作者 秦云，涂家生，孫春萌

（中國(guó)藥科大學(xué) 國(guó)家藥品監(jiān)督管理局藥物制劑及輔料研究與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

摘要

乳化劑是一類(lèi)在藥品中應(yīng)用廣泛的表面活性劑，大多是蛋白質(zhì)、磷脂、多糖、兩親性合成物質(zhì)，或這些物質(zhì)的復(fù)合物組成。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索與整理，綜述了乳化劑種類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用，對(duì)卵磷脂、蛋白質(zhì)、多糖、吐溫和司盤(pán)等幾種不同類(lèi)別乳化劑的基本理化性質(zhì)、乳化特性等分別進(jìn)行闡述，并對(duì)乳化劑的關(guān)鍵物料屬性或功能性相關(guān)指標(biāo)的研究進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)乳化劑未來(lái)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1、引言

乳液是一種液體以分散( 分散相) 的形式分散在另一種不相容液體中( 連續(xù)相) 的分散體系,主要成分包括水相?油相和乳化劑[1]?由于乳液屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定的非均相分散體系,因此為了制備符合要求的穩(wěn)定的乳液,首先必須提供足夠的能量使分散相分散成微小的乳滴,其次是提供使乳液穩(wěn)定的必要條件?考慮到乳液具有生物利用度高?刺激性小?藥物吸收和藥效發(fā)揮快?靶向性等特點(diǎn),現(xiàn)已將乳液開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于注射?外用?口服等給藥途徑?

在乳液研究的早期,人們已認(rèn)識(shí)到乳化劑種類(lèi)對(duì)乳液類(lèi)型和穩(wěn)定性的顯著影響?乳化劑通過(guò)吸附在油相/水相界面,降低界面張力和保護(hù)液滴不聚集來(lái)促進(jìn)乳化和增強(qiáng)物理穩(wěn)定性[2]?油包水( water in oil,W/O) 乳液的形成通常要求乳化劑具有良好的油溶性,并優(yōu)先分配到油相,通過(guò)自身的兩親性來(lái)維持油水界面的穩(wěn)定?陳正昌[3]使用水溶性乳化劑( 聚乙二醇) 和油溶性乳化劑( 聚氧乙烯氫化蓖麻油) 探究了乳化劑種類(lèi)對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響,結(jié)果表明油溶性乳化劑的穩(wěn)定效果更好?

乳化劑的選擇一直是研究人員關(guān)注的熱點(diǎn),針對(duì)乳液的配方也有著廣泛研究,主要有3 個(gè)理論基礎(chǔ): Bancroft 規(guī)則?Griffin 量表?Shinoda 相轉(zhuǎn)變溫度( phase transition temperature, PIT) ?根據(jù)Bancroft 規(guī)則,水溶性表面活性劑傾向于使水成為連續(xù)相,從而可用于穩(wěn)定水包油( oil in water,O/W) 乳液,而油溶性表面活性劑傾向于使水成為分散相,從而可用于穩(wěn)定W/O 乳液; 非離子表面活性劑由親水性和親脂性基團(tuán)結(jié)合的分子組成,這些基團(tuán)的平衡表示為親水親油平衡( hydrophilic lipophilic balance, HLB) 值,由此,Griffin[4]提出了一種計(jì)算非離子表面活性劑HLB 值的方法,表征了在不同HLB值乳化劑作用下形成O/W 和W/O 乳液的趨勢(shì)?然而,HLB量表沒(méi)有考慮溫度和油的性質(zhì)對(duì)乳化穩(wěn)定性的影響; 這些影響被自然地納入了Shinoda 的PIT 概念,該概念將宏觀(guān)乳液穩(wěn)定性與油-水-聚氧乙烯( polyoxyethylene, POE) 非離子表面活性劑混合物的相態(tài)行為聯(lián)系起來(lái)[5]?Ren 等[6]研究利用親水性聚氧丙烯( polyoxypropylene, POP) 二胺和疏水性長(zhǎng)鏈脂肪酸之間的靜電作用合成了與POE 類(lèi)似的POP 乳化劑,通過(guò)研究POP 單元數(shù)?乳化劑濃度以及烴鏈不飽和度對(duì)相轉(zhuǎn)變穩(wěn)定性及乳液液滴大小?形態(tài)的影響,證明了POP 乳化劑是通過(guò)PIT 法形成納米乳液的有效乳化劑?

