4-1 簡介
最近一、二十年「化粧品」的相關資訊堪稱日新月異，已經儕身全國十大暢 銷消費品之林，足見與民眾生活之密切﹝1﹞。乳化產品要使用於人體皮膚，對 其成分的選用需考量原料在配方中之安全、安定及有效性等。所以乳化產品選用 的原料與皮膚相容性要高、其採用原料化學結構與皮膚及其附屬物的性質是很相 似的，或根本就使用與皮膚及其分泌物相同成分做成化妝品，塗抺於人體上。
在乳化產品配方中，除了基劑﹝4-8﹞、界面活化劑﹝9-13﹞外，為了加強 其產品的機能性訴求，還需要些添加劑﹝14﹞，以吸引消費者購買慾，本產品加 入乳鐵蛋白作為乳化產品的機能性有效成份；為增加香氣的香精﹝15-16﹞；為 使產品之穩定，安全或美感所添加的乳化產品添加劑---增稠劑﹝17-19﹞，其成 分為加強化妝品功能性的發揮或為宣傳目的所添加成分；使具有保濕作用，抗自 由基物質，並使皮膚柔軟等效用所添加成分---抗氧化劑維生素 E (Vitamine E acetate)﹝20-27﹞等。
在目前的化粧品中，添加天然萃取物作為化粧品有效成分，已成為產品市場 的趨勢，有許多天然萃取物被添加於護膚保養品中，然而在化粧品的調製方法中，
主要是以傳統乳化法為主，因此，無法以水溶解的天然有效性原料即很難被添加 在化粧品中，如此限制了一些天然有效成分在化粧品中的應用，為了改良一般傳 統乳化法的缺點，本章節預計採用不同於一般傳統乳化方法的多重乳化法﹝56-57﹞，以製造出含有乳鐵蛋白機能性成分的的乳化產品。
4-2 實驗流程
4-3-1-2 W
1/O/W
2乳化產品的製備
本產品製作流程示意圖如圖 4-2，首先將乳鐵蛋白等 W1、O 及 W2所有材料 (配方如表 4-1)分別備於 50ml 的樣品瓶中，放入磁石攪拌子(長 2.5cm、直徑 0.7cm)、磁石攪拌器設定 600rpm 在室溫水浴攪拌至完全溶解；油相除了改於 60
℃水浴，其他與前雷同，攪拌至完全溶解備用。然後將 W1倒入油相瓶中，以放 入磁石攪拌子(長 2.5cm、直徑 0.7cm)、磁石攪拌器設定 600rmp 及組織均質機 (輸出功率: 50W，輸出頻率:30KHz，最大出力密度:600W/cm²。) 同時攪拌及粉 碎 10 分鐘得 W1/O 乳液半成品，再將它倒入 W2(配方如表 4.1)瓶中，一樣以放 入磁石攪拌子(長 2.5cm、直徑 0.7cm)、磁石攪拌器設定 600rmp 及組織均質機 (輸出功率: 50W，輸出頻率:30KHz，最大出力密度:600W/cm²。)同時攪拌及粉 碎 10 分鐘，即可得 W1/O/W2乳化產品。
圖 4-2 乳化產品製備示意圖
4-3-1-3 找尋適合的乳化溫度
經由傅立葉紅外線光譜儀 (Fourier Transfer Infrared Spectrophotometer, FT-IR)
、紫外光-可見光分光光譜儀 (UV-Vis spectrophotometer) 和測導電度的儀器探討 乳鐵蛋白的結構變化，若在操作條件下，仍能製成含乳鐵蛋白
的
乳化產品，即可 找尋適合的乳化溫度。FT-IR 作法: 製備好的乳鐵蛋白水溶液滴在氟化鈣(CaF2) 試片上，放在室溫等不會垂流即放入儀器中測定。紫外光-可見光分光光譜儀 (UV-Vis spectrophotometer)做測試，固定波長為 460nm，從 25℃升至 45℃記錄穿 透度(Transmittance)的變化。表 4-1 乳化產品之標準組配方
4-3-1-4 油相材料的熔點
油相中各材料的熔點並不相同，乳化溫度是否使材料全溶，關係到 W1/O 微 胞顆粒的形成，我們用不同重量比例的 stearic acid (％)和 Mineral oil (％)製成油 相部分，用熱示差掃描分析儀 (DSC,Perkin ElmerPyris 6)測它們的熔點。實驗方 法 : 依據表 4-4 的配方，分別秤重於樣品瓶，樣品瓶放入磁石攪拌子(長 1.5 均粒徑(〈dz〉，Intensity average diameter of particles)、數目平均粒徑(〈dn〉，Number average diameter of particles)、Polydispersity(PDI)。PDI 愈大，顆粒之粒子直徑分 佈愈廣。每個樣品測量三次，再求平均值〈dz〉，它們代表的意義及各項符號說 明如下[78]:
〈dz〉= Σ (Nidi6)/ Σ(Nidi5)
〈dn〉=Σ(Ni)/ Σ(Ni*1/di)
