D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化茶油卸妝乳的處方

陳麗華， 溫思菁， 管詠梅， 陳家樂(lè)， 朱衛(wèi)豐

(江西中醫(yī)藥大學(xué) 現(xiàn)代中藥制劑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌330004)

茶油(camellia oil)是從山茶科油茶樹(shù)Kamellia oleifela Abel 的種子中獲得的，又叫茶籽油、山茶油。茶油脂肪酸主要由油酸、亞油酸和少量飽和脂肪酸組成，并含有多種脂溶性維生素，能很好地融合皮膚，而且無(wú)刺激性，是一種優(yōu)質(zhì)的油分補(bǔ)給劑［1］。有研究表明［2］，茶油在化學(xué)成分上可與橄欖油相媲美，由于精制的茶油難氧化變質(zhì)，無(wú)毒、無(wú)副作用，而且精制過(guò)程又能很好地抑制酸價(jià)，所以最適合用來(lái)做化妝品［3］，日本已用其制成了品種繁多的美容護(hù)膚品［4］。

D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)方法是將D-最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于混料試驗(yàn)中，該方法試驗(yàn)次數(shù)少、信息量充分、參數(shù)預(yù)測(cè)精度高［5-7］。本課題組前期通過(guò)實(shí)驗(yàn)，篩選出茶油卸妝乳處方的成分，采用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化各成分間的比例，優(yōu)選出得分前三的卸妝乳處方，再采用偏光顯微鏡對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，Rhelolaser Lab 光學(xué)微流變儀對(duì)其黏彈性進(jìn)行測(cè)定，Turbiscan Lab 穩(wěn)定性分析儀對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，最終選出最佳處方。

Rhelolaser Lab 光學(xué)微流變儀利用動(dòng)態(tài)光散射原理，用于測(cè)量粒子在乳液中的遷移位移及速率以分別反映乳液的彈性指數(shù)和宏觀黏性指數(shù);Turbiscan Lab 穩(wěn)定性分析儀利用880 nm 近紅外光源，通過(guò)檢測(cè)樣品投射光和背散射光的光強(qiáng)值變化來(lái)反映樣品的穩(wěn)定性［8］。這兩種儀器均可對(duì)濃縮體系直接進(jìn)行測(cè)量，并不需要稀釋，測(cè)量時(shí)采用非進(jìn)入式方法，不破壞樣品，無(wú)剪切，無(wú)擾動(dòng)，可直接表述分散體系的真實(shí)狀態(tài)。

本實(shí)驗(yàn)在此基礎(chǔ)上，采用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)對(duì)茶油卸妝乳的處方進(jìn)行進(jìn)一步的篩選和優(yōu)化，對(duì)開(kāi)發(fā)茶油護(hù)膚品具有重要意義。

1 儀器與材料

GZX-9140 MBE 鼓風(fēng)干燥箱(上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠);HH-S4 恒溫水浴鍋(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司);TGL-16G 高速離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);BS124S 電子天平(北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司);FA25 高剪切分散乳化機(jī)(上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司);Turbiscan Lab 穩(wěn)定性分析儀、Rhelolaser Lab 光學(xué)微流變儀(法國(guó)Formulaction 公司);OLYMPUS CX41偏光顯微鏡(日本Olympus 公司)。

茶油(廣州文玲貿(mào)易有限公司);十六十八醇(上?？茖幱椭瘜W(xué)品有限公司);單硬脂酸甘油酯 (國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，批號(hào)20131210);甘油(天津市福晨化學(xué)試劑廠，批號(hào)20140212);月桂基葡糖苷(臨沂市蘭山區(qū)綠森化工有限公司);水為娃哈哈純凈水(杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司)。

2 方法與結(jié)果

2.1 卸妝乳的制備方法 將處方中的油脂性組分(油相)和水溶性組分(水相)分別在80 ℃水浴中加熱30 min，然后將水相加入油相中，高速剪切1 min (轉(zhuǎn)速10 000 r/min)，再在冰浴中緩慢攪拌，冷卻至室溫，即得，每次制備100 g。

2.2 乳化劑的篩選 乳化劑對(duì)能否形成穩(wěn)定、易清洗的卸妝乳具有關(guān)鍵的作用。在預(yù)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)乳化劑進(jìn)行了篩選，比較了吐溫-80、聚氧乙烯氫化蓖麻油、硬脂酸/三乙醇胺、辛葵葡糖苷、月桂基葡糖苷、鯨蠟硬脂醇醚-6/鯨蠟硬脂醇醚-25 (A6/A25)等水包油型乳化劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，月桂基葡糖苷制備的茶油卸妝乳較其他乳化劑更加穩(wěn)定，并且更易于清洗。

