CN109666061A - 表面活性剂及其制备方法与应用、乳液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面活性剂及其制备方法与应用、乳液，属于化学化工领域。其中，表面活性剂的分子结构式为其制备方法包括：采用Fmoc合成法，将精氨酸的羧基端连接至树脂并脱去精氨酸的氨基端的保护基团，然后依次连接赖氨酸以及具有13个碳原子的烷烃，合成多肽；随后裂解多肽以使肽链从树脂上裂解下来，脱除侧链的保护基团，得到表面活性剂粗品，然后分离纯化。该方法简单、易操作，所得的表面活性剂纯度高。上述表面活性剂可用于制备乳液。由上述表面活性剂溶于酸性溶液然后与油相物质分散后再超声所得的乳液生物相容性高，能够有效降低界面张力，稳定性较强。

Description

表面活性剂及其制备方法与应用、乳液

技术领域

本发明涉及化学化工领域，且特别涉及一种表面活性剂及其制备方法与应用、乳液。

背景技术

乳液属于多相分散体系，在多领域有广泛的应用。

目前，现有制备乳液的表面活性剂，例如蛋白质等传统表面活性剂，在酸性条件下乳化能力低，乳化稳定性差。

其次，在外界环境改变的情况下，例如极端高温环境不适宜的pH条件，乳液易发生失稳，破乳现象，极大地限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种表面活性剂，该表面活性剂的分子结构式为

本发明的目的之二在于提供一种上述表面活性剂的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种上述表面活性剂的应用，例如将其用于制备乳液。

本发明的目的之四在于提供一种含有上述表面活性剂的乳液。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种表面活性剂，该表面活性剂的分子结构式为：

优选地，上述表面活性剂呈长纤维状。

更优选地，上述表面活性剂的长度为333.3-399.3nm。

本发明还提出一种上述表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：采用Fmoc合成法，将精氨酸的羧基端连接至树脂并脱去精氨酸的氨基端的保护基团，然后依次连接赖氨酸以及具有13个碳原子的烷烃，合成多肽；随后裂解多肽以使肽链从树脂上裂解下来，脱除侧链的保护基团，得到表面活性剂粗品，然后分离纯化。

本发明还提出一种上述表面活性剂的应用，例如可将其用于制备乳液。

本发明还提出一种乳液，其由上述表面活性剂溶于酸性溶液然后与油相物质分散后所得。

本发明较佳实施例提供的表面活性剂及其制备方法与应用、乳液的有益效果是：

本发明方案提供的表面活性剂在酸性条件以及高温条件下能够较现有的表面活性剂提高乳液的稳定性。其制备方法简单、易操作，所得的表面活性剂纯度高。将上述表面活性剂用于制备乳液，能够有效降低油水两相的界面张力，使乳液稳定性增强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请提供的一种C13-KR的透射电镜图；

图2为本申请实施例1中分离纯化所得的高效液相色谱图；

图3为本申请实施例2中的质谱图；

图4为本申请试验例1中3种乳液界面张力的变化情况图；

图5为本申请试验例2中测试品的液滴移动速度图；

图6至图8分别为本申请试验例3中3组乳液在室温下放置第二天、第五天及第七天时的分层现象图；

图9为本申请试验例3中3组乳液在不同柠檬酸溶液浓度下的电位变化图；

图10为本申请试验例5中表面活性剂浓度均为0.5wt％时3组乳液的液滴分布图；

图11为本申请试验例6中3组乳液在未加热以及于90℃的条件下加热30min后的光学显微镜观察图；

图12为本申请试验例7中表面活性剂的浓度分别为0.5wt％和0.25wt％时，3组乳液在25℃下放置第一天、第七天及第十五天时的分层现象图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对申请的表面活性剂及其制备方法与应用、乳液进行具体说明。