N 表示總粒子數(number of total particles)，Ni 表示粒徑為 di 的粒子數( number of particles with diameter di)，PDI is defined on basis of the variance the z-average diffusion coefficient distribution (Dz)
PDI = [〈Dz2〉-〈Dz〉2] /〈Dz〉2
4-3-2-3 乳膠顆粒的形態
我們用穿透式電子顯微鏡(TEM, Transmission electronic microscope,JEOL JSM-1200)分析乳化產品中粒子的形態。將產品用去離子水稀釋濃度為 0.2wt%，
2500~3000、3200~3500cm-1吸收峰並未明顯改變；圖 4-4 是溶液的 UV-vis 圖，
顯示波長為 275nm 時的吸收峰也未明顯改變，其重心波長(AEW)定義是 AEW =
∑ 𝑂. 𝐷i ∗ Wi𝑖 / ∑𝑖 𝑂. 𝐷i ，O.Di 代表吸收值，Wi 代表吸收值對應的波長，重心 波長(AEW)如表 4-2 所示。從表 4-2 知:重心波長(AEW)隨著均質時溫度升高而 降低，此可能是乳鐵蛋白在溫度為 25 到 80℃間分子結構逐漸有變化，例如:原 來是摺疊的伸展開來，雖稍有變化，但仍能做出穩定的乳化產品；最後測得均質
時溫度為 25 到 70℃時，它們的導電度差異不大，如表 4-3 所示。此外，考量油 相材料溶解的問題、乳化反應時間等因素，我們認為 50 到 80℃為適合的乳化溫 度。
表 4-2 乳鐵蛋白溶液在不同均質時溫度 UV 圖的重心波長(AEW)
表 4-3 不同均質時溫度的導電度(Conductivity)
Temperature(℃) 25-0 25 50 60 70 80 AEW
(nm) 312.7 290.7 292.1 269.0 265.6 269.3
Temperature(℃) 25 50 60 70 Conductivity
(μs/cm) 118.5 121.2 121.0 125.1
圖 4-3 乳鐵蛋白水溶液在 25~80℃均質 15 分鐘後的 FT-IR 圖
圖 4-4 乳鐵蛋白水溶液在 25℃未均質及在 25~80℃均質 15 分鐘後的 UV 圖
4-4-2 油相材料的熔點
油相中，各材料的熔點並不相同，乳化溫度是否使材料全溶?關係到 W1/O 乳 膠顆粒的形成，我們用不同比例的硬脂酸[stearic acid (W/Wo(％))]和礦物油 [Mineral oil (W/Wo(%))]製成油相部分(配方如表 4-4 所示)，壓錠(記得要秤適 當的重)好的樣品放入載台，設定測試條件:先以 5℃/min 的升溫速率從 25℃升 溫至 70℃後，恆溫 5 分鐘，再以 5℃/min 的速率降溫到 25℃，恆溫 5 分鐘，再 以 5℃/min 的升溫速率升溫至 70℃。在此取第二次的數據結果作圖如圖 4-5。，
從圖中可觀察到它們的熔點都接近 40℃。
圖 4-5 不同 Stearic acid 和 Mineral oil 比例油相材料的 DSC 圖
表 4-4 油相配方中，不同比例的硬脂酸(stearic acid)和礦物油(Mineral oil)製 成油相部分的熔點
Content 油相(W/WO (%))
Stearic acid 30 24 18 12 6 0 Mineral Oil 30 36 42 48 54 60
Span-60 6 6 6 6 6 6
Span-20 6 6 6 6 6 6
Stearyl alcohol 24 24 24 24 24 24 Uniphon P-23 1.875 1.875 1.875 1.875 1.875 1.875
Vit.E Acetate 2.125 2.125 2.125 2.125 2.125 2.125 Tm (℃) 39.4 37.7 39.2 38.1 38.1 39.8
4-4-3 乳鐵蛋白濃度對乳化產品中乳膠顆粒性質的影響
這一節我們依據表 4-1 配方，在不同的乳鐵蛋白濃度(0.05、0.1、0.2 及 0.3%
(in W1))製備 W1/O/W2之乳化產品及探討乳膠顆粒的性質等，茲分述如下:
4-4-3-1 耐候性