2.3 單因素考察 采用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)方法時(shí)，處方中各因素需要有一個(gè)優(yōu)化范圍，用于保證設(shè)計(jì)的精確性。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)單因素考察，以洗凈能力、流動(dòng)性、外觀、離心穩(wěn)定性、耐寒穩(wěn)定性和耐熱穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定各因素范圍，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 影響因素與水平Tab.1 Influence factors and levels

2.4 評(píng)分方法 采用加權(quán)綜合評(píng)分法，以洗凈能力、流動(dòng)性、外觀、離心穩(wěn)定性、耐寒穩(wěn)定性和耐熱穩(wěn)定性這6 個(gè)指標(biāo)對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)分，總分為100分。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)可知，乳液在流動(dòng)性和外觀上差別較大，故將其權(quán)重系數(shù)均設(shè)為20%;洗凈能力是卸妝乳的重要指標(biāo)，故將其權(quán)重系數(shù)設(shè)為30%;離心穩(wěn)定性、耐寒穩(wěn)定性和耐熱穩(wěn)定性這3 個(gè)指標(biāo)都是評(píng)價(jià)乳液配方穩(wěn)定性的指標(biāo)，故均占10%的權(quán)重系數(shù)，即穩(wěn)定性的總權(quán)重系數(shù)為30%。

2.4.1 洗凈能力 取樣品適量，涂抹于有彩妝的手部皮膚(速率為2 圈/s)，觀察是否能溶解全部彩妝(眼線筆、眼線液、眼影、腮紅、粉底)，能全部溶解彩妝者得30 分，能溶解大部分者得20分，能溶解小部分者得10 分，不能溶解者得0 分。

2.4.2 流動(dòng)性 肉眼觀察乳液是否具有一定的流動(dòng)性，若流動(dòng)性適中，既不成乳膏狀，也不成液體狀者得20 分，成液體狀者得10 分，過(guò)于濃稠，成乳膏狀者得0 分。

2.4.3 外觀評(píng)價(jià) 肉眼觀察乳液是否色澤亮麗，有光澤，涂抹在手上時(shí)乳液是否均勻細(xì)膩，用水洗掉后皮膚是否會(huì)感覺(jué)油膩，若色澤亮麗有光澤，涂抹時(shí)無(wú)顆粒感和油膩感者得20 分，各方面適中者得10 分，無(wú)光澤，涂抹時(shí)有顆粒感和油膩感者得0 分。

2.4.4 離心穩(wěn)定性 將樣品離心15 min (轉(zhuǎn)速4 000 r/min)，觀察是否分層，不分層者得10 分，分層者得0 分。

2.4.5 耐寒穩(wěn)定性 將樣品置于-10 ℃冰箱24 h后恢復(fù)到室溫，觀察是否分層，不分層者得10 分，分層者得0 分。

2.4.6 耐熱穩(wěn)定性 將樣品置于45 ℃烘箱24 h后恢復(fù)到室溫，觀察是否分層，不分層者得10 分，分層者得0 分。

2.5 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用Design-expert 8.0 得到設(shè)計(jì)表，然后按照表中的處方用量和“2.1”項(xiàng)下方法進(jìn)行制備，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)Tab.2 D-optimal mixture design test

2.5.1 模型擬合 利用Design-expert 8.0，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模型擬合。結(jié)果，二項(xiàng)式擬合的P 值最小，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P =0.003 6，P ＜0.05)，優(yōu)化后總分 = 1.786 89A - 115.253 86B +151.545 86C+48.008 01D+3.104 91E+1.761 23F+1.336 27AB-1.668 03AC -0.486 02AD -0.138 72 AE-0.023 662AF -0.074 104BC +1.400 09 BD +1.293 60BE+1.152 15BF -2.682 43CD -1.426 26 CE - 1.575 50CF - 0.551 59DE - 0.604 01DF -0.041 793EF (R2=0.919 5)。

2.5.2 繪制效應(yīng)面 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果可知，十六十八醇(B)和單硬脂酸甘油酯(C)用量對(duì)乳液的影響較大。另外，通過(guò)軟件統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有這兩個(gè)因素存在時(shí)，P 值較小，即為重要因素，根據(jù)擬合方程繪制的茶油、十六十八醇和單硬脂酸甘油酯總分3D 圖，同時(shí)通過(guò)軟件優(yōu)選出得分最高的3個(gè)處方，結(jié)果見(jiàn)表3、圖1。