乳化劑通常在空間位阻和靜電相互作用條件下穩(wěn)定乳滴,但由于乳液環(huán)境中的溫度?pH 值等的改變,造成界面失衡,進(jìn)而導(dǎo)致乳液中不穩(wěn)定現(xiàn)象的產(chǎn)生?常見(jiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象包括重力分離?絮凝?破裂與合并( 聚結(jié)) ?Ostwald 熟化?酸敗等[7-14]?乳液中幾種不穩(wěn)定現(xiàn)象在變化過(guò)程中也可進(jìn)行轉(zhuǎn)化[15],因此,如何通過(guò)添加合適的乳化劑以保持乳液在制備和存儲(chǔ)過(guò)程中的穩(wěn)定性是藥物研發(fā)過(guò)程中一直關(guān)注的問(wèn)題?

Li 等[8]研究建立了數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)乳液的沉降過(guò)程,證明了液滴大小是乳液沉降的關(guān)鍵因素,液滴直徑越大,聚結(jié)概率越大; 同時(shí)該模型也說(shuō)明了油水比?不同乳化劑濃度?攪拌時(shí)間和轉(zhuǎn)速對(duì)乳化液滴的大小及乳液穩(wěn)定性有顯著影響?Kelley 等[9]研究表明將離子乳化劑吸附到蛋白質(zhì)包裹的油滴表面,通過(guò)增加它們之間的靜電排斥力可以提高絮凝穩(wěn)定性; 非離子乳化劑吸附到蛋白質(zhì)涂層液滴表面,通過(guò)增加它們之間的空間位阻來(lái)提高它們的絮凝穩(wěn)定性[10]?George等[11]將親脂性非離子表面活性劑( 如Span 80) 摻入β-乳球蛋白( β-lactoglobin) ,通過(guò)取代油滴表面的一些蛋白質(zhì)來(lái)促進(jìn)聚結(jié),在這種情況下,Span 80 分子頭部小的親水性基團(tuán)將不足以保護(hù)液滴免于聚結(jié),相反地會(huì)促進(jìn)乳滴聚結(jié),破壞乳液的穩(wěn)定性?Yan 等[14]研究表明Ostwald 熟化作用可能是p-CMS /St 細(xì)乳液失穩(wěn)的主要原因,通過(guò)調(diào)整乳化劑用量?乳化劑與助穩(wěn)定劑的比例可有效提高細(xì)微乳的穩(wěn)定性?

隨著乳液在制藥領(lǐng)域中的不斷發(fā)展,乳液的穩(wěn)定性逐漸成為學(xué)者們首要考慮和關(guān)注的最重要性質(zhì)之一,本文旨在對(duì)乳化劑的分類(lèi)及乳化性能進(jìn)行闡述,并對(duì)其穩(wěn)定乳液的機(jī)理?應(yīng)用及研究現(xiàn)狀進(jìn)行歸納和總結(jié),以期為后續(xù)乳液的研究提供理論支持?

內(nèi)容由凡默谷小編查閱文獻(xiàn)選取，排版與編輯為原創(chuàng)。如轉(zhuǎn)載，請(qǐng)尊重勞動(dòng)成果，注明來(lái)源于凡默谷公眾號(hào)。

2、乳化劑的分類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用

藥物制劑中,乳化劑的應(yīng)用頗多?但對(duì)于乳化劑的選擇,應(yīng)根據(jù)乳液的使用目的?藥物的性質(zhì)?處方組成?乳液的類(lèi)型?乳化方法等綜合考慮?主要的分類(lèi)方式有: 根據(jù)乳化劑中是否含有親水基可分為離子表面活性劑( 陰離子表面活性劑: 如油酸鹽,陽(yáng)離子表面活性劑: 如脂肪胺鹽) 和非離子表面活性劑; 根據(jù)來(lái)源可分為天然表面活性劑( 如卵磷脂?蛋白質(zhì)?多糖) 和合成表面活性劑( 如吐溫和司盤(pán)) ; 根據(jù)HLB值的大小可分為親油表面活性劑( HLB<10,如司盤(pán)) 和親水表面活性劑( HLB>10, 如吐溫) ?

