（食品科学专业论文）稳定的WOW型复乳的研制及其胰岛素包埋性质的研究.pdf

摘要 摘要 复乳由于其特殊的结构可被用于医药、化妆品、食品等很多领域，但复乳的不稳定 性限制了其应用。因此复乳( w o ，w ) 的稳定性是近些年人们研究与亟待解决的热点问 题，本研究逐项研究复乳的配方和制备工艺对复乳的稳定性及药物包埋率的影响规律， 确定制备复乳的最佳配方和工艺，并测定复乳对模型药物胰岛素的包埋率。 首先比较了超声，均质，高速分散三种初乳制备方法对复乳稳定性的影响。结果表 明采用高速分散法制备初乳和复乳，所得到的复乳稳定性比较好，而且工艺较温和，对 拟包埋的药物破坏作用较小。所以确定采用高速分散制备初乳再制备复乳的两步乳化法 作为本论文中复乳的制备方法。 逐相研究了油相类型、亲脂性和亲油性乳化剂的组成和浓度、内外水相的添加剂等 因素对复乳稳定性的影响，并采用神经网络技术处理实验数据。结果表明，液体石蜡粘 度适中，适于作为复乳的油相；在所研究的各种亲脂性乳化剂中，以s p a l l 8 0 和t w e e n 8 0 按9 ：1 的质量比复配的混合物( h l b 为5 4 ) 制备的复乳的稳定性最好，最适浓度为占 油相的质量百分比浓度为1 8 ：亲水性乳化剂以s p a l l 8 0 和t w e e n 8 0 按7 ：3 的质量比复 配的混合物( h l b 为7 5 ) 最好，适宜浓度为占外水相1 4 ；在内水相添加o 0 8 的n a c l ， 0 2 的黄原胶可有效提高内水相的渗透压和粘度，从而提高复乳的稳定性，在外水相添 加o 2 的黄原胶也有利于复乳稳定性的提高；初乳与外水相的适宜体积比为1 ：2 。用上 述配方制得的复乳在4 0 0 0 r m 协，1 5 m i n 的离心条件下保持不分层。 在内水相中包埋胰岛素使复乳的稳定性略有下降，但在4 条件下保藏四个月无明 显分层，显微镜观察仍然保持复乳滴结构。采用有机溶剂破乳、高效液相色谱法测定胰 岛素包埋率，结果表明，本研究中胰岛素的包埋率为5 5 7 。 关键词：、w 0 w 复合乳状液，制备工艺，配方，稳定性，胰岛素，包埋率 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec o n t r o lr e l e a s ep m p e n i e so fm u l t i p i ee m i s i o n sp r o v i d et h ep o t e 埘a 1f 研 m a n yu s e 削印p l i c a t i o n si nm e d i c 乩c o s m e t i c ，f o o da n d 础e rp e r s o n a lc a r ep r o d u c t s h o w e v e r ，t 1 1 eu n s t a b l e n a t l l r eo f m 棚t i p l e e m l l l s i o n sl l a v el i m i t e dm e i r d e v e l o p m e n t t h es t a b i l i t yo fm u h i p l ee m l l l s i o n s ( w 0 w ) h a v eb e e ns t u d i e db y m a l l yp e o p l ei nr e c e n ty e a r s t h eo b j e c to f 也i ss t u d yw a st oo p t i i l l i z e 也cp r c p a r a t i o n c o n d i t i o n so fam l l l t i p l e e m l j l s i o n ，w h i c h w 0 1 l l d p m v i d es t a b i l 埘 1 1 1 e m i c r o e n c 印l a t o i na 1 1 dd e l i v e r yo f i m u l i nw 踮c h o s e na sas y s t e mf o rd e v e l o p i n e n to f a s t a b l em u l t i p l ee m u l s i o n t 蚯sr e s e a r c hc o m p a r e dd e f 溉tp r c p a r a t i o nc o n d i t i o n sf o ram u i 廿p l ee m u l s i o n u l 拄a s o m c ，p r c s s w eh o m o g e l l i z a t o n ，姐d1 1 i g h s h e a rh o m o g e m z a t i q pw e r eu s e dt o p r e p a r ep r i m a d re m u i s i o n 1 1 1 es e c o n do rm u l t i p l e e m u l s i o n 、v a sp r e