D-最优混料设计优化茶油卸妆乳的处方

陈丽华， 温思菁， 管咏梅， 陈家乐， 朱卫丰

(江西中医药大学 现代中药制剂教育部重点实验室，江西 南昌330004)

茶油(camellia oil)是从山茶科油茶树Kamellia oleifela Abel 的种子中获得的，又叫茶籽油、山茶油。茶油脂肪酸主要由油酸、亚油酸和少量饱和脂肪酸组成，并含有多种脂溶性维生素，能很好地融合皮肤，而且无刺激性，是一种优质的油分补给剂［1］。有研究表明［2］，茶油在化学成分上可与橄榄油相媲美，由于精制的茶油难氧化变质，无毒、无副作用，而且精制过程又能很好地抑制酸价，所以最适合用来做化妆品［3］，日本已用其制成了品种繁多的美容护肤品［4］。

D-最优混料设计方法是将D-最优化设计应用于混料试验中，该方法试验次数少、信息量充分、参数预测精度高［5-7］。本课题组前期通过实验，筛选出茶油卸妆乳处方的成分，采用D-最优混料设计来优化各成分间的比例，优选出得分前三的卸妆乳处方，再采用偏光显微镜对其微观结构进行观察，Rhelolaser Lab 光学微流变仪对其黏弹性进行测定，Turbiscan Lab 稳定性分析仪对其稳定性进行分析，最终选出最佳处方。

Rhelolaser Lab 光学微流变仪利用动态光散射原理，用于测量粒子在乳液中的迁移位移及速率以分别反映乳液的弹性指数和宏观黏性指数;Turbiscan Lab 稳定性分析仪利用880 nm 近红外光源，通过检测样品投射光和背散射光的光强值变化来反映样品的稳定性［8］。这两种仪器均可对浓缩体系直接进行测量，并不需要稀释，测量时采用非进入式方法，不破坏样品，无剪切，无扰动，可直接表述分散体系的真实状态。

本实验在此基础上，采用D-最优混料设计对茶油卸妆乳的处方进行进一步的筛选和优化，对开发茶油护肤品具有重要意义。

1 仪器与材料

GZX-9140 MBE 鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂);HH-S4 恒温水浴锅(郑州长城科工贸有限公司);TGL-16G 高速离心机(上海安亭科学仪器厂);BS124S 电子天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司);FA25 高剪切分散乳化机(上海弗鲁克流体机械制造有限公司);Turbiscan Lab 稳定性分析仪、Rhelolaser Lab 光学微流变仪(法国Formulaction 公司);OLYMPUS CX41偏光显微镜(日本Olympus 公司)。

茶油(广州文玲贸易有限公司);十六十八醇(上海科宁油脂化学品有限公司);单硬脂酸甘油酯 (国药集团化学试剂有限公司，批号20131210);甘油(天津市福晨化学试剂厂，批号20140212);月桂基葡糖苷(临沂市兰山区绿森化工有限公司);水为娃哈哈纯净水(杭州娃哈哈集团有限公司)。

2 方法与结果

2.1 卸妆乳的制备方法 将处方中的油脂性组分(油相)和水溶性组分(水相)分别在80 ℃水浴中加热30 min，然后将水相加入油相中，高速剪切1 min (转速10 000 r/min)，再在冰浴中缓慢搅拌，冷却至室温，即得，每次制备100 g。

2.2 乳化剂的筛选 乳化剂对能否形成稳定、易清洗的卸妆乳具有关键的作用。在预实验中，对乳化剂进行了筛选，比较了吐温-80、聚氧乙烯氢化蓖麻油、硬脂酸/三乙醇胺、辛葵葡糖苷、月桂基葡糖苷、鲸蜡硬脂醇醚-6/鲸蜡硬脂醇醚-25 (A6/A25)等水包油型乳化剂。结果发现，月桂基葡糖苷制备的茶油卸妆乳较其他乳化剂更加稳定，并且更易于清洗。

2.3 单因素考察 采用D-最优混料设计方法时，处方中各因素需要有一个优化范围，用于保证设计的精确性。本实验通过单因素考察，以洗净能力、流动性、外观、离心稳定性、耐寒稳定性和耐热稳定性为评价指标，确定各因素范围，结果见表1。

表1 影响因素与水平Tab.1 Influence factors and levels

2.4 评分方法 采用加权综合评分法，以洗净能力、流动性、外观、离心稳定性、耐寒稳定性和耐热稳定性这6 个指标对样品进行评分，总分为100分。根据预实验可知，乳液在流动性和外观上差别较大，故将其权重系数均设为20%;洗净能力是卸妆乳的重要指标，故将其权重系数设为30%;离心稳定性、耐寒稳定性和耐热稳定性这3 个指标都是评价乳液配方稳定性的指标，故均占10%的权重系数，即稳定性的总权重系数为30%。

2.4.1 洗净能力 取样品适量，涂抹于有彩妆的手部皮肤(速率为2 圈/s)，观察是否能溶解全部彩妆(眼线笔、眼线液、眼影、腮红、粉底)，能全部溶解彩妆者得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 流动性 肉眼观察乳液是否具有一定的流动性，若流动性适中，既不成乳膏状，也不成液体状者得20 分，成液体状者得10 分，过于浓稠，成乳膏状者得0 分。