2.1、卵磷脂

卵磷脂( lecithin) 是一類(lèi)從動(dòng)物源( 如蛋黃?奶酪乳清?魚(yú)等) 或植物源( 如大豆?油菜籽等) 中通過(guò)提取獲得的磷酸鹽混合物[16]?卵磷脂是由疏水性的脂肪酸酯基和親水性的磷酸基組成的兩親性分子[17]?磷脂( phospholipid, PL) 是卵磷脂的主要成分,由sn-1 和sn-2 位用脂肪酸酯化?sn-3 位用磷酸酯化的甘油骨架組成?在sn-3 位上,磷酸酯基團(tuán)與特定官能團(tuán)酯化,賦予PL 親水特性; 磷脂的親油性使其能以薄膜狀包裹在油滴表面,磷脂的親水性使其能與水分子相互吸引,大大降低了水油之間的界面張力,從而形成均勻穩(wěn)定的乳液[18]?此外,根據(jù)酯化到sn-3 位的官能團(tuán),PL包括磷脂酰膽堿( phosphatidylcholines, PC) ?磷脂酰肌醇( phosphatidylinositol, PI) ?磷脂酰乙醇胺( phosphatidylethanolamine,PE) ?磷脂酸( phosphatidylic acid, PA) ?PL 的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其物理化學(xué)性質(zhì),強(qiáng)烈影響油和水中的分配系數(shù)[16]?

卵磷脂的乳化性能與乳液pH 值?鹽濃度和溫度有關(guān)?對(duì)于卵磷脂的乳化能力評(píng)估可以采用多種試驗(yàn)[17]: ①粒徑分布( particle size distribution, PSD) : 基于光散射和激光衍射原理,對(duì)稀釋乳液中液滴大小及分布進(jìn)行評(píng)估; ②濁度測(cè)量: 通過(guò)光學(xué)濁度掃描或貝克曼掃描,記錄乳粒遷移和乳粒尺寸變化; ③顯微鏡觀(guān)察; 利用共聚焦掃描光學(xué)顯微鏡?掃描電子顯微鏡?透射電子顯微鏡等多種顯微鏡法,可以觀(guān)察乳粒的粒徑?形狀和結(jié)構(gòu)?應(yīng)用知識(shí)結(jié)合分析方法來(lái)表征組成?乳液粒徑和乳液穩(wěn)定性將有助于理解各種磷脂的功能性?

卵磷脂的HLB 值介于4( 標(biāo)準(zhǔn)化卵磷脂) 和7( 富含PC餾分的卵磷脂) 之間,這意味著它可以分散在油相和水相中?卵磷脂中的PL 可以在水或油中自締合形成直接膠束或反膠束; 當(dāng)PL 分子的疏水基團(tuán)( 脂肪酸) 與水分子的接觸降至最低,并通過(guò)范德華和疏水/親水相互作用以雙層囊泡的形式排列可形成脂質(zhì)體; PL 分子還可以通過(guò)將脂肪酸尾部伸入油滴?親水性頭部朝向水,進(jìn)而降低界面處表面張力,形成穩(wěn)定的O/W 乳液[19]?

雖然卵磷脂已經(jīng)被人們熟知很長(zhǎng)時(shí)間了,但是其作為一種特殊的表面活性劑在藥物研發(fā)體系中仍然有著新的潛力?Wunsch 等[20]研究了將卵磷脂包裹在油酸膽固醇酯納米顆粒表面來(lái)模擬天然脂蛋白,形成一種用于跨越血腦屏障( blood-brain barrier, BBB) 的新型藥物載體?

