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七葉皂素分子在氣-液、液-液(油-水)、固-液界面上的界面行為研究(一)
來源:高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào) 瀏覽 134 次 發(fā)布時(shí)間:2025-05-28
生物基表面活性劑因其來源廣泛、可再生、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),已成為替代石油基表面活性劑的最優(yōu)選擇,受到越來越多研究者的關(guān)注。這些源于自然的綠色表面活性劑的結(jié)構(gòu)多樣性決定了其功能多樣性,獨(dú)特的兩親性結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)小分子表面活性劑的表面/界面性質(zhì)及自組裝行為,具有良好的分散、乳化、增稠、絮凝以及獨(dú)特的生理等性能,在石油工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、日化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域有較大的應(yīng)用價(jià)值。
皂苷是一類主要存在于植物體內(nèi)的非離子生物基表面活性劑,由疏水性苷元和親水性糖鏈兩部分組成,具有兩親性。在界面(油-水界面和氣-水界面)上,皂苷疏水部分以并排方式連接與空氣(或油相)接觸,親水的糖鏈之間并排連接與水相接觸,所形成的獨(dú)特吸附層與界面膜使其常用作泡沫穩(wěn)定劑或乳化劑,表現(xiàn)出與傳統(tǒng)小分子表面活性劑完全不同的效果.Tcholakova等發(fā)現(xiàn)茶皂苷在氣-水界面吸附時(shí),分子垂直于界面取向排列,通過糖基間的強(qiáng)氫鍵作用形成密集吸附層,具有復(fù)雜的黏彈性行為和極高的彈性模量.Yang利用茶皂苷可以在油-水界面誘導(dǎo)下發(fā)生纖維化自組裝形成界面網(wǎng)絡(luò)膜的特性,構(gòu)建了乳液、油粉和油膠體系。
最近,本課題組以三萜皂苷甘草酸為乳化劑構(gòu)建了高農(nóng)用油含量的乳液凝膠,并利用其組裝形成的納米纖維抑制了液滴在疏水表面的彈跳,拓展了皂苷表面活性劑在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用.七葉皂素(Escin,Scheme 1),又稱七葉皂苷,是一種典型的三萜皂苷,結(jié)構(gòu)不同于茶皂苷與甘草酸.目前關(guān)于七葉皂素的研究僅局限于生物活性的探究及在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用,而系統(tǒng)探索其界面性質(zhì)和開發(fā)其作為生物基表面活性劑應(yīng)用潛力的研究卻鮮有報(bào)道.因此,研究七葉皂素在氣-液、液-液、固-液界面的組裝行為有利于拓展其在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用.
本文以天然三萜皂苷七葉皂素為研究對象,通過吊片法、懸滴法、高速攝像機(jī)動(dòng)態(tài)拍攝法,分別研究了七葉皂素分子在氣-液、液-液(油-水)、固-液界面上的界面行為(Scheme 1).考察了以七葉皂素為乳化劑制備乳液的穩(wěn)定性,以及七葉皂素對液滴在疏水固體表面潤濕鋪展行為的調(diào)控規(guī)律,從分子層次角度分析了作用機(jī)理.本研究對于深入理解生物基表面活性劑的界面行為及拓展其應(yīng)用具有重要的借鑒意義.
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑與儀器
七葉皂素(純度95%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司);溶劑油150#(鵬辰新材料科技股份有限公司);聚四氟乙烯(PTFE)疏水膜(海寧科諾過濾設(shè)備有限公司);超純水(Milli-Q超純水系統(tǒng),德國默克密理博公司).
Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀(芬蘭Kibron公司);OCA 20型視頻光學(xué)接觸角測量儀(德國德菲公司);HITACHI HT7700型透射電子顯微鏡(TEM,日本日立高新技術(shù)公司);SM-1000C型超聲波材料分散器(南京舜瑪儀器設(shè)備有限公司);MS20型乳液穩(wěn)定性分析儀(德國德菲公司);Leica-DM1000型光學(xué)顯微鏡(德國徠卡公司);Nano ZS90型激光粒度儀(英國馬爾文儀器有限公司);i-SPEED 220型高速攝像機(jī)(英國ix cameras公司);DY2T型黏度儀(美國博勒飛公司).
1.2實(shí)驗(yàn)過程
1.2.1七葉皂素溶液的配制
將0.1131 g七葉皂素溶解于100 mL超純水中,超聲5 min后在80℃水浴中加熱1 h,冷卻至室溫得到1×10-3mol/L七葉皂素母液.取一定量的母液用超純水稀釋,得到一系列所需濃度(5×10-4,1×10-4,5×10-5,1×10-5,5×10-6,1×10-6,5×10-7和1×10-7mol/L)的七葉皂素溶液,用于測試.
1.2.2溶液表面張力的測定
使用表界面張力儀,利用吊片法在25℃恒溫水浴下測定七葉皂素溶液的靜態(tài)表面張力.鉑片的長度、寬度和厚度分別為10.0,19.9和0.2 mm.分別測定超純水以及不同濃度七葉皂素溶液(可溶解濃度范圍內(nèi))的靜態(tài)表面張力值,每個(gè)樣品重復(fù)測3次.