本申请提供的表面活性剂的分子结构式为

该表面活性剂为多肽物质，其亲水端为两种碱性氨基酸，一种为赖氨酸，另一种为精氨酸；疏水端为具有13个C原子的烷烃，本申请中将该表面活性剂以“C13-KR”表示。

本申请所提供的C13-KR呈长纤维状，其长度可以为333.3-399.3nm，如333.3nm、366.3nm或399.3nm等。其在溶液环境下的透射电镜图可参照图1所示。

上述表面活性剂的制备方法可参考现有技术中的固相Fmoc合成法。其合成原理包括：首先以共价键的形式将不溶性的高分子树脂(王氏树脂)与目的肽链C-端的氨基酸的羧基连接。以该氨基酸作为第一个构筑单元，脱去其氨基保护基团，氨基和侧链保护的第二个氨基酸的羧基进行酰胺化反应，形成肽键。反复操作达到所需肽链序列，最后将肽链从树脂上裂解下来，并脱除侧链保护基团，纯化后得到目标肽。

作为参考地，例如可以包括以下步骤：从肽链的C端到N端，采用Fmoc合成法，将精氨酸的羧基端连接至王氏树脂并脱去精氨酸的氨基端的Fmoc保护基团，然后依次连接赖氨酸以及具有13个碳原子的烷烃，合成多肽；随后裂解多肽以使肽链从王氏树脂上裂解下来，脱除侧链的保护基团，得到表面活性剂粗品，然后分离纯化。

其中，氨基端的保护基团是于碱性条件下脱除。在一些实施方式中，碱性条件例如可以由18-22wt％(如18wt％、18.5wt％、19wt％、19.5wt％、20wt％、20.5wt％、21wt％、21.5wt％或22wt％等)的哌啶溶液或18-22wt％(如18wt％、18.5wt％、19wt％、19.5wt％、20wt％、20.5wt％、21wt％、21.5wt％或22wt％等)的DMF溶液提供。

裂解于切割液存在的条件下进行。在一些实施方式中，切割液含有TFA、水、EDT以及TIS，TFA、水、EDT以及TIS的质量比依次可以为93-97：0.5-1.5：1.5-2.5：1.5-2.5。在一些优选的实施方式中，切割液中含有的TFA、水、EDT以及TIS的质量比依次为95：1：2：2。

在一些实施方式中，裂解时间可以为110-130min，如110min、115min、120min、125min或130min等。

进一步地，对得到的表面活性剂的粗品进行分离纯化。具体地，可先将表面活性剂的粗品溶解于甲酸，然后采用高效液相色谱按以下条件对表面活性剂粗品进行分离纯化：

色谱柱：Kromasil 100-5C18，4.6mm×250mm，5μm；其中，4.6mm×250mm代表所用色谱柱的内径为4.6mm，柱长为250mm，填料的颗粒粒径为5μm。

柱温：20-30℃。也即分离纯化过程中柱温可以为20-30℃范围内的任一温度值，如20℃、22℃、25℃、28℃或30℃等。在优选的实施方式中，柱温为25℃。

流动相：第一流动相为的含有三氟乙酸的乙腈溶液，第二流动相为含有三氟乙酸的水溶液。值得说明的是，第一流动相以及第二流动相中三氟乙酸的含量均可以为0.08-0.12wt％，如0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％或0.12wt％等，也可以为0.085wt％、0.095wt％、0.105wt％或0.115wt％等，还可以为0.08-0.12wt％范围内的任一浓度值。

在一些优选的实施方式中，第一流动相以及第二流动相中三氟乙酸的含量均为0.1wt％。

洗脱方式：梯度洗脱。通过直接在高效液相色谱仪器的洗脱程序中设置洗脱流速、洗脱时间、起始洗脱浓度以及终点洗脱浓度，即可由高效液相色谱仪器自动控制每个时间段第一洗脱液和第二洗脱液的浓度配比。

在一些实施方式中，洗脱过程中的洗脱流速可以为18-22ml/min(优选为20ml/min)，洗脱时间为18-22min(如18min、18.5min、19min、19.5min、20min、20.5min、21min、21.5min或22min等)，起始洗脱浓度为第一流动相与第二流动相的体积比为37:63，终点洗脱浓度为第一流动相与第二流动相的体积比为51:49。