p a r e d 们t 1 1 h i g h - s h e a rb o m o g e n i z 撕o n t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tam u m p l ee m l l l s i o nw l l i c h 、a s p r e p a r e d 、i t hh i 曲- s h e a rh o m o g e n i z a t i o n f o rp r i m a r ye m u l s i o na n dh i 曲一s h e 盯 h o m o g e n j z a t i o nf o rt h em u 协p l ee m u l s i o n 、珊sm o r es t a b l e 也a 1 1 、i t h 也eu s ep r e s s i l r e h o m o g c n j z a t i o nf o rt l l ef i r s ts t a g e t h ep m p e r 妙o ft h ei n s l l i i ni nt h ei 1 1 n e ra q u e o u s p h a s ew a sn o ta 船c t e db yt l l i sp r e p 删o np r o c e u d l l r e h i 曲一s h e a rh o m o g e n i z a t i o n w a ss e l e 曲e dt op r e p a r ep d m a r ye m l l l s i o n t h ee a c c to fm ec o m p o n c m so n 廿1 es t a b i l i t yo f 也em u l 廿p l ee m u l s i o n 娜 s m d i e d t h ec o m p o n e n t sw e r c 廿1 ci i l i l e ra q u e o u sp h a s e ，n l e1 1 1 i d d l el i p i dp h a s e ， o m e ra q u e o u sp h a s e ，m ei n n e re m l l l s i ：丘e r ( i ) ，a 1 1 do u t c re m u l s i f i e ri i p a r a 矗协娜 f o u n dt ob e 也eb e s t1 i p i d t h eo 砸l i z e di 衄e ra q u e o u sp h a s ew a sn a c lo 0 8 ， x a n t h a l lg 啪o 2 ，、：v i t hap h2 b l e d so fs p a i l 8 0 趾d1 w e e n 8 0 诵t hd i f n 玳m hl ：bv a l u e sw e r ef o u n dt ob ee f 艳c t i v ef b rt h et 、v oe m u l s i f i e rs y s t e m sn e e d e df o r 山e t 、晒i n t e 商e s f o rt h ei 皿e ri m e 瓶l c e ) a nh l bv a l u eo f5 4 、；l r a st h em o s t e f f e c t i v e ，1 1 1 j s 、v a sp r e p a r e d 谢ma9 ：1m i x t u r eo fs p a l l 8 0t ot w e e n 8 0a n dm a l ( i n g a i l18 ( ，w ) s o l u t i o no f t l l i se m l l l s i f i e r b l e n d 、i m 也ep a r a f ! 丘na 1 1 dn l e me m m s i 岛，i 1 1 9 t h ei 衄e ra q u e o d sp h a s ei nt 1 1 ep a m m na l l de m u l s i 矗e rb l e n d f o rt h eo u t e ri r l t e r f k e ( i i ) ，t h cb e s th l b v a l u ew a s7 5 1 1 1 i sw a sp r 印a r e d 丽t ha7 ：3r a t i oo fs p a n 8 0t o t w e e n 8 0 1 k sb l e n dw a st h e nd i s s o l v e di nt h co u t e ra q u e o u sp h a s ea r l d 血ei i l l l e r e m u l s i o nw a se m u l s i 矗e di n t 0 也eo u t e ra q u e o u sp h a s e x a n m a ng 啪( 0 2 ) w a s u s e da sas t a b