Spis symboli

AEO9 - polioksyetylenowany eter laurylowy

Brij 96 - poli(10)oksyetylenowany alkohol oleinowy

BSO - równanie Bansal Shah i O’Collell

C₁₂EO₁₀ – oksyetylenowane alkohole tłuszczowe: długość łańcucha węglowodorowego: C_12, zawartość grup oksiranowych:10

CEO₂₀ – oksyetylenowane alkohole tłuszczowe: długość łańcucha węglowodorowego: C₁₆- C₁₈, zawartość grup oksiranowych:20

C₁₆H₃₄ -heksadekan

DAT - diacyloglicerole

E- emulsja

EMAG - poli(20)oksyetylenowany monoestr glicerolu i kwasu stearynowego

EtOH – alkohol etylowy

FDA- Food and Drug Administration,

GML - monolaurynianu glicerolu

GP – glikol propylenowy

GRAS- Generally Recognized as Safe,

H2O:EtOH- stosunek wagowy wody do etanolu

HLB - równowaga hydrofilowo – lipofilowa,

LC – faza ciekłokrystaliczna

MAG – monoacyloglicerole

MAG:CEO₂₀- stosunek wagowy monoacylogliceroli do oksyetylenowanych alkoholi

MCT - średniołańcuchowe tracyloglicerole

ME -mikroemulsja

NaCl – chlorek sodu

O/S+GP - olej/surfaktanty + glikol propylenowy

O/W - mikroemulsja typu olej w wodzie

PEG-35 - ester glikolu polietylenowego kwasu rycynolowgo

PIT – temperatura inwersji faz

R- współczynnik Winsora

R-limonen - (R)-1-metylo-4-(1-metyloetyleno)-cykloheksen

SES - oksyetylenowane estry sorbitanu i estry sacharozy

TAG - triacyloglicerole

TGDIS - diizostearynianu triglicerolu

Triton X-100 - 2 - [4 - (2,4,4-trimetylopentan-2-ylo) fenoksy] etanol),

Triton X-405 - (2-[4-(2,4,4-trimetylopentan—ylo)fenoksy]etanol)

Tween 20 - polioksyetylenowany monolaurynian sorbitolu

Tween 60 - polioksyetylenowany monostearynian sorbitanu.

Tween 80 - polioksyetylenowany monooleinian sorbitolu

W/O- mikroemulsja typu woda w oleju

1. Wstęp

Dzisiejszy styl życia wymaga by przedmioty codziennego użytku były coraz to lżejsze, mniejsze, szybsze i wydajniejsze. Ponadto ze względu na rosnące zainteresowanie współczesnego świata tematem ekologii oraz zdrowego trybu życia pożąda się tworzenia produktów z surowców odnawialnych, bogatych w składniki aktywne niosące korzyści dla zdrowia.

Mikroemulsje ze względu na dużą różnorodność procesów, w których są wykorzystywane oraz interesujące właściwości sugerują, że ta dziedzina nauki jest i będzie w przyszłości nowoczesnym obszarem badań. Układy te można głównie spotkać w przemyśle kosmetycznym, farmaceutycznym czy spożywczym, dlatego ważne jest by komponenty wchodzące w skład mikroemulsji były zgodne z polityką FDA (ang. U.S. Food and Drug Administration) czy COLIPA (ang. The European Cosmetic, Toiletry and Perfumery Association). Równocześnie powinny być zdolne do solubilizacji maksymalnych ilości wody oraz fazy olejowej przy minimalnej zawartości związków powierzchniowo czynnych [1-2].

W badaniach jako kosurfaktanty wykorzystano etanol oraz glikol propylenowy gdyż literaturze dostępne są prace dotyczące możliwości zwiększenie stopnia solubilizacji wody poprzez zastosowanie takiej kompozycji związków. Należą do grupy związków typu GRAS (ang. Generally Recognized as Safe), zatem może stanowić komponent preparatów w formie mikroemulsji o przeznaczeniu m.in. spożywczym czy kosmetycznym. Ponadto, poprzez zastosowanie glikolu propylenowego możliwe jest zmniejszenie zakresu tworzenia lub braku powstawania faz ciekłokrystalicznych [3-4].

Zastosowano mieszaniny monoacylogliceroli i alkoholi oksyetylenowanych jest bardzo korzystne ze względu na ich pochodzenie ze źródeł odnawialnych [5].