由于多肽合成中会含少许杂质，但目标多肽含量在体系中最多，因此根据所得的高相液相色谱图中各色谱峰的峰面积以及保留时间(出峰时间)，可以确定目标峰。再根据目标物质浓度和峰面积成正比，即可通过峰面积计算出该物质的纯度。

此外，本申请还提供了一种上述表面活性剂的应用，例如可将其用作乳化剂制备乳液。将表面活性剂C13-KR用于制备乳液，可迅速降低油水两相的界面张力并提高液滴的移动速度等。

此外，本申请还提供了一种乳液，该乳液由上述表面活性剂溶于酸性溶液然后与油相物质分散，形成初乳，然后超声初乳所得。

在一些实施方式中，酸性溶液包括柠檬酸。此外，酸性溶液还可以由其它酸形成。酸性溶液的浓度例如可以为0.2-2wt％，如0.2wt％、0.5wt％、1wt％或2wt％等，优选为1wt％。

在一些实施方式中，油相物质包括MCT(中链甘油三酯)。

在一些实施方式中，分散可以是通过涡旋2-4min完成。

在一些实施方式中，超声强度可以为25-35％，如25％、28％、30％、32％或35％等，优选为30％；超声工作时间可以为10-40s，如10s、15s、20s、25s、30s、35s或40s等，优选为20s。值得说明的是，本申请所指的超声工作时间指实际超声工作时间，不包括暂停或休息时间。

较佳地，本申请中，超声采用高场强超声，设备例如可以为Ning Bo ScientzBiotechnology Co.Ltd.,Ningbo,China。超声过程中，将直径为3mm的探头插于初乳液面下约3mm处即可。

在一些实施方式中，表面活性剂的浓度可以为0.25-1wt％，如0.25wt％、0.5wt％或1wt％，优选为1wt％。

在一实施方式中，乳液由5mg上述表面活性剂(C13-KR)溶于浓度为1wt％的柠檬酸中，然后与50μL的MCT涡旋3min分散油滴，形成初乳；然后于超声强度为30％的条件下超声，超声过程中，将直径为3mm的探头插于初乳液面下约3mm处，每超声2s后暂停2s继续超声，直至超声工作时间达20s。

由此得到的含有上述表面活性剂的乳液能够有效降低界面张力，稳定性较强。

实施例1

从肽链的C端到N端，采用Fmoc合成法，将精氨酸的羧基端连接至王氏树脂，于20wt％的哌啶溶液中脱去精氨酸的氨基端的Fmoc保护基团，然后依次连接赖氨酸以及具有13个碳原子的烷烃，合成多肽；随后于由质量比为95：1：2：2的TFA、水、EDT以及TIS形成的切割液存在的条件下裂解多肽120min以使肽链从王氏树脂上裂解下来，脱除侧链的保护基团，得到表面活性剂粗品。

将表面活性剂的粗品溶解于甲酸，然后采用高效液相色谱按以下条件对表面活性剂粗品进行分离纯化：

色谱柱：Kromasil 100-5C18，4.6mm×250mm，5μm；柱温：25℃；流动相：第一流动相为浓度为0.1wt％的三氟乙酸乙腈溶液，第二流动相为浓度为0.1wt％三氟乙酸水溶液；洗脱方式：梯度洗脱，洗脱过程中的洗脱流速为20ml/min，洗脱时间为20min，起始洗脱浓度为第一流动相与第二流动相的体积比为37:63，终点洗脱浓度为第一流动相与第二流动相的体积比为51:49。

分离纯化所得的高效液相色谱图如图2所示，各个色谱峰对应的峰面积以及组分含量如表1所示。

表1峰面积以及组分含量

色谱峰	出峰时间(min)	浓度(mg/mL)	面积
				1	12.900	0.01295	573
2	13.125	99.87	4418380
				3	14.210	0.1186	5249
总计	-	100	4424202