i l i z e ri nt h eo u t e rp h a s e x a n 也a ng u mm c r e a s e dm ev i s c o s i 可o ft 1 1 e a u t e rp h a s ea n d 廿l i sd e c r e a s e dt h er a t eo f s e p a r a t i o no f t h em u m p l ee m u l s i o n 出o p l e t s t h e 矾e s tr a t i oo fp r i m a r ye m u l s i o nt oo u t e rw a t e rp h a s ei s1 ：1 m u h i p l ee m u l s i o n s k e p tu n c h a n g e di n 也ec e 玎t r i 地a ic o n d i t i o n ( 3 0 0 0r i n i n15 m i n ) a b s h a c t n e r v en e tt e c h n i q u ew a su s e dt 0p r e d i c tt 1 1 ec e n t r i 堍a 1s t a b i l 时o ft 1 1 em u l t i p l e e m l l l s i o n t h ev a l u eo fe x p e r i m e n tw a sc o r r e s p o n d e n tw i mt 1 1 ev a l u eo fw h i c hn e r v e n e tt e c q u em o d e ip r e d i c ta n da v e r a g ee n d r 、 7 a s2 8 t h es t a b i l i 够o fm u l t i p l ee m u l s i o nl o a d e dd e c r e a s e da r e rl o a d i n g 丽mi n s l l l i n i i l 亡h ei 埘e ra q u e o u sp h a s e b u tt h em u l 卸l ee m u l s i o n 谢mi n s u i i ni nt h ei 蛐e ra q u e o u s p h a s er e m a i n e du n c h a n g e da f t e r4m o n m sw h e ns t o r e da t4d e g r e e sc e n t i g r a d e e n 仃a p m e n te 衔c a c yo fi n s u l i ni nn l em u l t i p l ee m m s i o n sw a s5 5 7 a st e s t e db yh p l c k e yw o r d s ：w ，0 ，wm u l t i p l ee l u l s i o n s ，p r e p a r a t i o nt e c h n o l o 科，c o m p o n e n t ，s t a b i l i t y ，i n s u l i n ， e n 仃a p m a l te f f i c a c y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：聋堕鸱日期：别年月伽 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 导师签名：色堡垒旦 b 强：洲年；另f b 第一章绪论 第一章绪论 1 1 复合乳状液简介 复合乳状液简称复乳( m u l t i p l ee m u l s i o n ) 又称多重乳状液，是由初乳进一步乳化 而成的复合型乳剂川。以分散相、连续相的性质分，复乳有水油水( w o w ) 和油水 油( o w o ) 两种类型【2 j ，以前者较常见，其结构示意见图1 1 w 0 ，w 型复乳结构上包 括内水相、油相、外水相及内外相界面膜等结构单元。在油相内部，内水相的分布又存 在如图1 2 所示的几种形式，其中又以b 类型较为常见。 复乳是1 9 2 5 年被s e i f r i t z l 3 】发现的，但直到1 9 6 5 年人们才开始有目的的制备和研究 复乳。 衰 图l - l 复乳滴结构图【4 】 图1 2 常见的三种多重乳状液【5 由于复乳中存在两层界面，是复杂的分散体系，具有很高的界面自由能，所以复乳 是复杂的热力学不稳定体系。但正是其复杂的多界面结构赋予复乳很多特殊的功能特 性，使其在化妆品、食品、医药等行业具有广泛的应用前景。概括而言，复乳具有以下 的几点特征( 以、删o w 为例) ： 1 保护作用：因为存在两个界面膜和一个油相使得包埋在内水相中的有效成分得到很好 的保护，避免光解，酶解等破坏作用。