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。這是由于去乙酰化SLs中含有豐富的親水羥基，能夠與水分子形成穩(wěn)定的氫鍵。乙酰化SLs濁點為36℃，可能限制其在高溫環(huán)境中的應(yīng)用；去乙酰化SLs則無明顯濁點，這是由于其組分中自由酸性和bola型SLs占絕對優(yōu)勢，這2類糖脂組分的分子轉(zhuǎn)動自由度高，使其不易結(jié)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，這可能是由于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(fā)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表面性能

乙酰化SLs和去乙酰化SLs表面張力隨濃度變化曲線如圖4所示，可以看出2種SLs的水溶液表面張力值隨著濃度的增加而降低，然后趨于穩(wěn)定。這是由于SLs分子疏水基的疏水作用導(dǎo)致表面活性劑分子在水-氣界面上吸附；吸附在界面上的SLs分子間相互作用相較于水分子間的相互作用力弱，導(dǎo)致溶液的表面張力降低。當(dāng)達到臨界膠束濃度時，界面上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，表面張力不再繼續(xù)降低。經(jīng)計算得到2種SLs的臨界表面張力（γCMC）、臨界膠束濃度（CMC）、飽和吸附量（Гmax）和單個分子占據(jù)最小表面積（Amin）等吸附參數(shù)，結(jié)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。這是由于乙酰化SLs以雙乙酰化的內(nèi)酯型SLs為主體，乙酰基之間的排斥力較大，在吸附界面單個親水基占據(jù)面積更大，界面上吸附較少量的表面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(wěn)定；而去乙酰化SLs體積更小，疏水基平均長度更短，導(dǎo)致CMC值增大，表界面活性低于乙酰化SLs。同時，bola型SLs在水-氣界面上呈兩頭朝向水相的“U”形，這種構(gòu)象的表面能大于傳統(tǒng)表面活性劑在氣液界面的表面能，因此去乙酰化SLs降低表面張力的能力較弱。

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在氣液界面上的吸附參數(shù)

2.2.3親水-親油平衡值（HLB）

HLB是用來表征表面活性劑親水或親脂程度的指標，介于0~20的范圍內(nèi)。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分別對于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值低于去乙酰化SLs。這是由于前者以含有大量的疏水基團乙酰基，且以疏水性較強的內(nèi)酯型同系物內(nèi)主。同時疏水基每增加一個—CH2—，HLB值降低0.475。去乙酰化SLs同系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同系物為主。乙酰化和去乙酰化SLs的HLB值處于11~15的范圍內(nèi)，具有良好的親水親油性，單獨或二者復(fù)配體系均適用于洗滌等日化領(lǐng)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

表面活性劑溶液的泡沫性能主要與氣液吸附界面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)，表面活性劑的種類、液體的鹽度、粘度和溫度等因素會影響液膜的結(jié)構(gòu)，繼而影響膜界面的排液速度，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(wěn)定性（圖6A）。這是由于去乙酰化的親水基在液膜內(nèi)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，與雙電層的另一面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(jié)構(gòu)組成更復(fù)雜，可以認為是一種復(fù)配的表面活性劑體系，這種復(fù)配體系使表面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(dāng)表面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(wěn)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(jié)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(dāng)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面活性劑離子之間的靜電作用，繼而降低液膜的穩(wěn)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-水界面膜的穩(wěn)定性是表面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）。由于去乙酰化SLs含有豐富的羥基等親水基，增大SLs分子在油-水界面的水一側(cè)的穩(wěn)定性；另外，去乙酰化SLs中含有更復(fù)雜的同系物組分，在對液體石蠟的乳化過程中具有協(xié)同作用。特別是bola型結(jié)構(gòu)的SLs在兩相界面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(wěn)定性。

圖7乙酰化SLs和去乙酰化SLs的乳化性能

3結(jié)論

2種SLs產(chǎn)品的同系物組分存在較大差異，具體體現(xiàn)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(chǎn)品主要為雙乙酰化內(nèi)酯型的槐糖脂；去乙酰化SLs產(chǎn)品的同系物組分為親水的去乙酰化同系物為主，內(nèi)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更好的表面性能，能以更小濃度形成膠束，并且臨界表面張力更小，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(yōu)于前者。這些性質(zhì)的差異彌補了野生型菌株生產(chǎn)的SLs在生物刺激性較高、水溶性和泡沫性較低等方面的不足，為生物表面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(nóng)藥、三次采油和溢油處理等水基精細化工和工農(nóng)生產(chǎn)領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。乙酰化SLs和去乙酰化SLs的組分結(jié)構(gòu)和性能具有顯著的差異，在實際應(yīng)用中存在互補的可能性。比如，乙酰化SLs和去乙酰化SLs產(chǎn)品在合適的復(fù)配條件下可能同時具有良好的水溶性和表面性能，或者兼具良好的親油性和泡沫性能，或者以特定HLB值復(fù)配后能夠高效地洗滌某種疏水物。這些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的差異所表現(xiàn)出的協(xié)同性將拓展槐糖脂生物表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域，并為其提供更多的選擇方案。