由此可以得出：通过本实施例制备所得的C13-KR多肽的纯度为：99.87％。

实施例2

对实施例1所得的表面活性剂质谱分析，质谱条件包括：离子源：电喷雾(ESI)；扫描时间：0.5-1min。质谱图如图3所示，由图3可以看出，C13-KR多肽的分子量为m/z 498.6[M+H]⁺。通过上述测定，得出本方案中所得的表面活性剂的分子结构式为

实施例3

本实施例提供一种乳液，该乳液由5mg实施例1所提供的表面活性剂(C13-KR)溶于浓度为1wt％的柠檬酸中，然后与50μL的MCT涡旋3min分散油滴，形成初乳。然后于超声强度为30％的条件下超声，超声过程中，将直径为3mm的探头插于初乳液面下约3mm处，每超声2s后暂停2s继续超声，直至超声工作时间达20s，形成乳液。

试验例1

将C13-KR、Tween80以及WPI溶于柠檬酸中，使溶质的浓度保持在0.5wt％，然后与MCT油相分散形成乳液。利用界面张力仪，测定三种乳液界面张力的变化情况，其结果如图4所示。

图4中由上到下三条曲线分别对应WPI、Tween80以及C13-KR，由图2可以看出，WPI张力值最高，随后为Tween，二者呈不断下降趋势，证明发生了乳化剂界面吸附，逐渐降低两相界面张力。而多肽C13-KR与前两者不同，可迅速降低油水两相界面张力，并达到极低值，证明C13-KR的吸附效率快，乳化效果好，此为C13-KR乳化性中重要性质。

试验例2

将试验例1中的三种乳液置于4mL专用微流变玻璃瓶中，加入示踪粒子，追踪乳化剂液滴的运动状态，放入微流变仪，测试时间1h，测试结果如图5所示。

图5中由上到下三条曲线分别对应C13-KR、WPI以及Tween80，Fluidity Index指标表征液滴的移动速度。由图5可以看出，C13-KR液滴运动速度最快，其次为WPI和Tween80，证明C13-KR吸附到油滴速度最快，与C13-KR界面流变性质对应，证明C13-KR能在乳液中快速移动，并且快速降低界面张力，达到良好的乳化效果。

试验例3

以实施例3所得的乳液为例，设置对照组1和对照组2，对照组1与实施例3的区别在于用Tween80代替C13-KR，对照组2与实施例3的区别在于用WPI代替C13-KR，以酸性溶液的浓度为变化量，其余制备方法均相同，分别得到3组乳液。

分别配浓度为0.2wt％、0.5wt％、1wt％和2wt％的柠檬酸溶液。将上述3组乳液于室温(25℃)下放置7天，观察乳液稳定效果。其结果如图6至图8所示。

同一图中，样品从左到右依次为：C13-KR溶于浓度为0.2wt％、0.5wt％、1wt％和2wt％的柠檬酸溶液；Tween80溶于浓度为0.2wt％、0.5wt％、1wt％和2wt％的柠檬酸溶液；WPI溶于浓度为0.2wt％、0.5wt％、1wt％和2wt％的柠檬酸溶液。

图6为3组乳液在室温下放置第二天时的分层现象图，图7为3组乳液在室温下放置第五天时的分层现象图，图8为3组乳液在室温下放置第七天时的分层现象图。

由图6至图8可以看出，对照组2的WPI在第二天即发生分层现象，第五天分层明显。对照组1的Tween80在第五天发生分层，第七天分层明显。C13-KR形成的乳液在一周内不发生分层，乳液稳定不破乳。

此外，测定不同柠檬酸溶液浓度下(0.2wt％、0.5wt％、1wt％和2wt％)乳液的电位变化，其结果如图9所示。由图9可以看出，C13-KR电位值最高，其次为WPI，Tween最低，证明多肽稳定乳液通过强烈的静电排斥作用，形成的乳液最稳定，与现象一致。

进一步地，通过结合食品饮料中柠檬酸的添加量，确定酸浓度为1％最佳。

试验例4

以实施例3所得的乳液为例，设置对照组3和对照组4，对照组3与实施例3的区别在于用Tween80代替C13-KR，对照组4与实施例3的区别在于用WPI代替C13-KR，以超声时间为变化量，其余制备方法均相同，分别得到3组乳液。