1. Cel pracy i program badań

Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu ilościowego krótkołańcuchowego alkoholu w kompozycji z glikolem propylenowym na możliwość otrzymania układów mikroemulsyjnych stabilizowanych mieszaniną niejonowych surfaktantów. Określono również jak wpływa skład mikroemulsji na maksymalną zawartość fazy wodnej oraz zachowanie się faz tworzonych układów. Do realizacji założonego celu pracy przyjęto poniższy program badań:

• Dobór jakościowy i ilościowy składników mikroemulsji.

• Otrzymywanie mikroemulsji stabilizowanych za pomocą mieszaniny niejonowych surfaktantów MAG:CEO₂₀ o stosunku masowy 90:10 przy użyciu zmiennych ilości etanolu w stosunku do fazy wodnej H₂O:EtOH 10:90 ÷60:40 % wagowych.

• Otrzymywanie mikroemulsji stabilizowanych za pomocą mieszaniny MAG:CEO₂₀ o stosunku masowym 80:20 przy użyciu zmiennych ilości etanolu w stosunku do fazy wodnej H₂O:EtOH 60:40 i 50:50 5 wagowych.

1. Część teoretyczna

   1. Charakterystyka układów mikroemulsyjnych

Mikroemulsje (ME) definiuje się jako układy zdyspergowane, składające się z fazy olejowej, fazy wodnej, związku powierzchniowo czynnego oraz kosurfaktantu, który stanowi zazwyczaj alkohol o średniej długości łańcucha węglowodorowego [6]. Średni rozmiar cząstek fazy zdyspergowanej mieści się zwykle w przedziale od 5nm do 100nm. Według Bayraka [7] do mikroemulsji można zaliczyć układy, których rozmiar cząstek fazy rozproszonej zawiera się w zakresie od 5nm do 140nm, natomiast Bhargava i Vandamma [8-9] uważają, że średnica kropli fazy wewnętrznej mieści się w zakresie od 10 nm do 100nm. Wielkości te są mniejsze od długości fali światła białego, gdyż promienie przechodzące przez mikroemulsje nie ulegają załamaniu, dzięki czemu układy te są transparentne. Ponadto mikroemulsje charakteryzują się doskonałą oraz długotrwałą stabilnością termodynamiczną, ponieważ wartość napięcia fazowego na granicy faz woda-olej jest bardzo niska, rzędu 10^-4 mN/m do 10^-2 mN/m. Przyczyną tak niskiego napięcia międzyfazowego jest duża ilość związków amfifilowych, które są niezbędne do ustabilizowania dużej powierzchni na granicy międzyfazowej [3,10]. Te izotropowe dyspersje powstają spontanicznie podczas dodawania odpowiednich komponentów wchodzących w ich skład. W przeciwieństwie do innych układów, do utworzenia mikroemulsji nie potrzeba dużych sił ścinających oraz dużej energii [11]. Mikroemulsje charakteryzują się również niską lepkością oraz wykazują własności płynu newtonowskiego. Oznacza to, że ich lepkość zależy od właściwości układu oraz warunków w jakich się znajduje ( temperatura, ciśnienie), a nie od szybkości ścinania [12]. Tworzą się w szerokim zakresie stężeń związków powierzchniowo czynnych jak i ilościowego stosunku fazy wodnej do fazy olejowej. Wyróżniają się również możliwością solubilizacji składników hydrofilowych i lipofilowych [13].

Jako pionierów w otrzymywaniu mikroemulsji uważa się Schulmana i jego współpracowników [14], którzy w 1943 opisali proces tworzenia się tego typu układów. Podczas swych badań zaobserwowali, że po dodaniu alkoholu o średniej długości łańcucha węglowodorowego do makroemulsji składającej z fazy wodnej, fazy olejowej oraz surfaktantu tworzy się spontanicznie transparentny układ. Otrzymane izotropowe dyspersje nazwali oleofatowymi hydromicelami. Dopiero w 1959 roku Danielsson i Lindmanna [6,14]wprowadzili termin mikroemulsji stosowany po dzień dzisiejszy, który zastąpił nazwą „swollen micelles”, oznaczającą napęczniałe micele.

1. Mikroemulsje – budowa i typy

Na rodzaj tworzącej się mikroemulsji wpływa wiele czynników. Typ powstałego układu mikroemulsyjnego zależy m.in. od stężenia, rodzaju jak i właściwości surfaktantu, stosunku fazy olejowej do wodnej oraz w mniejszym stopniu od temperatury tworzenia układu [15,16]. Dlatego też mikroemulsje można kwalifikować ze względu na rodzaj fazy zdyspergowanej i fazy zewnętrznej oraz ze względu na wartość wskaźnika R zaproponowanego przez Winsora.