例如：将易被氧化或酶解的物质包埋于内水相， 当药物经过消化系统时，可有效的避免酸解酶解等作用f 6 】； 2 缓释性：因为复乳为两相三界面结构，内水包埋的物质要通过油相、w 0 界面和0 ，w 界面才能到达连续相，无论是对药物，还是食品的风味物质，或者是化妆品的香味成分 复乳都能起到缓慢释放的作用【7 】； 3 良好的保湿净洗效果：w o w 型乳状液作为化妆品，兼具w 0 型乳状液的良好的净 洗效果和o w 型的湿润爽滑的感觉。 1 2 复合乳状液的制备方法 复乳的制备方法通常有一步乳化法和二步乳化法，一步乳化法操作比较简单，但不 容易控制，通常多采用二步乳化法。 江南大学硕士学位论文 一步乳化法是最早使用的复乳制备方法。制各w o ，w 型乳状液时，通常是在含有亲 油性乳化剂的油中加入少量水先制成w o 型乳状液，或将含有亲油性乳化剂的油和含有 亲水性乳化剂的水溶液直接混合，在机械搅拌作用下生成的。利用强力搅拌可以制得稳 定的w o ，w 型乳状液，但一般需要靠丰富的实践经验才能得到好的效果。因此，目前通 常都采用相对容易获得稳定的多重乳状液的两步乳化法制备复乳。 经典的二步乳化法是m a t s u m o t o 等首先报道的，即用油溶性的非离子型乳化剂i 、 内水、油，先制得w 0 初乳，再把初乳倒入水溶性的非离子型乳化剂i i 的水溶液中乳化 制得w o 例型复乳。若需要将两种水溶性物质隔离以防止其在储藏过程中相互接触发生 反应，可将其中一种先溶于水形成内水相w 1 ，将w l 倒入油相与亲油性乳化剂的混合液 中搅拌制成w i o 型初乳，再将wj o 初乳加入到含有另一种水溶性成分w 2 和亲水性乳化 剂i i 的混合液中，乳化制备复乳。 采用适宜的乳化剂和制备工艺是制各稳定复乳的最低要求，应用乳化剂的主要目的 是降低w o 、o ，w 两界面的界面张力和制备工艺的的好坏关系到复乳是否能形成以及复 乳的稳定性高低。 常用的几种乳化设备有高压均质器、超声乳化器、高速分散均质搅拌器。 高压均质器是高压泵作用下使流体通过小孔，在突然失压膨胀和高速冲击、碰撞双 重作用下在流体内形成很强地湍流和涡穴，使乳状液被粉碎成微小珠滴。 超声波乳化器的作用原理是当高强度的超声能量作用于液体时会发生空穴作用，超 声波通过液体时，一部分液体被压缩和稀薄化，在稀薄化的地方就会产生气穴。气穴在 超声波作用下会发生压缩和坍塌，气穴在坍塌前的压力可达几千大气压。气穴坍塌时产 生强大的冲击波可起到使液体分散的作用。 普通搅拌器只能产生层流和湍流，其混合作用比较大，但剪切作用比较小。为了提 高剪切作用力需要使用高剪切作用的混合设备。最常用的高剪切力混合设备是转子定 子均质器( 即高速分散均质器) 。它是由定子和同心高速转动的转子组成的均质器。转 子和定子之间的间隙很小( 约0 1 m m ) ，转子的速度为3 0 0 2 3 0 0 0 r m i n 。 对高压均质器和旋转叶片搅拌器乳化效果对比研究表明，用旋转叶片搅拌器一般情 况下只能制得1 1 0 p m 范围的乳液珠滴。对于化妆品而言，如其乳液珠滴在1 1 0 岬范围 的乳状液外观呈半透明状，具有良好的光泽和触感，具有粘度增加和稳定性提高的双重 效果。但对于食品和药品来说，高黏度和高乳化剂用量是不适宜的。因此，为了在减少 使用乳化剂的条件下得到珠滴直径在1 “m 以下的乳状液，国外目前越来越多地使用高压 均质器。如前所述，高压均质器是高压泵作用下使流体通过小孔，在突然失压膨胀和高 速冲击、碰撞双重作用下在流体内形成很强地湍流和涡穴，使乳状液被粉碎成微小珠滴。 日本的森田在研究乳状液滴直径与乳化设备破碎能量的关系时提出一个公式： d 。o c 狮严p 3 巧 最大液滴几率直径d 。与三个因素有关：能量密度，y 界面张力，p 连续相密度，当 第一章绪论 保持和y 不变时使用高压均质器、超声波乳化器和旋转搅拌乳化装置对相同的乳状液 进行乳化处理后，取2 5 个液珠的直径进行统计平均处理，发现旋转搅拌装置的d 。为 l19 + 2 肛m ，超声波乳化器的d 。a x 为o 6 l o 肚m 而高压均质器的d 。a x 为0 3 5 9 “m 。由此推 出三种乳化装置能量密度( ) 比为：# # ：目p * ：目m = 1 ：1 7 0 0 ：6 4 0 0 。可见高压均质器 具有很高的能量密度。 高压均质可产生粒径小而均一的单层乳状液，但由于它高的剪切力会破坏复合乳状 液的结构，故不适合用高压均质机制备第二重乳状液。 1 3 复合乳状液的稳定性 复乳复杂的多相结构在赋予其优良的功能特性的同时，也给其稳定性带来不良影 响。除了具有普通乳状液的物理不稳定以外，从热力学的角度，复乳还具有其特殊的不 稳定因素。 1 3 1 复合乳状液的不稳定性的因素 乳状液不稳定性有几种可能的表现形式： a 分层或沉降 这一过程是在外力( 如重力或离心力) 的作用下产生的。当外力的作用力超过布朗 热运动时，体系就会出现个浓度梯度，从而使得较大的液滴以较快的速度向体系底部 ( 如果液滴的密度大于介质密度) 或顶部( 如果液滴的密度小于介质密度) 移动。在极端的 情况下，液滴会在体系的顶部或者底部紧密地( 有序的或随机的) 堆积起来，其余空间将由 连续相占据。前者称为分层( c r e 锄i n g ) ，后者成为沉降( s e d i m e n t a t i o n ) 。