由於我們使用了混合型的界面活性劑，因此我們分別將 W1/O/W2乳化產品裝 於 20ml 樣品瓶中，置於 4℃冰箱、室溫 25℃及烘箱 40℃的環境中，至今已存放 14 個月以上，觀察的時間內，巨觀均沒有發生相分離的情形，產品相當的穩定。
不同的乳鐵蛋白濃度(0.05、0.1、0.2 及 0.3% (in W1))之乳化產品的穩定性測 試結果，如圖 4-6、表 4-5 所示。
圖 4-6 不同乳鐵蛋白濃度之乳化產品 28 天後的穩定性測試結果
表 4-5 不同乳鐵蛋白濃度之乳化產品之穩定性測試結果 產品
時間 (days)
4℃ 25℃ 40℃
60 240 420 60 240 420 60 240 420 乳鐵蛋白=0.05％ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ
乳鐵蛋白=0.1％ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ 乳鐵蛋白=0.2％ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ 乳鐵蛋白=0.3％ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ
Ѵ：巨觀穩定(無分相發生)
4-4-3-2 產品乳膠顆粒之形態(TEM)
不同濃度的乳鐵蛋白之乳化產品之形態如圖 4-7、表 4-6 所示。從表 4-6 中可以發現: 其<dz>隨著乳鐵蛋白濃度從 0.05 % 增至 0.1 % 而增加。我們同 樣利用 TEM 來觀察微觀下乳化產品的顆粒大小及包覆情形，如圖 4-7 所示。從 TEM 的圖 4-8 可以發現，0.1 % 比 0.05 %的乳鐵蛋白多，在這些油滴表面附著 了較多黑色的顆粒，推測這應該是乳鐵蛋白的鐵離子，此外，圖 4-8 右圖可發 現乳膠顆粒的粒徑較大。
圖 4-7 TEM 圖 : 不同乳鐵蛋白濃度的乳膠顆粒形態 (電壓升至 120KV，郭志宇攝)
表 4-6 不同乳鐵蛋白濃度之乳化產品的<dz> <dn>及 PDI
編號 乳鐵蛋白
(W/W1(%)) <dz> (nm) <dn> (nm) PDI a 0.05 562 135 0.843
b 0.1 698 46 0.811
c 0.2 1122 139 1.000
d 0.3 791 145 0.966
圖 4-8 TEM 圖 : 不同乳鐵蛋白濃度之乳膠顆粒形態 (電壓升至 120KV，郭志宇攝)
4-4-3-3 黏度分析
在溫度 25℃時，我們分別將不同乳鐵蛋白濃度之乳化產品用黏度計測黏度，
如圖 4-9、圖 4-10 所示。從圖 4-9 可以發現:不同的乳鐵蛋白濃度之乳化產品 的黏度都隨著剪切速率增加而降低；從圖 4-10 可以發現:不同乳鐵蛋白濃度之 乳化產品，其黏度並無規律性，此因乳鐵蛋白是聚合物，因此，乳化產品的乳 鐵蛋白濃度高低與黏度關係取決於產品內容物交互作用力。
圖 4-9 不同乳鐵蛋白濃度之乳化產品黏度與剪切速率關係圖
圖 4-10 不同水相(W2)界面活性劑 Tween80 濃度乳化產品黏度與平均粒徑大小 關係圖
4-4-4 乳化溫度對乳化產品中乳膠顆粒性質的影響
這一節我們依據表 4-1 配方，在不同的乳化溫度(50、60、70 及 80℃)製備 W1/O/W2之乳化產品及探討乳膠顆粒的性質等，茲分述如下:
4-4-4-1 耐候性
我們分別將產品置於 4℃冰箱、室溫 25℃及烘箱 40℃的環境中，至今已存 放 14 個月以上，觀察的時間內，巨觀均沒有發生相分離的情形，其穩定性測試 結果，如圖 5-1、表 5-1 所示，產品相當的穩定。
圖 4-11 乳化溫度(50、60、70 及 80℃)之乳化產品置於 4℃
冰箱、室溫 25℃及烤箱 40℃中 28 天後的外觀 表 4-7 不同乳化溫度之乳化產品之穩定性測試結果 產品
時間 (days)
4℃ 25℃ 40℃
60 240 420 60 240 420 60 240 420
T=50℃ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ T=60℃ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ T=70℃ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ T=80℃ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ Ѵ
