2.2乙酰化SLs和去乙酰化SLs的理化性能

2.2.1溶解性、浊点和耐酸碱性

乙酰化SLs和去乙酰化SLs的溶解性、浊点和耐酸碱性如表3所示，可以看出，去乙酰化SLs在水中的溶解度达到485.8 g/L，较乙酰化SLs提高了14倍以上。这是由于去乙酰化SLs中含有丰富的亲水羟基，能够与水分子形成稳定的氢键。乙酰化SLs浊点为36℃，可能限制其在高温环境中的应用；去乙酰化SLs则无明显浊点，这是由于其组分中自由酸性和bola型SLs占绝对优势，这2类糖脂组分的分子转动自由度高，使其不易结晶。另外，乙酰化槐糖脂为有条件的耐酸级，但是为非耐碱级；去乙酰化SLs则为非耐酸碱级，这可能是由于SLs的分子含有的β-糖苷键或羧酸基团容易在酸碱条件下发生水解。2类SLs均具有良好的抗硬水性能，达到最高级5级。

表3乙酰化SLs和去乙酰化SLs的溶解性能和抗酸抗碱性

2.2.2表面性能

乙酰化SLs和去乙酰化SLs表面张力随浓度变化曲线如图4所示，可以看出2种SLs的水溶液表面张力值随着浓度的增加而降低，然后趋于稳定。这是由于SLs分子疏水基的疏水作用导致表面活性剂分子在水-气界面上吸附；吸附在界面上的SLs分子间相互作用相较于水分子间的相互作用力弱，导致溶液的表面张力降低。当达到临界胶束浓度时，界面上SLs分子吸附达到饱和，过量的SLs分子在水相中聚集形成胶束，表面张力不再继续降低。经计算得到2种SLs的临界表面张力（γCMC）、临界胶束浓度（CMC）、饱和吸附量（Гmax）和单个分子占据最小表面积（Amin）等吸附参数，结果见表4。可以看出，乙酰化SLs较去乙酰化SLs具有更低的CMC、γCMC、Гmax和更大的Amin。这是由于乙酰化SLs以双乙酰化的内酯型SLs为主体，乙酰基之间的排斥力较大，在吸附界面单个亲水基占据面积更大，界面上吸附较少量的表面活性剂分子就可以达到饱和，另外，疏水基平均碳链更长可以使气-液吸附层分子排列更稳定；而去乙酰化SLs体积更小，疏水基平均长度更短，导致CMC值增大，表界面活性低于乙酰化SLs。同时，bola型SLs在水-气界面上呈两头朝向水相的“U”形，这种构象的表面能大于传统表面活性剂在气液界面的表面能，因此去乙酰化SLs降低表面张力的能力较弱。

图4乙酰化SLs和去乙酰化SLs的γ-lgρ图

表4乙酰化SLs和去乙酰化SLs在气液界面上的吸附参数

2.2.3亲水-亲油平衡值（HLB）

HLB是用来表征表面活性剂亲水或亲脂程度的指标，介于0~20的范围内。一般来说，分子亲水性越强，HLB值越大；疏水性越强，HLB值越小。从图5A和5B中可以看出，乙酰化SLs和去乙酰化SLs分别对于HLB值为11和13的植物油具有最佳的乳化性，因此二者的HLB值分别为11和13。乙酰化SLs的HLB值低于去乙酰化SLs。这是由于前者以含有大量的疏水基团乙酰基，且以疏水性较强的内酯型同系物内主。同时疏水基每增加一个—CH2—，HLB值降低0.475。去乙酰化SLs同系物中的疏水基碳链平均长度短，且以亲水性强的酸型和bola型SLs同系物为主。乙酰化和去乙酰化SLs的HLB值处于11~15的范围内，具有良好的亲水亲油性，单独或二者复配体系均适用于洗涤等日化领域。