分层和沉 降两种作用都会随着液滴尺寸的减小而显著的降低。 分层速度符合以下公式：u = 2 廖2 ( p l - p 2 ) 9 q 式中g 为重力加速度，r 为粒子半径，p 为分散相密度，岛为连续相密度，节为连续相粘 度。粒子半径越大，分散相与连续相的密度差越大或粘度越小乳状液越易分层。所以增 加连续相的粘度和缩小分散相与连续相之间的密度差可以降低分层的速度。 b 絮凝 絮凝是指在不断改变液滴大小的情况下，由于液滴之间互相聚集而形成更大聚集体 单元的现象。是由于分散体系中普遍存在的范德华吸引作用造成的。这种絮凝的乳滴可 通过温和的搅动而被重新分散。 由于液滴之间的范德华力是引起絮凝的主要原因，所以可以通过在连续相中加入大 分子稳定剂形成空间网状结构，将乳滴束缚在网格中，或者通过使乳滴表面带电对乳滴 之间的絮凝起阻碍作用。 c 聚结 当两个乳状液滴在相互靠近或者在布朗运动中相互碰撞时，发生液膜薄化并最终导 致液膜破裂，就会产生液滴相互合并，即它们聚结。通过使用a b a 嵌段式大分子表面 江南大学硕士学位论文 活性剂或大分子稳定剂可以使乳滴之间形成空间位阻而使乳状液保持稳定。 d 变型或相转变 相变是指乳状液体系中分散相和连续相的地位互换。引发相变的一个主要因素是分 散相的体积分数变化。如果分散相的体积分数超过最大的可能堆积分数( 随机堆积为 6 4 ，有序的为7 4 ) 就可能发生相变。此外改变乳化剂的性质也会导致相变的发生。 相变可能是逐步进行的，在此过程中形成一个w o w 或o ，w o 的多乳状液的中间状 态。这种复合乳状液随时间推移可能发生相变相应的变成简单乳状液。 e o s t 、a l d 熟化( 奥氏熟化) 奥氏熟化是由于制备乳状液时液相存在一个有限的溶解度而造成的。由于乳状液一 般为多分散体系，较小的液滴具有比大液滴更高的化学势。任何颗粒或液滴的溶解度都 于其本身的半径成反比。因此，随着时间增加，小粒径的乳状液液滴逐渐消失，并沉积 在大的液滴上形成更大的液滴。其结果是使乳状液的粒径分布趋于增大。除了它直接影 响沉降和分层作用外，奥氏熟化对其它一些破乳过程( 如聚结过程) 也起了加速作用【l o 】。 复乳的不稳定性大大地限制了该剂型在各领域的广泛应用。因此，确定复乳的配方 组成和制备工艺，提高复乳稳定性就成为复乳研究中至关重要的一环。对于w 0 刖型复 乳，制备稳定复合乳状液的必备条件是有两种表面活性剂( 乳化剂) 的存在。一种为h l b 值较低的油溶性表面活性剂( 乳化剂i ) ，用于初乳的形成和稳定；而另一种为h l b 值较 高、水溶性的表面活性剂( 乳化剂i i ) ，用于将初乳分散在外水相中。此外，为了提高 复合乳状液体系的稳定性，通常还需要使用一些稳定剂、助乳化剂等，乳化剂、稳定剂 的类型、h l b 值、用量都是影响复乳稳定性的关键因素p j 。 乳化剂的h l b 值是1 9 4 9 年g r i m n 研究选择非离子乳化剂时提出的一种方法，是指表 面活性剂分子中亲水基部分与亲油基部分的比值： m = 翥嚣 h l b 是反映亲油与亲水这两种相反的基团大小和力量的平衡，因此称为亲水亲油平 衡值。根据一般经验h l b 值在3 6 范围的亲油性较强的表面活性剂适宜做w o 型乳化 剂，而h l b 值在8 1 8 的范围的适合做0 脚型乳化剂。 1 3 2 复合乳状液稳定性的评价方法 评价乳剂的稳定性是评价其质量的重要一环，也是决定其贮存期的基本因素。但其 特别的结构特点使得其稳定性的评价方法受到限制，因为内外水相的稳定性都要被测 定。所以像粒度分析这些方法在评价复乳稳定性时受到限制。显微观察是唯一能直接评 价复乳的形成情况和稳定性的手段，可以直接观察复乳滴和复乳滴内的内水相的小水 珠。各种失稳过程( 例如内水滴的萎缩、变形、絮凝和聚并、以及相转变成为简单乳状 液) 都可以直接观察。显微录像更是可以直接跟踪样品的变化过程从而提供更好的了解， 第一章绪论 j i mj i a o 等报告了用显微的加速实验评价复乳稳定性的方法。 此外，各种人为应力条件下的加速试验也是评价复乳稳定性的常见方法，如高温实 验、冷冻熔化循环、离心分层等，这些加速实验对配方筛选、工业生产过程的在线研究 和复乳的质量控制具有重要意义，但由于它们与实际失稳过程的应力条件不相同，故在 应用它们之前，得首先建立它们与长期稳定性之间的关系。 1 3 21 测定乳剂的粒径及其分布 粒径及其分布是乳剂最重要的特性之一。在作长期留样观察或加速实验时，可以通 过测定乳滴粒径分布的变化而方便地反映稳定性变化，但如前所述，这一方法受到复乳 结构复杂性的限制，难以反映内水珠的失稳情况，故只能在一定程度上反映复乳的稳定 性。粒径及其分布的测定方法主要有显微镜法和c o u t e r 记数法。 13 2 2 加速实验 虽然乳状液是热力学不稳定体系，但其乳液的自然分层或絮凝或聚并等的速度，相 对于实验室的观察来说还是相当长的，所以其稳定性的评价般是通过离心破坏、温度 循环等加速实验进行，j i mj i a o 等人报道了一种利用盖玻片的压力时复乳滴变形从而预 测其稳定性的方法“。 