2.2乙酰化SLs和去乙酰化SLs的理化性能

2.2.1溶解性、濁點和耐酸堿性

乙酰化SLs和去乙酰化SLs的溶解性、濁點和耐酸堿性如表3所示，可以看出，去乙酰化SLs在水中的溶解度達到485.8 g/L，較乙酰化SLs提高了14倍以上。這是由於去乙酰化SLs中含有豐富的親水羥基，能夠與水分子形成穩定的氫鍵。乙酰化SLs濁點為36℃，可能限製其在高溫環境中的應用；去乙酰化SLs則無明顯濁點，這是由於其組分中自由酸性和bola型SLs占絕對優勢，這2類糖脂組分的分子轉動自由度高，使其不易結晶。另外，乙酰化槐糖脂為有條件的耐酸級，但是為非耐堿級；去乙酰化SLs則為非耐酸堿級，這可能是由於SLs的分子含有的β-糖苷鍵或羧酸基團容易在酸堿條件下發生水解。2類SLs均具有良好的抗硬水性能，達到最高級5級。

表3乙酰化SLs和去乙酰化SLs的溶解性能和抗酸抗堿性

2.2.2表麵性能

乙酰化SLs和去乙酰化SLs表麵張力隨濃度變化曲線如圖4所示，可以看出2種SLs的水溶液表麵張力值隨著濃度的增加而降低，然後趨於穩定。這是由於SLs分子疏水基的疏水作用導致表麵活性劑分子在水-氣界麵上吸附；吸附在界麵上的SLs分子間相互作用相較於水分子間的相互作用力弱，導致溶液的表麵張力降低。當達到臨界膠束濃度時，界麵上SLs分子吸附達到飽和，過量的SLs分子在水相中聚集形成膠束，表麵張力不再繼續降低。經計算得到2種SLs的臨界表麵張力（γCMC）、臨界膠束濃度（CMC）、飽和吸附量（Гmax）和單個分子占據最小表麵積（Amin）等吸附參數，結果見表4。可以看出，乙酰化SLs較去乙酰化SLs具有更低的CMC、γCMC、Гmax和更大的Amin。這是由於乙酰化SLs以雙乙酰化的內酯型SLs為主體，乙酰基之間的排斥力較大，在吸附界麵單個親水基占據麵積更大，界麵上吸附較少量的表麵活性劑分子就可以達到飽和，另外，疏水基平均碳鏈更長可以使氣-液吸附層分子排列更穩定；而去乙酰化SLs體積更小，疏水基平均長度更短，導致CMC值增大，表界麵活性低於乙酰化SLs。同時，bola型SLs在水-氣界麵上呈兩頭朝向水相的“U”形，這種構象的表麵能大於傳統表麵活性劑在氣液界麵的表麵能，因此去乙酰化SLs降低表麵張力的能力較弱。

圖4乙酰化SLs和去乙酰化SLs的γ-lgρ圖

表4乙酰化SLs和去乙酰化SLs在氣液界麵上的吸附參數

2.2.3親水-親油平衡值（HLB）

HLB是用來表征表麵活性劑親水或親脂程度的指標，介於0~20的範圍內。一般來說，分子親水性越強，HLB值越大；疏水性越強，HLB值越小。從圖5A和5B中可以看出，乙酰化SLs和去乙酰化SLs分別對於HLB值為11和13的植物油具有最佳的乳化性，因此二者的HLB值分別為11和13。乙酰化SLs的HLB值低於去乙酰化SLs。這是由於前者以含有大量的疏水基團乙酰基，且以疏水性較強的內酯型同係物內主。同時疏水基每增加一個—CH2—，HLB值降低0.475。去乙酰化SLs同係物中的疏水基碳鏈平均長度短，且以親水性強的酸型和bola型SLs同係物為主。乙酰化和去乙酰化SLs的HLB值處於11~15的範圍內，具有良好的親水親油性，單獨或二者複配體係均適用於洗滌等日化領域。