图5乙酰化SLs（A）和去乙酰化SLs（B）的HLB值测定

2.2.4泡沫性能

表面活性剂溶液的泡沫性能主要与气液吸附界面的结构和性质有关，表面活性剂的种类、液体的盐度、粘度和温度等因素会影响液膜的结构，继而影响膜界面的排液速度，加速或延缓泡沫的破灭。去乙酰化SLs较乙酰化SLs具有更好的起泡性能和泡沫稳定性（图6A）。这是由于去乙酰化的亲水基在液膜内部与水分子有更好的相容性，而且去乙酰化槐糖基的分子更小，与双电层的另一面亲水基之间的斥力较弱，能够更容易形成双分子层液膜，另外，乙酰化SLs结构组成更复杂，可以认为是一种复配的表面活性剂体系，这种复配体系使表面活性剂分子排列更紧密，加强了液膜的强度，使其不易破裂。除此之外，当表面活性剂在水中电离出阴阳离子时，离子对能够相互吸引进而稳定双电层，使泡沫不易破裂，去乙酰化SLs中含有49.98%的能够电离出离子对的酸型SLs，因此具有更好的泡沫性能。为了探究溶液中离子浓度对起泡性的影响，在不同盐度下测试了2种SLs的起泡性，结果如图6B所示。随着NaCl浓度的增大，去乙酰化SLs的起泡性逐渐降低，当盐度增加到1000 mg/L时，去乙酰化SLs溶液的起泡性仅为纯水中起泡性的61.2%，而乙酰化SLs的起泡性对盐度的变化不敏感。这是因为溶液中加入的离子会屏蔽表面活性剂离子之间的静电作用，继而降低液膜的稳定性。

图6乙酰化SLs和去乙酰化SLs的泡沫性能（A）在纯水中的30 s和5 min泡沫量，（B）不同盐度下的泡沫性能

2.2.5乳化性能

油-水界面膜的稳定性是表面活性剂乳化能力的决定性因素。去乙酰化SLs对液体石蜡等疏水性有机物的乳化性能是乙酰化SLs的26.7倍（图7）。由于去乙酰化SLs含有丰富的羟基等亲水基，增大SLs分子在油-水界面的水一侧的稳定性；另外，去乙酰化SLs中含有更复杂的同系物组分，在对液体石蜡的乳化过程中具有协同作用。特别是bola型结构的SLs在两相界面之间能够形成双电子层，阻止油相之间的相互聚集，提高了乳液的稳定性。

图7乙酰化SLs和去乙酰化SLs的乳化性能

3结论

2种SLs产品的同系物组分存在较大差异，具体体现在亲水基的乙酰化程度，疏水基的碳链长度和分子的类型上。乙酰化SLs产品主要为双乙酰化内酯型的槐糖脂；去乙酰化SLs产品的同系物组分为亲水的去乙酰化同系物为主，内酯型、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，能以更小浓度形成胶束，并且临界表面张力更小，同时还具有较低的HLB值，亲脂性更强。去乙酰化SLs的水溶性是前者的14倍以上，达到了485.8 g/L；HLB值为13，亲水性更强；泡沫性能和乳化能力均优于前者。这些性质的差异弥补了野生型菌株生产的SLs在生物刺激性较高、水溶性和泡沫性较低等方面的不足，为生物表面活性剂家族增添了新成员，去乙酰化SLs在美妆护肤品、洗涤剂、增溶剂、农药、三次采油和溢油处理等水基精细化工和工农生产领域具有应用潜力。乙酰化SLs和去乙酰化SLs的组分结构和性能具有显著的差异，在实际应用中存在互补的可能性。比如，乙酰化SLs和去乙酰化SLs产品在合适的复配条件下可能同时具有良好的水溶性和表面性能，或者兼具良好的亲油性和泡沫性能，或者以特定HLB值复配后能够高效地洗涤某种疏水物。这些结构和性质的差异所表现出的协同性将拓展槐糖脂生物表面活性剂的应用领域，并为其提供更多的选择方案。