1 3 2 3 评价复乳稳定性其他方法 常温静置分层也可以用于评价复乳稳定性；对于内水含电解质的复乳，测定其连续 相电导率和流变性质，可以部分了解其结构变化情况，比如通过电导判断水和电解质的 转移等f 8 】。s r a y n a l 吲等通过差示扫描量热法( d s c ) 、电导测定法、流变测定法对低 温和常温下包m g s 0 4w o w 型复合乳状液物质转移进行研究，得出结论：亲油性表面 活性剂在油相中含量越高，相转换面积了越大，油膜越薄，所以透过油膜转移的水就越 多。i c s o k a 等【2 3 j 用离子选择性膜电极测量w 0 w 复乳滴的稳定性。 粘度对复乳的稳定性的评价同样具有参考价值，另外有些化妆品只有符合一定粘度 规格才适用，达到一定粘度才能保持其稳定性；粘度也影响产品的外观和消费者的使用 感觉等心理方面的因素：制备具有一定粘度的产品也是一个较重要的工艺问题。当分散 相浓度不大时，乳状液的粘度主要由分散介质所决定。 1 3 2 4 神经网络方法进行数据处理及配方优化 由于对复乳稳定性的影响因素众多，相互之间的关系又是不明确和非线性的，这使 得对各因素协同对复乳的影响规律的研究比较困难。 除了评价乳状液的稳定性外，实验人员希望能够得到一种理想的试验设计方法，以 期达到尽量少的试验次数反映尽可能多的信息，所以人们希望有一种数据处理方法能同 时处理较多的自变量与因变量之间的关系，特别是在它们之间的关系复杂且不确定的情 况下。神经网络技术具有这方面的能力，神经网络是多因素多目标的配方设计的重要手 段，它的基本思想是模拟人脑“从经验中学习”的功能。一般神经网络的结构有输入层、 江南大学硕士学位论文 隐层和输出层，各层中有一个至多个节点对应于人脑的神经元，不同层中的神经元之间 由传递函数连接，相当于人脑的传输神经，神经网络分为前馈神经网络和反向传播神经 网络，前馈神经网络层与层之间的传递是由前往后单向的，反向传播神经网络中的传递 是双向的。最常用的神经网络是误差反向传播算法神经网络，输入层接收到的输入乘以 权重并加上偏移量后经传递函数计算后作为隐层的输入，隐层所接收到的输入乘以权重 并加上偏移量后经它与后面层中的传递函数计算后作为下一层的输入，隐层的层数由具 体问题的复杂性决定，这样一直传递到输出层，输出层的输出与真值比较得出误差，将 误差反向计算以调整各层中各神经元的权重和偏移量，如此反复计算直至最后的网络输 出与真值相符或误差小于某一范围。所以神经网络的学习过程实际是不断调整各层各节 点的权重和偏移量以达到建立自变量和因变量之间的数学模型的过程。神经网络的这种 结构和学习过程使得它特别适合于非线性系统或输入与输出函数不能以精确形式表达 出来的场合【2 “，并能同时处理多因素多指标的问题，输入与输出之间的非线性的关系不 用研究者预先研究或最终了解，因为神经网络已经在学习的过程中建立了它们之间的一 个类似“黑匣子”的模型1 2 “，使用者可以直接依赖神经网络完成识别、预测或配方优化等 任务。复乳的稳定性和对药物的包埋率的影响因素众多，而且影响因素的关系不够明确， 因此在复乳制备中引入能对非线性系统模型进行模拟的神经网络处理系统，将有助于在 实验数据的基础上建立数学模型，从而指导实践。 1 3 3 提高复乳稳定性的措施 为提高复乳的稳定性，目前，可供选择的稳定化措施和技术还包括以下几种： 1 3 3 1 选配乳化剂 天然乳化剂和合成乳化剂都可以应用，但因为天然乳化剂存在性能不稳定等缺陷， 故经常使用合成乳化剂。合成乳化剂分为离子型和非离子型两大类，非离子型主要有脱 水山梨醇酯类( s p a i l ，亲油性) ，聚氧乙烯脱水山梨醇酯( 1 、w e e n ，亲水性) ，聚氧乙烯 脂肪醇醚类( b 川，亲水性) ，聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物类( p 0 1 0 x 锄e r 或p i u r o n i c ) 、蔗糖 脂肪酸酯类和单硬脂酸甘油酯等。离子型或非离子型乳化剂虽都可用，但因非离子型乳 化剂毒性通常较小( 非离子型乳化剂口服一般认为没有毒性，用于静脉给药有一定的毒 性) ，且乳化产率较高，不易与离子化合物反应，故此常选用非离子型乳化剂制备复乳 并且非离子乳化剂也是化妆品、食品、医用乳化剂中的常用品种l l3 1 。 对于传统乳化剂，制备复合乳状液时，乳化剂的h l b 值及其用量的选择，对复乳的 形成和稳定有重要影响。乳化剂i 应该能产生一个具有粘弹性的膜以减少在储存过程中 乳状液液珠的絮凝、聚并和渗漏。内相的渗透压应略高于外相以达到渗透压平衡。乳化 剂i i 应该在多乳的外界面上形成一个有效的壁垒以阻止絮凝和聚并的发生【2 5 1 。 通常乳化剂i 和i i 在制备时在各相中都没有达到饱和，在放置过程中乳化剂会在各 相间发生转移，这是使复乳稳定性降低的因素之一。两种乳化剂的用量对复乳的稳定性 均有显著影响。乳化剂用量一般为1 1 0 ，量太少影响乳剂稳定性，量太大则提高毒性。 第一章绪论 此外，乳化剂i 和乳化剂i i 的用量比也是个重要的因素。