W zależności od charakteru fazy zewnętrznej i fazy wewnętrznej wyróżnia się następujące typy mikroemulsji:

• Typ I – mikroemulsja olej w wodzie (O/W),

• Typ II – mikroemulsja woda w oleju (W/O),

• Typ III – mikroemulsja podwójnie ciągła (ang. BC- bicontinous), która charakteryzuje się wysokim stężeniem związku powierzchniowo czynnego oraz średnio taką samą ilością wody i oleju w układzie ( powstają dwie fazy ciągłe na skutek przenikania się faz).

Inny podział mikroemulsji wprowadził w 1948 roku Winsor, który określił sposób przewidywania typu mikroemulsji ze względu na wartość zaproponowanego przez siebie współczynnika R. Wskaźnik ten określa zmianę powierzchni kontaktu oleju z wodą , przez co powstaje ujemne bądź dodatnie zakrzywienie powierzchni międzyfazowej olej-woda. Dlatego też, wskaźnik R zdefiniować można jako zależność energii kohezji cząsteczek związku powierzchniowo czynnego do energii kohezji oleju i wody [16-19].

$R = \frac{A_{\text{CO}}}{A_{\text{CW}}}$ (1)

Rozszerzoną formę powyższego równania stosujemy, gdy uwzględniamy oddziaływania między cząsteczkami surfaktantów oraz budowę sąsiadujących ze sobą faz.

$R = \frac{A_{\text{CO}} - A_{\text{OO}} - A_{\text{LL}}}{A_{\text{CW}} - A_{\text{WW}} - A_{\text{HH}}}$ (2)

,gdzie:

A_CO –energia kohezji pomiędzy cząsteczkami surfaktantu i oleju,

A_OO –energia kohezji pomiędzy cząsteczkami oleju,

A_LL- energia kohezji pomiędzy częściami hydrofobowymi surfaktantu,

A_CW- energia kohezji pomiędzy cząsteczkami surfaktantu i wody,

A_WW- energia kohezji pomiędzy cząsteczkami wody,

A_HH – energia kohezji pomiędzy częściami hydrofilowymi surfaktantu.

W zależności od wskaźnika R można wyróżnić, na podstawie klasyfikacji Winsora, cztery typy mikroemulsji przedstawione na Rys.1 [16]:

• Winsor I, gdy R<0, powstaje mikroemulsja O/W z nadmiarem fazy olejowej (dodatnie zakrzywienie powierzchni granicznej),

• Winsor II, gdy R>0, powstaje mikroemulsja W/O z nadmiarem fazy wodnej (ujemne zakrzywienie powierzchni granicznej),

• Winsor III, gdy R=1, powinowactwo części hydrofilowej surfaktantu do fazy wodnej jest zrównoważone przez powinowactwo jego części hydrofobowej do fazy olejowej. Układ ten reprezentują trzy fazy ciekłe, które znajdują się w stanie równowagi (brak zakrzywienia powierzchni granicznej). Na mikroemulsję składa się głównie faza środkowa, która zawiera znacznie większą ilość surfaktantu oraz dużą ilość oleju i wody. Pozostałą część oleju i wody zawierają pozostałe dwie fazy, górna i dolna,

• Winsor IV; układ jednofazowy transparentnej mikroemulsji typu O/W lub W/O.

WINSOR: I II III IV

zwiększenie temperatury (surfaktanty niejonowe)

zwiększenie stężenia elektrolitu (surfaktanty jonowe)

Rys. 1 Klasyfikacja układów według Winsora oraz rozkład faz mikroemulsji w zależności od stężenia elektrolitu i temperatury. Obszary oznaczone szarym kolorem charakteryzują się zwiększonym stężeniem surfaktantu: ME-mikroemulsja, O- faza olejowa, W- faza wodna, O/W- mikroemulsja typu olej w wodzie, W/O-mikroemulsja typu woda w oleju [16].

