综合工艺方案，参考GB/T24691-2009 果蔬清洗剂中农药去除率测试方法，试验农药选用具有典型代表性的氯氰菊酯，每组试验3 次，取平均值。三相微乳柠檬烯体系的测试结果见表4。

表4 比较试验验证结果Tab.4 Comparison test verification results

从表4 结果可知，三相微乳柠檬烯体系的3 种优选用量比体系去除典型农药氯氰菊酯的去除率大小排序为：A2B3C3D3＞A2B3C1D2＞A1B3C3D3，分别为92.0%、91.5%、90.1%。分析其原因，三相微乳柠檬烯体系对农残的去除效果，与微乳的粒径紧密相关，同时也与4 种主要原料成分的用量，尤其是原料A、B的用量有关，3 种优选体系获得的微乳粒径分别为60.1、60.4、59.7nm。相比A1B3C3D3，A2B3C3D3及A2B3C1D2两个优选体系的主要清洗能力成分柠檬烯的用量明显加大。且在微乳的形成粒径方面，相比成分C、D, A、B 对三相微乳柠檬烯体系微乳粒径影响更显著。故A2B3C3D3及A2B3C1D2两个优选体系的农残去除率更高。而对于A2B3C3D3及A2B3C1D2两个优选体系，微乳粒径相差较小，且A2B3C3D3虽然在C、D的用量上明显较A2B3C1D2大，但农残去除率上优势并不明显，综合考虑资源节约及产品成本等因素，本试验最终确定的综合优化工艺方案为：A2B3C1D2。