2.2、蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是由多種親水性和疏水性氨基酸以“脫水縮合”的方式組成兩親性化合物,在油水界面排列時(shí),疏水性基團(tuán)朝向油相移動(dòng),而親水性基團(tuán)朝向水相移動(dòng),其獨(dú)特的界面性質(zhì)可以降低油水界面張力,因此,它們能夠在油水界面形成強(qiáng)烈吸附,有利于乳液的形成[21]?在油水界面上的吸附量和所采用的構(gòu)象在很大程度上取決于蛋白質(zhì)氨基酸的組成,因?yàn)槲绞峭ㄟ^(guò)其結(jié)構(gòu)中存在的疏水基團(tuán)進(jìn)行的[22]?蛋白類(lèi)乳化劑( 如乳清分離蛋白?酪蛋白酸鈉?β-乳球蛋白?大豆分離蛋白等) 作為乳化劑具有良好的特性,但其對(duì)環(huán)境應(yīng)力( 如pH 值?離子強(qiáng)度和溫度) 高度敏感,由于液滴之間的靜電斥力不再足以克服各種吸引性相互作用,因此它們?cè)诮咏晃降鞍踪|(zhì)等電點(diǎn)的pH 值和離子強(qiáng)度超過(guò)特定水平時(shí)會(huì)破壞乳液的穩(wěn)定性[23]?盛布雷[24]選取牛血清白蛋白( bovine serum albumin, BSA) 和阿拉伯膠( gum arabic, GA) 分別作為內(nèi)層乳化劑和外層乳化劑,制備得一種β-胡蘿卜素雙層乳液BSA/GA-e,并驗(yàn)證了其具有良好的穩(wěn)定性和小腸靶向緩釋作用?為了克服蛋白質(zhì)作為乳化劑在其等電點(diǎn)附近易導(dǎo)致乳液等不穩(wěn)定這一缺點(diǎn),Guzey 等[25]提出加入額外的多糖涂層,即由蛋白質(zhì)和多糖的不同界面層組成的一類(lèi)多層乳液,通過(guò)與蛋白質(zhì)層的靜電相互作用來(lái)穩(wěn)定O/W 乳液,從而提高蛋白質(zhì)作為乳化劑的O/W 乳液對(duì)環(huán)境應(yīng)力的物理穩(wěn)定性?Zhang 等[26]研究了多糖( 陰離子海藻酸鹽和陽(yáng)離子殼聚糖) 涂層對(duì)類(lèi)胡蘿卜素乳狀液體外消化理化性質(zhì)和生物利用度的影響,發(fā)現(xiàn)多糖涂層可略微抑制類(lèi)胡蘿卜素的降解?

2.3、多糖類(lèi)

許多從植物中提取的天然多糖( 如殼聚糖?果膠多糖等) 表現(xiàn)出親水界面性質(zhì),并傾向于穩(wěn)定脂質(zhì)層以形成O/W 乳液[27]?

殼聚糖是一種天然來(lái)源的陽(yáng)離子堿性多糖,具有良好的

生物相容性和生物降解性,受到研究者的廣泛關(guān)注[28]?Ostwald熟化現(xiàn)象的發(fā)生主要取決于液滴電荷和界面層厚度,Kontogiogos[29]研究表明,殼聚糖等多糖作為乳化劑可增強(qiáng)O/W 乳液中液滴界面厚度并提供空間效應(yīng),以穩(wěn)定乳液并保護(hù)親脂性成分免受氧化?然后殼聚糖自身豐富的氨基和氫鍵使其具有較強(qiáng)的親水性,限制了其作為乳化劑的應(yīng)用?因此,許多化學(xué)修飾被用于改善其缺點(diǎn)并擴(kuò)展其功能?如殼聚糖通過(guò)美拉得反應(yīng)與多肽類(lèi)物質(zhì)( 酪蛋白磷酸肽) 接枝,可提高殼聚糖的兩親性,進(jìn)而用于制備穩(wěn)定性良好的乳液[30]?

2.4、吐溫?司盤(pán)類(lèi)

小分子表面活性劑,如吐溫( Tweens) ?司盤(pán)( Spans) 等是常用的非離子乳化劑,因其主要通過(guò)空間位阻來(lái)穩(wěn)定乳液,對(duì)pH?離子強(qiáng)度不敏感,降低表面張力能力強(qiáng)且可形成小粒徑的乳液等特性而廣泛應(yīng)用于藥品領(lǐng)域?通過(guò)調(diào)整不同類(lèi)型乳液中小分子表面活性劑作為乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù),可獲得較為穩(wěn)定的乳液?