Mikroemulsje są wrażliwe na zmiany temperatury, zawartości elektrolitów czy stężenie surfaktantu w układzie, dlatego też czynniki te mogą wpływać na przemiany fazowe układów woda- olej- surfaktant. Układy o umiarkowanej zawartości surfaktantów jonowych, wraz ze wzrostem temperatury ulegają przemianom typu Winsor II, przez Winsor III, do układu Winsor I. Natomiast w przypadku układów zawierających surfaktanty niejonowe wraz ze wzrostem temperatury obserwuje się przemiany typu Winsor I, przez Winsor III, do układu Winsor II. Gdy mamy do czynienia z mikroemulsjami zawierającymi duże stężenie związku powierzchniowo czynnego następuje tworzenie się mikroemulsji typu Winsor IV. W zakresie bardzo wysokich stężeń surfaktantu istnieje możliwość tworzenia układów ciekłokrystalicznych (Rys.2) [16].

.

Rys. 2 Wpływ temperatury oraz stężenia na obszary występowania różnych faz w układach zawierających wodę, olej oraz surfaktant niejonowy [16]

Temperatura wpływa również na wartość równowagi hydrofilowo-liofilowej (ang. hydrophilic- lipophilic balance, HLB) surfaktantów niejonowych zawierających w swej strukturze grupy polioksyetylenowe. W ten sposób Saito i Shinoda [16] wprowadzili pojęcie temperatury HLB, określaną również jako temperatura inwersji faz PIT (ang. Phase Inversion Temperature), która opiera się na możliwych przemianach układów wg Winsora, w zależności od temperatury. PIT to wartość temperatury, w której obserwuje się maksymalną solubilizację oleju w wodzie, występuje bardzo niska wartość napięcia międzyfazowego oraz utrzymuje się równowagowe stężenie surfaktantów. Zaobserwowano również, że mikroemulsje stabilizowane za pomocą niejonowych związków powierzchniowo czynnych w temperaturze PIT zmieniają swój typ z układu O/W na układ W/O. Saito i Shinoda stwierdzili, że na wartość temperatury HLB wpływa zjawisko adsorpcji surfaktantu na powierzchni międzyfazowej woda-olej oraz zależność napięcia międzyfazowego woda-olej od temperatury. Natomiast Mitsui [20] uważa, że na temperaturę inwersji faz wpływają właściwości hydrofilowe i lipofilowe surfaktantu, jego stężenie, ilość grup oksyetylenowych znajdujących się w jego cząsteczce oraz stosunek fazy olejowej do wodnej.

W przypadku mikroemulsji zawierających jonowy surfaktant, podobny efekt (tj.zmiany struktury mikroemuslji) można uzyskać po przez dodania dużej ilości soli [16].

Układy mikroemulsyjne można prezentować na wiele sposobów, jednak ze względu na swój złożony skład przedstawia się je w postaci diagramów fazowych [13,17]. Można otrzymać różnego rodzaju diagramy fazowe, które zależne są od liczby swobody badanego układu. Liczbę stopni swobody w zależności od składu układu czy też warunków, można uzyskać z reguły faz, którą przedstawia się za pomocą następującego równania:

F = C − P + 2 (3)

gdzie:

C- ilość niezależnych składników chemicznych,

P- ilość obecnych w układzie faz.

Mikroemulsja składa się przynajmniej z trzech komponentów, jednak możliwa jest obecność również czwartego składnika najczęściej w postaci kosurfaktantu. W takim przypadku otrzymuje się pseudo- trójkątny diagram fazowy, ponieważ przyjmuje się stały stosunek ilościowy dwóch składników np. fazy wodnej do kosurfaktantu. W warunkach stałego ciśnienia i stałej temperatury układy mikroemulsyjne obrazuje się w postaci trójkątów Gibbsa.

Rys. 3 Trójkąt Gibbsa, układ fazowy układu olej- woda- surfaktant; ME-mikroemulsja, A,B,C- składniki mikroemulsji.

W przypadku, gdy mamy do czynienia z układem mikroemulsyjnym w warunkach stałego ciśnienia przy zmiennej temperaturze, diagram fazowy przedstawia się w postaci diagramu o budowie graniastosłupa (Rys.4) [17].

Rys. 4 Diagram fazowy o budowie graniastosłupa przedstawiający zachowanie się faz w układzie trójskładnikowym, w warunkach stałego ciśnienia [17]

Innym sposobem na zobrazowanie składu mikroemulsji jest wykreślenie tetra- i heksagonalnych diagramów fazowych, dzięki czemu można przedstawić zależności pomiędzy wszystkimi czterema składnikami wchodzącymi w skład układu.