表3 得分最高的3 個(gè)處方Tab.3 Top three optimal formulations

圖1 茶油(A)、十六十八醇(B)、單硬脂酸甘油酯(C)的總分3D 圖Fig.1 3D graphs for total scores of camellia oil (A)，cetostearyl alcohol (B)and glyceryl monostearate (C)

2.6 優(yōu)選處方評(píng)價(jià) 將制備好的卸妝乳于25 ℃、75%相對(duì)濕度條件下的恒溫恒濕箱中放置24 h 后，偏光顯微鏡觀察其球形層狀液晶結(jié)構(gòu)的形成情況，光學(xué)微流變儀測(cè)量其黏彈性，近紅外穩(wěn)定性分析儀測(cè)量其穩(wěn)定性指數(shù)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，在3 個(gè)處方中篩選出最佳處方。

2.6.1 顯微結(jié)構(gòu)觀察 取乳液少許，置于載玻片上，用蓋玻片小心將其壓制成半透明薄片，在偏光顯微鏡物鏡(40 倍)下觀察乳液內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。大多數(shù)O/W 乳液在偏光下能觀察到油滴周圍的雙折射洋蔥環(huán)結(jié)構(gòu)，即為典型的球形層狀液晶結(jié)構(gòu)，被稱為“扭曲馬爾他十字”［9］，這種層狀液晶將油滴緊緊包裹來(lái)防止其聚并，用于維持乳液的穩(wěn)定性［10］。由圖可知，處方2 中雙折射洋蔥環(huán)的結(jié)構(gòu)更豐富清晰，表明油滴周圍的混晶雙分子層越多，乳液相對(duì)越穩(wěn)定。

圖2 各處方的偏光顯微鏡圖片(×40)Fig.2 Polarization micrographs of different formulations (×40)

2.6.2 黏彈性測(cè)量 黏彈性指塑性流體對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)兼有彈性固體和黏性流體的雙重特性［6］，可通過(guò)光學(xué)微流變儀進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)圖3 和圖4。由圖3 可知，處方1 和2 的彈性指數(shù)比較接近，而處方3 的彈性指數(shù)較弱，說(shuō)明處方1 和2 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比處方3 更牢固。由圖4 可知，處方1 和3 的宏觀黏性指數(shù)比較接近，而處方2 的宏觀黏性指數(shù)較小，說(shuō)明它在卸妝時(shí)更易涂布與清洗。因此，從黏彈性方面考慮，處方2 更為理想。

2.7 穩(wěn)定性指數(shù) 將樣品放入Turbiscan Lab 穩(wěn)定性分析儀，通過(guò)近紅外表征乳液內(nèi)分散相粒子濃度及粒徑的變化速率和大小，從而定量表征乳液的分層、絮凝、聚集等不穩(wěn)定性現(xiàn)象發(fā)生的程度及速率，用于表征其物理穩(wěn)定性，具體反映在穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)參數(shù)(stability kinetics index，SKI)上，SKI越小，乳液穩(wěn)定性越好，連續(xù)掃描1 周，結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖可知，處方2 的SKI 值最小，即更加穩(wěn)定。綜合顯微、黏彈性指數(shù)、穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)參數(shù)結(jié)果，可認(rèn)為處方2 為最優(yōu)處方。

圖3 各處方的彈性指數(shù)Fig.3 Elasticity indices of different formulations

圖4 各處方的黏性指數(shù)Fig.4 Viscosity indices of different formulations

圖5 穩(wěn)定性掃描圖Fig.5 Stability of different formulations

3 討論

本實(shí)驗(yàn)在制備茶油卸妝乳時(shí)，選擇月桂基葡糖苷作為乳化劑，它屬于烷基糖苷類乳化劑，是國(guó)家公認(rèn)的“綠色”表面活性劑，具有高表面活性、良好的生態(tài)安全性和相容性［11-12］。在護(hù)膚品的研制中，處方的組成和配比是一個(gè)重要問(wèn)題，而D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)能避免多因素間的相互交叉和干擾，實(shí)驗(yàn)次數(shù)少，精度高，比單因素和正交試驗(yàn)更為簡(jiǎn)化［13］。

Rhelolaser Lab 光學(xué)微流變儀利用多散斑-擴(kuò)散波光譜學(xué)(MS-DWS)原理，具有非常高的靈敏度，可以觀測(cè)到乳液聚合的微小變化，而Turbiscan Lab 穩(wěn)定性分析儀可在較短時(shí)間內(nèi)判斷體系分散粒子的聚集和絮凝狀況［14］，能在一定程度上反映乳液內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，是一種準(zhǔn)確、快速的穩(wěn)定性判斷方法［15］，均為乳液的篩選和評(píng)價(jià)提供了理想手段。

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