茶皂素系列洗涤产品的研发及性能测定

阮姿姿 张少芹 翁雪花 游瑞云 吴长机 卢玉栋*

(1. 福建师范大学 化学与材料学院，福建 福州 350117; 2. 福州力钧本草生物科技有限公司，福建 福州 350007)

我国盛产茶油，榨取茶油后残余的废渣壳接近茶油产量的3倍[1]，只有少量的茶油籽粕以低廉的价格出口到日本、东南亚等国家[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，属糖甙化合物，是一种五环三萜类皂甙[5]，拥有双亲结构，配基、糖体和有机酸构成了茶皂素的母体结构，亲水基团由强负电性含氧基团如-O-、-OH、-COO-等官能团构成，疏水基团是苷元以酯键连接有机酸配体构成的，具有憎水亲油性质[6-9]。茶皂素具有抗渗消炎、杀菌抗病毒、镇痛、溶血活性、解酒毒、保护人体肝脾、抗氧化、降血脂以及促进植物生长等生理作用[10，11]，在日化、医疗行业、灭火、食品、纺织、农药、饲料、养殖、采油、采矿、建材及交通等领域均有着广泛的应用前景[12-17]。

常银子等[18]研究了茶皂素与不同种类表面活性剂的配比对洗涤体系去污力的影响，得到茶皂素洗涤剂的最优配方，具有起泡丰饶、泡沫稳定等优良性能。李扬[19]采用热水浸提法从茶油籽粕中提取茶皂素，研究其表面活性，并将其应用于制备茶皂素香皂。黎先胜[8]通过研究茶皂素的湿润性能、起泡能力、去污能力、抑菌性能等，开发了汽车玻璃清洗剂和抗菌洗手液。

开发研制含绿色表面活性剂茶皂素的系列产品，对实现茶皂素高值化应用具有重大意义，有利于提高油茶废壳资源的利用率，推进茶油从种植到开发创新的产业链发展。本文以茶皂素为原料，研究茶皂素在洗涤产品中的应用，制备了不同洗涤产品，考察其理化指标及性能。

1 实验部分

1.1 实验药品

茶皂素(福州力钧本草生物科技有限公司提供)、JR-400、C162、EDTA-2Na、柠檬酸、AES(70%)、K12A、6501、CAB-35、磺酸、卡松、香精、NaCl、硫酸镁(MgSO4·7H2O)、无水氯化钙(CaCl2)均为化学纯。

1.2 实验仪器

恒温培养箱、冰箱、SNB-4数字黏度计、罗氏泡沫仪、JZ-200A自动界面张力仪、接触角测定仪。

1.3 茶皂素洗发香波

1.3.1 洗发香波配方

洗发香波配方：JR-400 0.2%、C162 0.05%、EDTA-2Na 0.05%、柠檬酸0.05%、AES(70%)15%、K12A 4%、6501 2%、CAB-35 6%、卡松0.1%、香精0.2%、NaCl适量，茶皂素的质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%，对应的配方命名为配方1、配方2、配方3、配方4、配方5。

1.3.2 洗发香波制作步骤

根据配方，在250 ml烧杯中加入适量的去离子水，置于恒温水浴锅中加热至60 ℃；加入JR-400，搅拌均匀；控制温度在60～65 ℃，加入AES，搅拌均匀；逐一加入其他表面活性剂、EDTA-2Na，搅拌均匀；冷却至40 ℃以下时，加入香精、防腐剂，混合均匀；加入柠檬酸，调节pH为5.5～7.0；加入NaCl调节洗发香波的黏度。

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%、珠光浆1.5%、卡松0.1%、NaCl适量，茶皂素的质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%，对应的配方命名为配方1、配方2、配方3、配方4、配方5。

1.4.2 沐浴露制作步骤

根据配方，在250 ml烧杯中加入适量的去离子水，置于水浴锅中加热至60 ℃；控制温度在60～65 ℃，加入AES，搅拌均匀；加入K12、CAB、茶皂素、珠光浆，搅拌均匀；降温至40 ℃以下后，加入香精、防腐剂、螯合剂等；加入NaCl调节沐浴露的黏度。

1.5 茶皂素洗洁精

1.5.1 洗洁精配方

洗洁精配方：AES (70%) 9.5%、K12A 0.5%、磺酸4%、氢氧化钠0.5%、6501 2%、香精0.2%、CAB-35 2%、卡松0.15%、NaCl加至适量，茶皂素的质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%，对应的配方命名为配方1、配方2、配方3、配方4、配方5。

1.5.2 洗洁精制作步骤

根据配方，在250 ml烧杯中加入适量的去离子水，置于水浴锅中加热至60 ℃；控制温度在60～65 ℃，加入AES，待全数溶解；加入K12、磺酸、6501、CAB、茶皂素；降温至40 ℃以下后，加入香精、防腐剂等，混合均匀；加入NaCl调节洗洁精的黏度。

1.6 感官、理化指标

1.6.1 感官指标

1.6.1.1 外观色泽

取试样在室温和光线充足下目测观察，并记录其外观色泽。

1.6.1.2 香气

取试样用嗅觉进行鉴别并记录。

1.6.2 理化指标

参考GB/T 29679—2013的方法进行耐寒、耐热与发泡力的测定。

1.6.3 茶皂素洗涤产品的黏度

参考朱卫等[20]试验方法进行洗涤产品在不同温度下的黏度测定。

1.6.4 茶皂素洗涤产品的表面张力

根据拉环法原理，将洗涤产品装入培养皿中，用JZ-200A自动界面张力仪测定表面张力，每个配方读取3次，取平均值。

1.6.5 洗发香波去污力

参考曹江绒[21]的方法进行洗发香波的去污力测定。

1.6.6 沐浴露、洗洁精去污力

参考国家标准GB 9985—2000及任秀娥等[22]的实验方法进行沐浴露、洗洁精去污力测试，并参考万笑可等[23]的文献对国家标准中的人造污垢进行修改，利用日常生活饮食中的材料配制人造污垢。