n i s s i mg a r t i 等的研究【8 】表明， 乳化剂i i 浓度增大时，扩散和反胶束转运速度都增加，要得到稳定的多重乳状液乳化剂 i 用量相对多余乳化剂i i 的用量。 使用单一乳化剂制备稳定复乳存在很大的难度【3 ，因此，通常会使用混合乳化剂来 形成更为致密和界面张力更低的乳化剂层 4 “。复合乳化剂体系一般由水溶性表面活性剂 和油溶性表面活性剂混合组成。两种表面活性剂分子间的相互作用使界面膜中分子排列 更紧密增强了界面膜的机械强度。如司盘型山梨醇酯( 油溶性表面活性剂) 与吐温型聚 氧乙烯山梨醇酯( 水溶性表面活性剂) 常被用作混合乳化剂【4 3 1 ，由于聚氧乙烯山梨醇酯 与水能发生强烈的相互作用，而它的亲水基比亲油性强的山梨醇酯更多的伸向水相，使 两者的亲油基在界面膜上相互更接近形成比单独使用时更强的界面膜。图1 3 是司盘- 8 0 和吐温一8 0 在油水界面上形成复合物的示意图。 图1 3 混合表面活性剂在油水界面形成的复合物 1 3 3 2 巩固界面膜 复乳界面是由不同乳化剂构成的相间隔膜，界面本身也可以被看作为一相。除选用 适宜的小分子乳化剂形成复合界面膜降低表面张力以外，形成稳定的具有一定厚度的界 面膜也是提高复乳的稳定性的有效手段。能够形成具有一定厚度的界面膜的物质应具有 以下两个特征：首先该物质必须具有表面活性，是具有两亲结构的分子：其次，该物质 还需要具有相当的柔顺性，使界面吸附膜具有一定的结构和厚度。因此，可采用的界面 膜物质通常为大分子两亲物质如蛋白质、多糖或a b ，a b a ，或b a 。型接枝或嵌段共 聚物i “。 界面用高分子链对乳状液液滴的完全覆盖可减少裸漏的0 w 、w o 界面，降低由 界面张力带来的自由能，同时，大分子界面膜相对于小分子乳化剂更加坚固，防止内相 江南大学硕士学位论文 的外渗。大分子在界面形成的具有一定厚度的界面膜，可在液滴通过布朗运动相互靠近 时，通过渗透压效应和体积限制效应形成空间稳定，防止液滴的聚结。 1 - 3 3 3 内外水相凝胶化 内水相固化或凝胶化是指利用高浓度的高分子材料如明胶等将内水相做成含被包 容物的油包微球，即s o ，进一步乳化成s 0 w 型的复乳，以此有效地阻止内相乳滴间 的聚结，从而提高稳定性。 将丙烯酰胺或p 0 1 0 x 锄e r 等单体材料溶于水，在y 射线的照射下凝胶化，形成包容被 包容物的网络状结构，作为内水相【4 “，是另一种方法。但被包容物本身是否会受射线的 影响以及单体材料的残留是值得注意的两个问题。 内外水的凝胶化，避免液体膜的破裂和内水相的渗漏和提高复乳的粘度从而提高复 乳的稳定性【4 ”。 提高内水相粘度是防止内水相包容物迁移和水分渗流的另一方法。在内水相添加微 晶纤维素，葡聚糖等均取得良好效果：c m c _ n a 、h p m c 、明胶等配合电解质也有利于 内水相的稳赳1 5 m 】。 在复乳外水相中加入增稠稳定剂可直接增大复乳的粘度使其稳定性升高。h e 血l 【7 】 采用聚乙烯酸树脂作为外水相增稠稳定剂，外水相中加入增稠稳定剂是提高复乳稳定性 常用的方法。 1 3 3 4 优化油相组成 油相对复乳的稳定性及释放特性有很大的影响，尤其是油相的粘度。油相粘度太高 则不利于初乳在外水相中的分散，而粘度太低，流动性将较大，不利于复乳滴的稳定， 而且粘度低的体系中物质的扩散速率一般都比较大，内外油水界面上的乳化剂分子将较 易迁移，破坏乳化剂膜的稳定性从而破坏整个体系的稳定性，或者内外水相间的物质将 更容易以扩散或胶束转运的方式传递，使得复乳即使在保持物理稳定性的情况下对物质 的包封能力下降。所以油相的粘度要适宜才能有利于形成良好分散又稳定的复乳。油的 粘度在0 0 5 o 1 2 p a s 范围可制得粒径适宜、具塑性流体性质、稳定性高的复乳。化妆 品、食品、药品中可采用的油相除植物油外，还有液状石蜡( 粘度0 0 5 p a s ) 。有人认 为植物油较矿物油更难形成稳定的复乳【2 7 】液体石蜡具有无臭、价廉的特点，形成的复乳 易倾倒。造成复乳滴聚集并进而不稳定的因素之一是油相和水相问比重的差异。 1 3 3 5 调节内外水的渗透压 内外水相间若存在渗透压差，就有可能促使水透过油层内流或外流，使复乳破裂或 转相。s r a y n a l 【1 3 等对内水包m g s 0 4 的w o w 型复合乳状液中物质的转移进行了研究， 证明若内水相中包含电解质，对于复乳中水的转移，复乳滴的膨胀破裂等都会产生巨大 的影响。对于w o 初乳有报道称奥氏熟化现象是影响其稳定性的主要原因【1 ，同时奥 氏熟化亦会影响到复乳的稳定性，而内水相中加入电解质是排除奥氏熟化的有效方法 第一章绪论 。内水相中加入盐会使渗透压增大，外水相的水渗透到内水相，分散相体积比( 即初 乳所占体积百分数) 增大，进而导致复乳粘度增大，粘度的这种增大使得复乳稳定性升 高，因为内水相增加和复乳滴更易破裂1 4 】。选择好的添加剂则可维持内外水相的渗透压 平衡，从而稳定复乳。葡萄糖加n a c 】【2 6 1 、山梨梨醇加n a c l 、p e g 4 0 0 ，都可选作稳定剂， 制成高渗的内水相，提高稳定性。 1 3 3 6 改进制备工艺 制备复乳时常用的乳化手段有研磨、机械和磁力搅拌，超声等。