Χ : 不安定 Ѵ：巨觀穩定(無分相發生)
巨觀無分相，穩定。
4-4-4-2 乳膠顆粒之形態、粒徑大小及分佈(TEM & DLS)
不同乳化溫度之乳化產品乳膠顆粒之形態如圖 4-12(a)(b)，粒徑大小、分佈 及 PDI 如圖 4-13、表 4-8 所示。從圖 4-13、表 4-8 中可以發現:乳化溫度為 50~80
℃時，其平均粒徑(〈dz〉)並無規律性的變化，因粒徑大小取決於粒子聚集及解 聚集彼此競爭的結果。
圖 4-12 乳化溫度(a)50℃(b)70℃之乳化產品的 TEM 圖
攪拌速率= 600rpm, Tween 80 濃度(W/W2(%)) = 1.67%
表 4-8 不同乳化溫度之乳化產品之平均粒徑(〈dz〉)及粒徑分佈(PDI)
4-4-4-3 黏度分析
在溫度 25℃時，我們分別將乳化產品用黏度計測黏度，黏度大小與乳膠顆 粒結構有關，不同乳化溫度之乳化產品，黏度與剪切速率關係、黏度與平均粒徑 大小及 PDI 如圖 4-14、4-15 所示。從圖 4-14 可以發現:不同的乳化溫度，它們
溫度(℃) 〈dz〉 (nm) PDI
50 690 0.748
60 715 0.716
70 698 0.811
80 682 1.000
的黏度都隨著剪切速率增加而降低；從圖 4-14、4-15 可以發現:不同乳化溫度，
平均粒徑〈dz〉並無規律性的變化，因粒徑大小取決於粒子聚集及解聚集彼此競 爭的結果，聚集增大時，黏度變大；反之，黏度變小。
圖 4-13 乳化溫度(50、60、70 及 80℃)之乳化產品的 DLS 圖
圖 4-14 乳化溫度(50、60、70 及 80℃)之乳化產品黏度與剪切速率關係圖
圖 4-15 乳化溫度(50、60、70 及 80℃)之乳化產品黏度與平均粒徑大小關係圖
4-4-5 攪拌速率對乳化產品中乳膠顆粒性質的影響
圖 4-16 攪拌速率(600、700rpm)之乳化產品置於 4℃冰箱、室溫 25℃及烘箱 40℃中 28 天後的外觀
4-4-5-2 乳膠顆粒之形態、粒徑大小及分佈(TEM & DLS)
不同攪拌速率之乳化產品乳膠顆粒之形態如圖 4-17 (a) 600rpm (b) 700rpm，粒徑大小、分佈及 PDI 如圖 4-18、表 4-10 所示。從圖 4-18、表 4-10 中可以發現:其〈dz〉、〈dn〉、PDI 隨著攪拌速率增加而增加，可能顆粒產生結合 (Coalescence)， 顆粒變大，從圖 4-17(a)(b)的 TEM 圖即可證明此現象。
圖 4-17 攪拌速率(a) 600rpm (b) 700rpm 之乳化產品乳膠顆粒的 TEM 圖 (乳化溫度=70℃, Tween80 濃度=1.67%(in W2))
(b)
(a)
圖 4-18 攪拌速率(600、700rpm)之乳化產品乳膠顆粒的的 DLS 圖 (註:Stir 6 表示攪拌速率=600rpm，Stir 7 表示攪拌速率=700rpm。)
表 4-10 不同攪拌速率之乳化產品之平均粒徑 (<dz>、<dn>)及粒徑分佈(PDI)
4-4-5-3 黏度分析
在溫度 25℃時，我們分別將乳化產品用黏度計測黏度，黏度大小與乳膠顆 粒結構有關，結果顯示:不同攪拌速率之乳化產品其黏度與剪切速率關係圖如圖 4-19 所示、圖 4-20 是黏度與平均粒徑大小關係圖。從圖 4-19 可以發現:不同的 攪拌速率之乳化產品的黏度隨著剪切速率增加而降低，且隨著攪拌速率增加而降 低；圖 4-19、4-20 顯示攪拌速率越大，黏度越小，平均粒徑越大，從比較從圖 4-17(a)(b)的 TEM 圖證明攪拌速率越高，顆粒產生結合(Coalescence)現象，致使 顆粒變大，顆粒總表面積變小，彼此交互作用力小，故乳化產品黏度變小
。
在溫度 25℃時，我們分別將乳化產品用黏度計測黏度，黏度大小與乳膠顆 粒結構有關，結果顯示:不同攪拌速率之乳化產品其黏度與剪切速率關係圖如圖 4-19 所示、圖 4-20 是黏度與平均粒徑大小關係圖。從圖 4-19 可以發現:不同的 攪拌速率之乳化產品的黏度隨著剪切速率增加而降低，且隨著攪拌速率增加而降 低；圖 4-19、4-20 顯示攪拌速率越大，黏度越小，平均粒徑越大，從比較從圖 4-17(a)(b)的 TEM 圖證明攪拌速率越高，顆粒產生結合(Coalescence)現象，致使 顆粒變大，顆粒總表面積變小，彼此交互作用力小，故乳化產品黏度變小