D-最優(yōu)混料設計優(yōu)化茶油卸妝乳的處方

陳麗華， 溫思菁， 管詠梅， 陳家樂， 朱衛(wèi)豐

(江西中醫(yī)藥大學 現(xiàn)代中藥制劑教育部重點實驗室，江西 南昌330004)

茶油(camellia oil)是從山茶科油茶樹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，而且無刺激性，是一種優(yōu)質的油分補給劑［1］。有研究表明［2］，茶油在化學成分上可與橄欖油相媲美，由于精制的茶油難氧化變質，無毒、無副作用，而且精制過程又能很好地抑制酸價，所以最適合用來做化妝品［3］，日本已用其制成了品種繁多的美容護膚品［4］。

D-最優(yōu)混料設計方法是將D-最優(yōu)化設計應用于混料試驗中，該方法試驗次數(shù)少、信息量充分、參數(shù)預測精度高［5-7］。本課題組前期通過實驗，篩選出茶油卸妝乳處方的成分，采用D-最優(yōu)混料設計來優(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其微觀結構進行觀察，Rhelolaser Lab 光學微流變儀對其黏彈性進行測定，Turbiscan Lab 穩(wěn)定性分析儀對其穩(wěn)定性進行分析，最終選出最佳處方。

Rhelolaser Lab 光學微流變儀利用動態(tài)光散射原理，用于測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，通過檢測樣品投射光和背散射光的光強值變化來反映樣品的穩(wěn)定性［8］。這兩種儀器均可對濃縮體系直接進行測量，并不需要稀釋，測量時采用非進入式方法，不破壞樣品，無剪切，無擾動，可直接表述分散體系的真實狀態(tài)。

本實驗在此基礎上，采用D-最優(yōu)混料設計對茶油卸妝乳的處方進行進一步的篩選和優(yōu)化，對開發(fā)茶油護膚品具有重要意義。

1 儀器與材料

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

茶油(廣州文玲貿易有限公司);十六十八醇(上海科寧油脂化學品有限公司);單硬脂酸甘油酯 (國藥集團化學試劑有限公司，批號20131210);甘油(天津市福晨化學試劑廠，批號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(杭州娃哈哈集團有限公司)。

2 方法與結果

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 乳化劑對能否形成穩(wěn)定、易清洗的卸妝乳具有關鍵的作用。在預實驗中，對乳化劑進行了篩選，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)混料設計方法時，處方中各因素需要有一個優(yōu)化范圍，用于保證設計的精確性。本實驗通過單因素考察，以洗凈能力、流動性、外觀、離心穩(wěn)定性、耐寒穩(wěn)定性和耐熱穩(wěn)定性為評價指標，確定各因素范圍，結果見表1。

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

2.4 評分方法 采用加權綜合評分法，以洗凈能力、流動性、外觀、離心穩(wěn)定性、耐寒穩(wěn)定性和耐熱穩(wěn)定性這6 個指標對樣品進行評分，總分為100分。根據(jù)預實驗可知，乳液在流動性和外觀上差別較大，故將其權重系數(shù)均設為20%;洗凈能力是卸妝乳的重要指標，故將其權重系數(shù)設為30%;離心穩(wěn)定性、耐寒穩(wěn)定性和耐熱穩(wěn)定性這3 個指標都是評價乳液配方穩(wěn)定性的指標，故均占10%的權重系數(shù)，即穩(wěn)定性的總權重系數(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 流動性 肉眼觀察乳液是否具有一定的流動性，若流動性適中，既不成乳膏狀，也不成液體狀者得20 分，成液體狀者得10 分，過于濃稠，成乳膏狀者得0 分。

2.4.3 外觀評價 肉眼觀察乳液是否色澤亮麗，有光澤，涂抹在手上時乳液是否均勻細膩，用水洗掉后皮膚是否會感覺油膩，若色澤亮麗有光澤，涂抹時無顆粒感和油膩感者得20 分，各方面適中者得10 分，無光澤，涂抹時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)混料設計 根據(jù)單因素試驗結果，采用Design-expert 8.0 得到設計表，然后按照表中的處方用量和“2.1”項下方法進行制備，結果見表2。

表2 D-最優(yōu)混料設計試驗Tab.2 D-optimal mixture design test

2.5.1 模型擬合 利用Design-expert 8.0，對實驗結果進行模型擬合。結果，二項式擬合的P 值最小，具有統(tǒng)計學意義(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 繪制效應面 根據(jù)預試驗結果可知，十六十八醇(B)和單硬脂酸甘油酯(C)用量對乳液的影響較大。另外，通過軟件統(tǒng)計結果發(fā)現(xiàn)，有這兩個因素存在時，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，同時通過軟件優(yōu)選出得分最高的3個處方，結果見表3、圖1。

表3 得分最高的3 個處方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)選處方評價 將制備好的卸妝乳于25 ℃、75%相對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構的形成情況，光學微流變儀測量其黏彈性，近紅外穩(wěn)定性分析儀測量其穩(wěn)定性指數(shù)，將實驗結果進行比較，在3 個處方中篩選出最佳處方。

2.6.1 顯微結構觀察 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)下觀察乳液內部的微觀結構，見圖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)結構，即為典型的球形層狀液晶結構，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)的結構更豐富清晰，表明油滴周圍的混晶雙分子層越多，乳液相對越穩(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 黏彈性測量 黏彈性指塑性流體對應力的響應兼有彈性固體和黏性流體的雙重特性［6］，可通過光學微流變儀進行測量，結果見圖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，說明處方1 和2 的內部結構比處方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，說明它在卸妝時更易涂布與清洗。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，通過近紅外表征乳液內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)定性動力學參數(shù)(stability kinetics index，SKI)上，SKI越小，乳液穩(wěn)定性越好，連續(xù)掃描1 周，結果見圖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)定性動力學參數(shù)結果，可認為處方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

本實驗在制備茶油卸妝乳時，選擇月桂基葡糖苷作為乳化劑，它屬于烷基糖苷類乳化劑，是國家公認的“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］。在護膚品的研制中，處方的組成和配比是一個重要問題，而D-最優(yōu)混料設計能避免多因素間的相互交叉和干擾，實驗次數(shù)少，精度高，比單因素和正交試驗更為簡化［13］。

Rhelolaser Lab 光學微流變儀利用多散斑-擴散波光譜學(MS-DWS)原理，具有非常高的靈敏度，可以觀測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間內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部結構的變化，是一種準確、快速的穩(wěn)定性判斷方法［15］，均為乳液的篩選和評價提供了理想手段。

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