一些研究学者认为 乳化效率只与乳化持续时间有关，而与采用的设备类型关系甚微。但也有学者认为认为， 复乳乳滴的膨胀较少受搅拌时间或速率的影响。化妆品工业上的相反转技术和改进的一 步制乳工艺都是进行工艺改革以提高复乳稳定性的有益尝试。 采用二步乳化法时，搅拌速度和搅拌时间对复乳的形成和稳定性影响很大。一般初 乳的生成采用高的搅拌速度，制各稳定的w o w 复合乳状液采用较低的搅拌速度为好 【2 ”。搅拌时间对复合乳状性的稳定也会产生影响，随搅拌时间的延长，乳液的稳定性提 高：但当搅拌时间过长，稳定性反而下降。定时间的搅拌利于w 0 初乳均匀分散于外 水相中，但因形成的复合乳状液是不稳定的体系，搅拌时间过长，复合乳状液粒子会发 生破裂，复乳会变成简单o w 乳状液【3 】。有人应用“校正的二步乳化法”，即在初级和次级 乳化之前各有一个用超声波预乳化的工艺，能获得乳滴细腻的复乳。 1 4 复合乳状液的应用 由于其独特的结构特点，在制药工业中，复乳体系可以达到控制缓释，减少刺激的 作用；此外，w o w 复合乳状液体系的粘度比w 0 乳状液的要低，因而更容易注射。在 化妆品领域，复乳引起人们越来越浓厚的兴趣，在这方面其优点可简要归纳为以下几点： ( 1 ) 它们集水包油型乳化体令人愉快的轻柔感与油包水型乳化体优良的保湿性能为一 体；( 2 ) 它们具有持续的缓释效果，置于内相的活性成分可以被缓慢地释放出来，这 样也减少了一些活性成分可能带来的皮肤刺激： ( 3 ) 不同的活性成分可以分别融合进 不同的乳化相中彼此隔开，使用时可如人们所愿分别产生即刻的与持续的缓释效果。因 此复乳是对皮肤温和、功能性和美容性兼有的分散体系。另外复乳在食品及膜分离技术 等领域都有重要应用。 但是因为复乳本身固有的复杂性，我们对体系内的许多问题尚未深刻了解，对于复 乳稳定性的影响因素同样需要深入研究探索，为其更好地在工业中开发和应用提供理论 依据。 1 5 复乳对药物的包埋 药物的缓释和控释是目前药物新剂型研究的重点，也是多重乳状液制备技术研究领 域的一个重要分支。采用多重乳状液包埋药物具有以下的几个优点：( 1 ) 包容性：它既可 以运载水溶性，也可以运载脂溶性药物，又可以运载油水中均有一定溶解度的药物，甚 江南大学硕士学位论文 至界面膜也可参与运载药物；( 2 ) 缓控释性：通过调配油水体积比，乳化剂的种类和用量， 内外水相的添加剂等，实现速释和缓释控释等不同的目标；( 3 ) 保护性：易受生理环境， 尤其是胃肠道环境破坏的药物如蛋白质、氨基酸和激素等，加入内水相或油相中加以保 护，并可掩盖药物的不良气味；( 4 ) 靶向性。乳滴本身可以被淋巴系统吸收，而且可被网 状内皮系统的吞噬细胞作为外来物吞噬，有一定的器官和组织定向性；同时，复乳中的 小油滴与癌细胞间具有较强的亲和力，较易达到靶向的要求【”。 糖尿病是影响健康和生命的常见病。据国际糖尿病会议统计，美国患病率为5 ，患者 人数达1 0 0 0 万以上，居世界第一位。欧洲各国患病率也有2 4 。我国据1 4 个省市抽样 调查，总患病率为0 6 ，患者估计在6 0 0 万以上，居世界第2 位。这些病人中大约有三分之一 为胰岛素依赖型患者，需依赖外源性胰岛素生存【2 “。 胰岛素是一种用于治疗糖尿病的多肽类药物，过去主要以注射途径给药，胰岛素在血 液中的半衰期很短只有3 5 m i n ，长期频繁注射( 每天至少注射3 次) 给病人带来诸多不 便和痛苦，且普通胰岛素注射液存在起效慢的缺点，长效胰岛素则由于释药不稳定易产生 低血糖症状。多年来世界各国药物学家一直致力于胰岛素新剂型的研究，涉及的剂型品种 有滴鼻剂、滴眼剂、口服或口腔粘膜吸收给药制剂、肺部吸入给药制剂、透皮制剂和新 型注射剂等。无论是从服用的方便程度上，还是从代谢模式上，都表明口服是胰岛素的 理想给药方式。不仅服用方便、安全，更重要的是减少与副作用相关的注射次数，这极 可能增加病人的治疗依从性，并从长远上降低糖尿病相关的发病率和死亡率，因此，研 发胰岛索口服剂型十分迫切和必要，这也是今后很长时期内，国际胰岛素药物的发展前 沿和研究热点。 1 6 本课题研究的主要内容 1 复乳制备工艺的确定( 包括用均质机、高速分散机、超声波处理器不同设备制备初 乳) 。 2 复乳配方对复乳稳定性的影响( 包括内水相中加入电解质、增稠稳定剂；选择合适 的油相；选择合适的乳化剂i 和乳化剂i i 及其用量：外水相中加入增稠稳定剂的种 类及其用量；初乳与外水的体积比等因素) 。 3 在复乳中包埋胰岛素对复乳稳定性的影响，以及胰岛素包埋率的测定方法的研究。 第二章制祷方法对复乳稳定性的影响 第二章制备方法对复乳稳定性的影响 2 1 引言 二步制乳法是制备复乳最常用的方法。对于w o w 型复乳，先将水相加入到油相乳 化得到w o 初乳，再将w o 初乳分散到外水相制得w o w 复乳。一般地，初乳制各过程 的乳化强度比较大，而复乳乳化过程的强度要比较小，以防止分散相乳滴太小而不能形 成复乳结构。所以初乳的制备过程经常采用高压均质、超声波乳化、高速分散等高强度 乳化方法，而复乳的制备过程往往只采用温和的机械搅拌方法