分别将超声工作时间设置10s，20s和40s。测定上述3组乳液经不同超声时间处理后的粒径。设备选用Mastersizer 2000，泵转速设为2000rpm，折光度为1.5％-2.5％，分散相的遮光率1.330。其结果如表2所示。

表2乳液粒径

注：表2中标有不同大写字母者表示组间差异极显著(P＜0.05)，标有不同小写字母者表示组内差异极显著(P＜0.05)，标有相同小写字母表示组内差异不显著(P＞0.05)，下同。

由表2可以看出，随超声时间延长，乳液粒径明显降低，C13-KR粒径始终低于Tween80和WPI，证明C13-KR乳化效果最好，形成更加稳定的乳液。综合粒径大小与设备工作时间，超声时间优选为20s。

试验例5

以实施例3所得的乳液为例，设置对照组5和对照组6，对照组5与实施例3的区别在于用Tween80代替C13-KR，对照组6与实施例3的区别在于用WPI代替C13-KR，以原料(C13-KR、Tween80以及WPI)的浓度为变化量，其余制备方法均相同，分别得到3组乳液。测定上述3组乳液在原料为不同浓度(0.25wt％、0.5wt％以及1wt％)条件下的粒径。设备选用Mastersizer 2000，泵转速设为2000rpm，折光度为1.5％-2.5％，分散相的遮光率1.330。其结果如表3所示。

表3乳液粒径

由表3可以看出，随原料浓度的升高，乳液粒径明显降低，且C13-KR粒径始终低于Tween80和WPI，证明C13-KR乳化效果最好，形成更加稳定的乳液。根据乳液粒径大小，原料浓度优选为1wt％。

此外，以表面活性剂均为0.5wt％浓度的条件下，测定上述3组乳液的液滴分布图，其结果如图10所示，图10中由左到右分别对应实施例3、对照组5和对照组6的乳液的液滴分布图。由图10可以看出，由C13-KR形成的乳滴粒径最小，乳化效果最好。

试验例6

以实施例3所得的乳液为例，设置对照组7和对照组8，对照组7与实施例3的区别在于用Tween80代替C13-KR，对照组8与实施例3的区别在于用WPI代替C13-KR，制备方法均相同，分别得到3组乳液。测定上述3组乳液在不同温度条件下的粒径。设备选用Mastersizer2000，泵转速设为2000rpm，折光度为1.5％-2.5％，分散相的遮光率1.330。其结果如表4所示。

表4乳液粒径

由表4可以看出，Tween80和WPI随温度升高，乳液粒径显著增大，乳液会出现破乳现象，乳液体系不稳定。C13-KR随温度升高，乳液粒径无显著变化，证明C13-KR形成的乳液有很好的稳定性，在极端温度条件(如90℃)下仍能很好的稳定乳液，乳液应用范围较宽。

此外，将上述3组乳液在未加热以及于90℃的条件下加热30min后于光学显微镜下观察，其结果如图11所示，其中第一排由左到右分别为实施例3在未加热以及于90℃的条件下加热30min后的光学显微镜图，第二排由左到右分别为对照组7在未加热以及于90℃的条件下加热30min后的光学显微镜图，第三排由左到右分别为对照组8在未加热以及于90℃的条件下加热30min后的光学显微镜图。由图11可以看出，将加热过后的乳液与未加热处理的乳液做对比，Tween和WPI对应的乳液在加热过后，乳滴粒径明显增大，而C13-KR对应的乳液无明显变化，与粒径测量结果一致，证明由C13-KR形成的乳液具有良好的热稳定性。

试验例7

以实施例3所得的乳液为例，设置对照组9和对照组10，对照组9与实施例3的区别在于用Tween80代替C13-KR，对照组10与实施例3的区别在于用WPI代替C13-KR，以表面活性剂的浓度为变化量，其余制备方法均相同，分别得到3组乳液。