Peng 等[31]以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Tween 80 作為乳化劑,利用超聲乳化技術(shù)制備獲得粒徑?電位?pH 穩(wěn)定性?熱穩(wěn)定性等物理特性均較好的大豆分離蛋白乳液?Kumar 等[32]采用重量百分比為0.5%的Tween 80 和正庚烷高能法制備了納米乳粒在91.05~ 40.16 nm 之間的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的O/W 乳液,并通過(guò)評(píng)估表明了非離子表面活性劑( 如Tween 80) 比離子表面活性劑( cetyltrimethylammonium bromide, CTAB 和Sodium dodecyl sulfate,SDS) 更適于形成穩(wěn)定的O/W 乳液?

2.5、其他

乳化劑的選擇是影響乳液最終乳滴尺寸?乳液分散性?穩(wěn)定性的重要因素之一,制藥工業(yè)中最常用的乳化劑是合成乳化劑( 如吐溫和司盤(pán)類(lèi)) 和天然乳化劑( 如磷脂?蛋白質(zhì)?多糖?皂苷等) ,它們的分子量影響乳化過(guò)程中兩親分子的吸附動(dòng)力學(xué)?與酪蛋白或β-乳球蛋白相比,吐溫?司盤(pán)或卵磷脂等小分子在類(lèi)似均質(zhì)條件下更適合產(chǎn)生更小的粒徑,這可能是因?yàn)樗鼈冊(cè)诮缑嫔系奈剿俣雀靃33]?然而,隨著制藥領(lǐng)域的發(fā)展,研究人員逐漸對(duì)使用“環(huán)境友好”的天然兩親性乳化劑產(chǎn)生了極大的興趣,這些天然乳化劑通常被認(rèn)為更加環(huán)保?更加安全[34]?

葡萄糖衍生物由于其獨(dú)特的親水性,可將其與疏水基團(tuán)連接,合成新型生物可降解乳化劑?更重要的是,它產(chǎn)生水作為唯一的副產(chǎn)品,使其成為制備糖基非離子乳化劑的合適策略,具有相當(dāng)?shù)偷沫h(huán)境影響?Zhang 等[35]以分子共軛的方法,設(shè)計(jì)并合成了以腙健( -NHN = CH-) 為特征的新型兩親性葡萄糖腙作為糖基非離子乳化劑,并對(duì)其乳化性能?聚集行為?生物降解性進(jìn)行了綜合分析,通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射( dynamic light scattering, DLS) 分析了解了烷基側(cè)鏈長(zhǎng)度與乳液穩(wěn)定性的關(guān)系: 隨著烷基鏈長(zhǎng)度的增加,乳液層先增大后減小,呈現(xiàn)倒V 型分布?

皂苷是一類(lèi)主要存在于植物體內(nèi)的非離子生物基表面活性劑,其極性糖鏈附著于非極性三萜或甾體單元分子,使其具有高表面活性的兩親性結(jié)構(gòu)[36]?Schreiner 等[37]研究了3 種不同來(lái)源( 蒺藜?胡盧巴和刺五加) 富含皂苷的提取物作為天然乳化劑的乳化性能,通過(guò)評(píng)估皂苷提取物在水?乙醇?乙酸乙酯和正己烷等不同極性的溶劑中的溶解性,了解其兩親性特征; 通過(guò)傅里葉變換紅外光譜( fourier transform infrared spectroscopy,FTIR) 對(duì)可溶性部分進(jìn)行了表征,指出富含甾體皂苷和富含三萜皂苷的提取物的相似性; 并通過(guò)構(gòu)建偽三相圖,對(duì)乳化劑進(jìn)行了分類(lèi): Ⅰ相對(duì)應(yīng)O/W 雙相系統(tǒng); Ⅱ相對(duì)應(yīng)W/O 雙相系統(tǒng); Ⅲ相對(duì)應(yīng)三相系統(tǒng); Ⅳ相對(duì)應(yīng)均質(zhì)單相體系,即在油?水和乳化劑之間形成的乳液?

3、乳化劑的功能性相關(guān)指標(biāo)研究

不同乳化劑具有不同理化性質(zhì),能夠?qū)θ橐盒阅墚a(chǎn)生重要影響的理化性質(zhì)可稱(chēng)為乳化劑的關(guān)鍵物料屬性( critical material attributes, CMA) 或功能性相關(guān)指標(biāo)( functionality-related characteristics, FRCs) ,它們是決定乳液液滴大小及分布?分散性?穩(wěn)定性等的最重要因素?因此,對(duì)乳化劑進(jìn)行表征可以對(duì)不同類(lèi)型乳液的制備有指導(dǎo)性意義?