圖5乙酰化SLs（A）和去乙酰化SLs（B）的HLB值測定

2.2.4泡沫性能

表麵活性劑溶液的泡沫性能主要與氣液吸附界麵的結構和性質有關，表麵活性劑的種類、液體的鹽度、粘度和溫度等因素會影響液膜的結構，繼而影響膜界麵的排液速度，加速或延緩泡沫的破滅。去乙酰化SLs較乙酰化SLs具有更好的起泡性能和泡沫穩定性（圖6A）。這是由於去乙酰化的親水基在液膜內部與水分子有更好的相容性，而且去乙酰化槐糖基的分子更小，與雙電層的另一麵親水基之間的斥力較弱，能夠更容易形成雙分子層液膜，另外，乙酰化SLs結構組成更複雜，可以認為是一種複配的表麵活性劑體係，這種複配體係使表麵活性劑分子排列更緊密，加強了液膜的強度，使其不易破裂。除此之外，當表麵活性劑在水中電離出陰陽離子時，離子對能夠相互吸引進而穩定雙電層，使泡沫不易破裂，去乙酰化SLs中含有49.98%的能夠電離出離子對的酸型SLs，因此具有更好的泡沫性能。為了探究溶液中離子濃度對起泡性的影響，在不同鹽度下測試了2種SLs的起泡性，結果如圖6B所示。隨著NaCl濃度的增大，去乙酰化SLs的起泡性逐漸降低，當鹽度增加到1000 mg/L時，去乙酰化SLs溶液的起泡性僅為純水中起泡性的61.2%，而乙酰化SLs的起泡性對鹽度的變化不敏感。這是因為溶液中加入的離子會屏蔽表麵活性劑離子之間的靜電作用，繼而降低液膜的穩定性。

圖6乙酰化SLs和去乙酰化SLs的泡沫性能（A）在純水中的30 s和5 min泡沫量，（B）不同鹽度下的泡沫性能

2.2.5乳化性能

油-水界麵膜的穩定性是表麵活性劑乳化能力的決定性因素。去乙酰化SLs對液體石蠟等疏水性有機物的乳化性能是乙酰化SLs的26.7倍（圖7）。由於去乙酰化SLs含有豐富的羥基等親水基，增大SLs分子在油-水界麵的水一側的穩定性；另外，去乙酰化SLs中含有更複雜的同係物組分，在對液體石蠟的乳化過程中具有協同作用。特別是bola型結構的SLs在兩相界麵之間能夠形成雙電子層，阻止油相之間的相互聚集，提高了乳液的穩定性。

圖7乙酰化SLs和去乙酰化SLs的乳化性能

3結論

2種SLs產品的同係物組分存在較大差異，具體體現在親水基的乙酰化程度，疏水基的碳鏈長度和分子的類型上。乙酰化SLs產品主要為雙乙酰化內酯型的槐糖脂；去乙酰化SLs產品的同係物組分為親水的去乙酰化同係物為主，內酯型、酸型和bola型各占26.99%、49.98%和23.03%。乙酰化SLs具有比去乙酰化SLs更好的表麵性能，能以更小濃度形成膠束，並且臨界表麵張力更小，同時還具有較低的HLB值，親脂性更強。去乙酰化SLs的水溶性是前者的14倍以上，達到了485.8 g/L；HLB值為13，親水性更強；泡沫性能和乳化能力均優於前者。這些性質的差異彌補了野生型菌株生產的SLs在生物刺激性較高、水溶性和泡沫性較低等方麵的不足，為生物表麵活性劑家族增添了新成員，去乙酰化SLs在美妝護膚品、洗滌劑、增溶劑、農藥、三次采油和溢油處理等水基精細化工和工農生產領域具有應用潛力。乙酰化SLs和去乙酰化SLs的組分結構和性能具有顯著的差異，在實際應用中存在互補的可能性。比如，乙酰化SLs和去乙酰化SLs產品在合適的複配條件下可能同時具有良好的水溶性和表麵性能，或者兼具良好的親油性和泡沫性能，或者以特定HLB值複配後能夠高效地洗滌某種疏水物。這些結構和性質的差異所表現出的協同性將拓展槐糖脂生物表麵活性劑的應用領域，並為其提供更多的選擇方案。