表面活性剂的浓度分别为0.5wt％和0.25wt％。将上述3组乳液于室温(25℃)下放置15天，观察乳液稳定效果。其结果如图12所示。

该图中，样品从左到右依次为：第1-3个样品分别为C13-KR、Tween80以及WPI浓度为0.5wt％的乳液在室温下放置第一天时的分层现象图；第4-6个样品分别为C13-KR、Tween80以及WPI浓度为0.25wt％的乳液在室温下放置第一天时的分层现象图；第7-9个样品分别为C13-KR、Tween80以及WPI浓度为0.5wt％的乳液在室温下放置第七天时的分层现象图；第10-12个样品分别为C13-KR、Tween80以及WPI浓度为0.25wt％的乳液在室温下放置第七天时的分层现象图；第13-15个样品分别为C13-KR、Tween80以及WPI浓度为0.5wt％的乳液在室温下放置第十五天时的分层现象图；第16-18个样品分别为C13-KR、Tween80以及WPI浓度为0.25wt％的乳液在室温下放置第十五天时的分层现象图。

由图12可以看出，WPI形成的乳液随时间延长有明显的分层现象，Tween形成的乳液也有分层情况，而C13-KR形成的乳液分层不明显，证明C13-KR形成的乳液稳定性最强。

综上所述，本申请提供的表面活性剂在酸性条件以及高温条件下能够较现有的表面活性剂提高乳液的稳定性。其制备方法简单、易操作，所得的表面活性剂纯度高。将上述表面活性剂用于制备乳液，能够有效降低乳液的界面张力，使乳液稳定性增强。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种表面活性剂，其特征在于，所述表面活性剂的分子结构式为

2.根据权利要求1所述的表面活性剂，其特征在于，所述表面活性剂呈长纤维状。

3.根据权利要求1所述的表面活性剂，其特征在于，所述表面活性剂的长度为333.3-399.3nm。

4.如权利要求1-3任一项所述的表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用Fmoc合成法，将精氨酸的羧基端连接至树脂并脱去所述精氨酸的氨基端的保护基团，然后依次连接赖氨酸以及具有13个碳原子的烷烃，合成多肽；随后裂解多肽以使肽链从所述树脂上裂解下来，脱除侧链的保护基团，得到表面活性剂粗品，然后分离纯化；

优选地，所述氨基端的保护基团是于碱性条件下脱除；

优选地，碱性条件由18-22wt％哌啶溶液或18-22wt％DMF溶液提供；

优选地，裂解是于切割液存在的条件下进行；

所述切割液中所含的TFA、水、EDT以及TIS的质量比依次为93-97：0.5-1.5：1.5-2.5：1.5-2.5；

优选地，裂解时间为110-130min。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，采用高效液相色谱按以下条件对所述表面活性剂粗品进行分离纯化：

色谱柱：Kromasil 100-5C18，4.6mm×250mm，5μm；

柱温：20-30℃；

流动相：第一流动相为含有三氟乙酸的乙腈溶液，第二流动相为含有三氟乙酸的水溶液；

洗脱方式：梯度洗脱；

洗脱时间：18-22min。

6.如权利要求1-3任一项所述的表面活性剂的应用，其特征在于，所述表面活性剂用于制备乳液。

7.一种乳液，其特征在于，所述乳液由如权利要求1-3任一项所述的表面活性剂溶于酸性溶液然后与油相物质分散，形成初乳，然后超声所述初乳所得；

优选地，所述酸性溶液包括柠檬酸；

优选地，所述油相物质包括MCT。

8.根据权利要求7所述的乳液，其特征在于，所述酸性溶液的浓度为0.2-2wt％；

优选地，所述酸性溶液的浓度为1wt％。

9.根据权利要求7所述的乳液，其特征在于，超声强度为25-35％，超声工作时间为10-40s。

10.根据权利要求7所述的乳液，其特征在于，所述表面活性剂的浓度为0.25-1wt％；

优选地，所述表面活性剂的浓度为1wt％。