3.1、溶解性

乳化劑的溶解性對(duì)于乳化過(guò)程至關(guān)重要,因?yàn)樗龠M(jìn)了乳化劑向油-水界面的遷移和擴(kuò)散?pH 值是蛋白質(zhì)類(lèi)和磷脂類(lèi)乳化劑溶解度的決定因素,唐世濤[38]在研究蛋白粉溶解性及乳化穩(wěn)定性過(guò)程中發(fā)現(xiàn),低密度脂蛋白( low-density lipoprotein, LDL) 中的蛋白質(zhì)和磷脂并非直接溶解在連續(xù)相中去吸附到油水界面的,而是以完整LDL 球形粒子的結(jié)構(gòu)分散到連續(xù)相,而其顆粒只有在中性pH 值條件下才以膠束形式溶解,在酸性條件下幾乎不溶; Liu 等[39]也對(duì)pH 值影響蛋白質(zhì)乳化性能進(jìn)行了說(shuō)明,溶液pH 值會(huì)影響蛋白質(zhì)的疏水性和表面電荷,進(jìn)而影響蛋白質(zhì)-溶劑( 親水性)和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)( 疏水性) 相互作用和靜電排斥之間的平衡?由于油水界面兩相的特殊性,極易受環(huán)境pH 值和離子強(qiáng)度的影響,因此對(duì)乳化劑在溶液中溶解性的研究是十分必要的?

3.2、HLB 值

HLB 值是將表面活性劑分為水包油乳化劑或油包水乳化劑的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)之一?非離子表面活性劑由親水性和親脂性基團(tuán)結(jié)合的分子組成,這些基團(tuán)的平衡可表示為HLB 值,HLB 值對(duì)乳液的形成及穩(wěn)定性有顯著影響?通常認(rèn)為HLB 值3~ 8 傾向于穩(wěn)定W/O 乳液,HLB 值在9 ~ 12 之間的表面活性劑易于形成O/W 乳液[40]?Wu 等[41]建立了定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系( quantitative structure-property relationship, QSPR) 模型來(lái)預(yù)測(cè)非離子表面活性劑的HLB 值,為評(píng)估乳化劑性能提供了重要參考?Hong 等[42]采用Span /Tween 混合型非離子表面活性劑,研究了HLB 值對(duì)O/W 乳液穩(wěn)定性和流變性能的影響,選擇了HLB 值范圍8 ~ 13 的混合乳化劑,通過(guò)觀(guān)察O/W 乳液中液滴的粒徑分布?形態(tài)?流變性能和Zeta 電位,最終在HLB = 10.8 /10.7 的乳液中觀(guān)察到高度均勻的最小液滴尺寸?

3.3、表面潤(rùn)濕性能

接觸角( θ) 是測(cè)量和評(píng)估表面活性劑潤(rùn)濕性能的重要手段之一?接觸角小于90°表示高潤(rùn)濕性,而接觸角較大( θ>90°) 表示低潤(rùn)濕性[35]?Li 等[43]將待測(cè)樣品用去離子水配制成1.0 g·L -1 水溶液,采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定,表征了幾種磺酸鹽類(lèi)陰離子表面活性劑的接觸角,結(jié)果說(shuō)明液體表面張力越低,接觸角越小,其潤(rùn)濕性能就越好?

3.4、界面張力

界面張力可以描述為每單位長(zhǎng)度作用在液體界面上的收縮力,也可表示為界面能?乳化劑一旦吸附在油水界面上,就能顯著降低界面張力?乳化劑分子在油水界面的排列逐漸從無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài),形成的界面膜對(duì)乳液的穩(wěn)定起著重要作用[44]?Wang 等[45]通過(guò)耗散粒子動(dòng)力學(xué)( dissipative particle dynamics,DPD) 模擬表征了不同HLB 值乳化劑分子形成的界面膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),研究表明采用非離子表面活性劑Tween 80 和Span 20 制備的O/W 乳液界面膜厚度隨HLB 值從9 到15 的變化而增加,當(dāng)HLB 值為13 時(shí),界面張力最小,乳液最穩(wěn)定,而HLB 值對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響本質(zhì)上受界面膜厚度?界面張力和乳化劑分子結(jié)構(gòu)的綜合影響?