2.4.3 外观评价 肉眼观察乳液是否色泽亮丽，有光泽，涂抹在手上时乳液是否均匀细腻，用水洗掉后皮肤是否会感觉油腻，若色泽亮丽有光泽，涂抹时无颗粒感和油腻感者得20 分，各方面适中者得10 分，无光泽，涂抹时有颗粒感和油腻感者得0 分。

2.4.4 离心稳定性 将样品离心15 min (转速4 000 r/min)，观察是否分层，不分层者得10 分，分层者得0 分。

2.4.5 耐寒稳定性 将样品置于-10 ℃冰箱24 h后恢复到室温，观察是否分层，不分层者得10 分，分层者得0 分。

2.4.6 耐热稳定性 将样品置于45 ℃烘箱24 h后恢复到室温，观察是否分层，不分层者得10 分，分层者得0 分。

2.5 D-最优混料设计 根据单因素试验结果，采用Design-expert 8.0 得到设计表，然后按照表中的处方用量和“2.1”项下方法进行制备，结果见表2。

表2 D-最优混料设计试验Tab.2 D-optimal mixture design test

2.5.1 模型拟合 利用Design-expert 8.0，对实验结果进行模型拟合。结果，二项式拟合的P 值最小，具有统计学意义(P =0.003 6，P ＜0.05)，优化后总分 = 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 绘制效应面 根据预试验结果可知，十六十八醇(B)和单硬脂酸甘油酯(C)用量对乳液的影响较大。另外，通过软件统计结果发现，有这两个因素存在时，P 值较小，即为重要因素，根据拟合方程绘制的茶油、十六十八醇和单硬脂酸甘油酯总分3D 图，同时通过软件优选出得分最高的3个处方，结果见表3、图1。

表3 得分最高的3 个处方Tab.3 Top three optimal formulations

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

2.6 优选处方评价 将制备好的卸妆乳于25 ℃、75%相对湿度条件下的恒温恒湿箱中放置24 h 后，偏光显微镜观察其球形层状液晶结构的形成情况，光学微流变仪测量其黏弹性，近红外稳定性分析仪测量其稳定性指数，将实验结果进行比较，在3 个处方中筛选出最佳处方。

2.6.1 显微结构观察 取乳液少许，置于载玻片上，用盖玻片小心将其压制成半透明薄片，在偏光显微镜物镜(40 倍)下观察乳液内部的微观结构，见图2。大多数O/W 乳液在偏光下能观察到油滴周围的双折射洋葱环结构，即为典型的球形层状液晶结构，被称为“扭曲马尔他十字”［9］，这种层状液晶将油滴紧紧包裹来防止其聚并，用于维持乳液的稳定性［10］。由图可知，处方2 中双折射洋葱环的结构更丰富清晰，表明油滴周围的混晶双分子层越多，乳液相对越稳定。

图2 各处方的偏光显微镜图片(×40)Fig.2 Polarization micrographs of different formulations (×40)

2.6.2 黏弹性测量 黏弹性指塑性流体对应力的响应兼有弹性固体和黏性流体的双重特性［6］，可通过光学微流变仪进行测量，结果见图3 和图4。由图3 可知，处方1 和2 的弹性指数比较接近，而处方3 的弹性指数较弱，说明处方1 和2 的内部结构比处方3 更牢固。由图4 可知，处方1 和3 的宏观黏性指数比较接近，而处方2 的宏观黏性指数较小，说明它在卸妆时更易涂布与清洗。因此，从黏弹性方面考虑，处方2 更为理想。

2.7 稳定性指数 将样品放入Turbiscan Lab 稳定性分析仪，通过近红外表征乳液内分散相粒子浓度及粒径的变化速率和大小，从而定量表征乳液的分层、絮凝、聚集等不稳定性现象发生的程度及速率，用于表征其物理稳定性，具体反映在稳定性动力学参数(stability kinetics index，SKI)上，SKI越小，乳液稳定性越好，连续扫描1 周，结果见图5。由图可知，处方2 的SKI 值最小，即更加稳定。综合显微、黏弹性指数、稳定性动力学参数结果，可认为处方2 为最优处方。

图3 各处方的弹性指数Fig.3 Elasticity indices of different formulations

图4 各处方的黏性指数Fig.4 Viscosity indices of different formulations

图5 稳定性扫描图Fig.5 Stability of different formulations

3 讨论

本实验在制备茶油卸妆乳时，选择月桂基葡糖苷作为乳化剂，它属于烷基糖苷类乳化剂，是国家公认的“绿色”表面活性剂，具有高表面活性、良好的生态安全性和相容性［11-12］。在护肤品的研制中，处方的组成和配比是一个重要问题，而D-最优混料设计能避免多因素间的相互交叉和干扰，实验次数少，精度高，比单因素和正交试验更为简化［13］。

Rhelolaser Lab 光学微流变仪利用多散斑-扩散波光谱学(MS-DWS)原理，具有非常高的灵敏度，可以观测到乳液聚合的微小变化，而Turbiscan Lab 稳定性分析仪可在较短时间内判断体系分散粒子的聚集和絮凝状况［14］，能在一定程度上反映乳液内部结构的变化，是一种准确、快速的稳定性判断方法［15］，均为乳液的筛选和评价提供了理想手段。

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