2 结果与讨论

2.1 茶皂素洗涤产品的感官指标

洗涤产品的感官指标(外观、色泽、气味)，是消费者挑选洗涤产品最直观的方法，也是消费者在选购产品时，常考虑的因素。故通过国家标准(GB 9985—2000)考察茶皂素在洗涤产品中对感官指标的影响。

三种洗涤产品的外观均为透明的均匀液体，其色泽因加入的茶皂素量不同而呈现出由浅至深的颜色，且气味均含茶皂素所带有的淡草药味。总体来说，当茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，三种茶皂素洗涤剂的感官指标均符合国家标准。

2.2 茶皂素洗涤产品的理化指标

2.2.1 耐热、耐寒

洗涤产品在运输及储藏过程中，温度是一个重要的影响因素。因此，通过国家标准(GB/T 29679—2013)，考察茶皂素洗涤产品的耐寒、耐热性能。结果表明，不同茶皂素含量的洗涤产品在40 ℃和0 ℃中存放24 h，恢复室温后均无分层现象，说明茶皂素洗涤产品具有良好的耐寒、耐热性能，符合国家标准。

2.2.2 泡沫

表面活性剂在洗涤中对去除污垢起着重要的作用，其中泡沫性能是判别洗涤产品的重要评价之一。

根据Ross-Miles法原理，使200 mL溶液于某高度垂直落下，与刻度管内溶液发生碰撞，混入空气，产生泡沫，测量的泡沫高度即为洗涤剂的发泡力。本实验通过Ross-Miles法并使用罗氏泡沫仪分别对各洗涤产品进行0 min和30 min泡沫高度的测量，观察其泡沫高度的变化并计算ΔH，研究茶皂素的加入量对洗涤产品泡沫性能的影响(图1、图2、图3)。其中ΔH的计算见式1：

图1 茶皂素对洗发液泡沫的影响

图2 茶皂素对沐浴露泡沫的影响

图3 茶皂素对洗洁精泡沫的影响

ΔH=H2-H1

(1)

式1中，ΔH为泡沫高度差，H2为终点(30 min)泡沫高度，H1为初始(0 min)泡沫高度。

由图1至图3可知，随着配方中茶皂素含量的增加，初始泡沫高度均在125～170 mm间，茶皂素洗涤剂具有良好的发泡力，符合国家标准(GB/T 29679—2013)透明型洗涤剂的泡沫高度≥100 mm的要求。但加有茶皂素的洗涤产品的泡沫高度低于未加茶皂素的洗涤产品，其原因可能是表面张力较大，使得泡沫不够丰富。由图1 至图3 还可以看出来，当茶皂素的量增加时，洗发水、沐浴露和洗洁精的泡沫高度变化差ΔH逐渐变小，由此可见茶皂素有良好的稳泡能力。

2.3 茶皂素对洗涤产品黏度的影响

为考察茶皂素对洗涤产品黏度的影响以及温度对黏度的影响，测量不同配方的洗涤产品在高温40 ℃、常温25 ℃和低温5 ℃时的黏度(图4、图5、图 6)。

图4 茶皂素对洗发香波黏度的影响

图5 茶皂素对沐浴露黏度的影响

如图4～图6所示，茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，一定温度下，随着茶皂素含量的增多，洗涤产品的黏度呈下降趋势，在洗发香波和沐浴露体系中，茶皂素的含量升高，不同温度下的黏度差减小，有利于维持黏度的稳定性。随着温度的升高，洗涤产品的黏度也逐渐降低。

图6 茶皂素对洗洁精黏度的影响

2.4 茶皂素对洗涤产品表面张力的影响

为考察茶皂素对洗涤产品表面活性的影响，通过表面张力仪测得各个配方的表面张力(图7)。

图7 茶皂素对洗涤产品表面张力的影响

如图7所示，茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，随着茶皂素的增加，洗涤剂的表面张力呈下降趋势，即表面活性升高，有利于稳泡。同时，在不同产品中，表面张力下降的趋势不同，表明在不同表面活性体系中，茶皂素对表面活性的影响不同。

2.5 茶皂素对洗涤产品去污力的影响

表面活性剂可降低被清洗物体与污垢及污垢与水的表面张力，使污垢与被清洗物体的粘附性降低，从而使得污垢易与被清洗物体分离。

为考察茶皂素对去污力的影响，用茶皂素系列洗涤产品洗涤人造污垢，测其前后质量的改变量占加入人造污垢量的百分比，实验结果见表1。

表1 茶皂素对洗涤剂去污力的影响

由表1数据可知，茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，随着茶皂素质量分数的增加，沐浴露与洗洁精的去污效果均呈上升趋势，洗发香波的去污能力虽有上升趋势，但配方1和配方2的去污能力比配方3和配方4高，影响其结果的可能原因是：一方面，洗发香波的去污实验是将附着在头发上的污垢清除掉，因为污垢黏稠，难以均匀涂抹在头发上；另一方面，头发容易打结成团，对去污垢造成影响。综上，茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，茶皂素的增加可提高洗涤产品的去污能力。

3 结论

茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，茶皂素洗涤产品具有良好的感官性能和外观状态、较好的耐寒耐热性能、良好的发泡力、稳泡性能，各项指标符合国家标准。茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，随着温度的升高，洗涤产品的黏度逐渐降低；随着茶皂素含量的增多，洗涤产品的黏度呈下降趋势，表面张力呈下降趋势。茶皂素质量分数在0.3～2.0%时，茶皂素的增加可提高洗涤产品的去污能力。