3.5、臨界膠束濃度

臨界膠束濃度( Critical-Micelle-Concentration, CMC) 是指形成膠束的表面活性劑分子的最低濃度,多數(shù)情況下CMC 與分子結(jié)構(gòu)的疏水性相關(guān)[46]?影響乳化劑CMC 的主要因素是其分子結(jié)構(gòu)中親水與疏水基團(tuán)的性質(zhì),疏水性的增加會(huì)使得CMC 降低[47]?電導(dǎo)率法[48]是測(cè)量離子乳化劑CMC 的一種常用方法?隨著離子液體水溶液濃度的增加,電導(dǎo)率曲線(xiàn)都會(huì)出現(xiàn)一拐點(diǎn),拐點(diǎn)處的離子液體濃度稱(chēng)為CMC?張永賀等[49]采用表面張力法測(cè)定高分子乳化劑十一烯酸/馬來(lái)酸酐-十二醇聚合物( undecylenic acid /maleic anhydride-dodecanol polymer,UMA-DA) 和水的臨界膠束濃度,依次測(cè)定含乳化劑的乳液的表面張力,繪制表面張力~ 濃度對(duì)數(shù)曲線(xiàn),其拐點(diǎn)處即為CMC 值,結(jié)果顯示UMADA的表面張力要遠(yuǎn)低于純水,表明UMA-DA 降低水的表面張力的效果非常明顯,可用作乳化劑?

從質(zhì)量源于設(shè)計(jì)( quality by design, QbD) 出發(fā),我們可以通過(guò)測(cè)試溶解度?HLB 值?表面張力?潤(rùn)濕性?臨界膠束濃度等這些方法來(lái)判斷乳化劑的乳化性能,結(jié)合乳液制備技術(shù),對(duì)乳液的處方進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)其理化特性( 如粒徑尺寸及分布?Zeta 電位?包封率等) 及貯藏穩(wěn)定性相關(guān)的乳液穩(wěn)定性指數(shù)( emulsion stability index, ESI) [35]進(jìn)行評(píng)估,以期獲得目標(biāo)乳液產(chǎn)品?

4、總結(jié)及展望

乳化劑的應(yīng)用已有很長(zhǎng)的歷史,目前我們使用到的乳化劑包括天然表面活性劑和人工合成表面活性劑兩種?前者來(lái)自動(dòng)植物體,為較復(fù)雜的高分子有機(jī)物,易于乳化穩(wěn)定且無(wú)刺激?無(wú)毒副作用,如卵磷脂?殼聚糖等?后者通常為固體顆粒乳化劑,如吐溫?司盤(pán)等,這類(lèi)乳化劑在分散相液滴表面形成一層薄膜阻止液滴之間的聚集而制得穩(wěn)定的油/水分散相?非離子乳化劑因其不易受酸?堿?鹽?電解質(zhì)的影響,更有利于乳液的貯藏穩(wěn)定性,也將更為受到研發(fā)者的關(guān)注?隨著制藥工業(yè)的蓬勃發(fā)展,日益高漲的市場(chǎng)需求,以及人們對(duì)于藥品質(zhì)量的要求在不斷提高,可以預(yù)見(jiàn),未來(lái)乳化劑將不斷朝著安全?無(wú)毒?溫和?易降解的研究方向日益深入,天然產(chǎn)品由于自身容易被細(xì)胞降解,并整合到身體組織中,或在沒(méi)有炎癥反應(yīng)的情況下被清除的特點(diǎn),越來(lái)越受到消費(fèi)者的關(guān)注?

當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下,乳液已成為許多商業(yè)產(chǎn)品的重要組成部分,其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括藥品?食品?化妝品等?乳化劑作為乳液配方中最重要的穩(wěn)定劑之一,還決定了乳液形成的難易程度和最終產(chǎn)品的功能屬性,因此,選擇合適的乳化劑對(duì)于未來(lái)乳液型產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)依然是重要決策之一?

參考文獻(xiàn)

詳見(jiàn)《藥學(xué)研究》2022 Vol．41，No．4