1. Metody otrzymywania

Istnieją dwie główne metody, za pomocą których można otrzymać mikroemulsje [17]:

• I metoda- emulsję składającą się z fazy wodnej, fazy olejowej oraz surfaktantu miareczkuje się kosurfaktantem, aż do momentu gdy układ stanie się transparentny.

• II metoda – do trójskładnikowego układu zawierającego fazę olejową, związek powierzchniowo czynny oraz kosurfaktant dodaje się porcjami wody, aż do momentu, gdy nastąpi maksymalna solubilizacja wody, a tym samym układ przestanie być transparentny.

Mikroemulsje charakteryzują się stabilnością termodynamiczną w określonych warunkach temperatury, ciśnienia i składu co odróżnia je od innych układów. Wynika to z faktu, iż układ jest w stanie ujemnej energii swobodnej i jej właściwości fizyczne nie zmieniają się w czasie, a co za tym idzie, ME nie zmierza do osiągnięcia stanu równowagi oraz nie następuje destabilizacja.

Zatem, otrzymanie mikroemulsji wiąże się z uzyskaniem bardzo niskiej wartości napięcia międzyfazowego na granicy faz zgodnie z równaniem [17]:

(4)

gdzie:

γ_C- całkowite napięcie międzyfazowe,

γ_o/w-napięcie międzyfazowe na granicy faz olej-woda bez surfaktantu,

P- ciśnienie rozprzestrzeniania się surfaktantu na granicy faz olej-woda.

Natomiast warunkiem spontanicznego tworzenia się mikroemulsji jest ujemna wartość energii swobodnej układu, ΔG, co przedstawia poniższe równanie [17]

G = γ_C • A − T • S (5)

gdzie:

ΔA- zmiana powierzchni międzyfazowej,

ΔS- zmiana entropii,

T- temperatura.

Powyższy warunek może być spełniony wyłącznie w przypadku bardzo niskich wartości całkowitego napięcia międzyfazowego.

1. Zastosowanie mikroemulsji

Mikroemulesje ze względu na swoje atrakcyjne właściwości między innymi takie jak przezroczystość, stabilność termodynamiczna, łatwość sporządzania, czy też ułatwienie wchłaniania i przenoszenia składników aktywnych znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.

Mikroemulsje rozpowszechnione są na szeroką skale w przemyśle farmaceutycznym. Osłonięcie leku poprzez wprowadzenie go do układu mikroemulsyjnego pozwala na transport wybranych składników po przez błonę półprzepuszczalną bez ingerencji w ich właściwości lecznicze [21]. Ponadto, uzyskuje się skuteczne wyniki w leczeniu, ponieważ nie tylko transportowane są wybrane składniki aktywne, ale także są one uwalniane w sposób kontrolowany, co wydłuża ich czas działania i umożliwia podawania go w mniejszej dawce. Dzięki temu, że mikroemulsje mają bardzo dobre właściwości solubilizacyjne, zwiększają biodostępność różnego rodzaju związków a dzięki temu, że są stabilne, transparentne i łatwe w sterylizacji wykorzystywane są m. in. w okulistyce [9]. Stosując układy mikroemulsyjne, można regulować głębokość penetracji substancji leczniczej do skóry. Z tego względu stosuje się tego typu układy w preparatach przeciwgrzybiczych, gdzie pożądane jest osiągnięcie dużego stężenia leku w warstwie rogowej, tak by nie dyfundował do partii głębszych oraz w niesteroidowych lekach przeciwzapalnych, gdzie substancje aktywne wnikają do tkanki podskórnej a następnie penetrują głębsze warstwy naskórka [22]. Bardzo niskie napięcie międzyfazowe mikroemulsji umożliwiło wykorzystanie tego układu jako leku immunosupresyjnego, stosowanego podczas transplantacji narządów [22]. Mikroemulsje badane są również do wykorzystania w produkcji leków przeciwnowotworowych. Dostarczanie leków w takiej formie do chorych komórek wydaje się być obiecujące, gdyż mikroemulsje wyróżniają się dokładnym i stabilnym transportem oraz dużą biodostępnością i biokompatybilnością [23].

Mikroemulsje, spotkać można również w kosmetyce. Są to obiecujące układy przenoszenia składników kosmetycznych, ze względu na ich liczne zalety w stosunku do tradycyjnych preparatów. Są one zdolne do rozpuszczania zarówno hydrofilowych jak i lipofilowych składników, kapsułkowania witamin, substancji zapachowych, aktywnych czy leczniczych. Jest to obiecująca forma kosmetyku również ze względu na swój estetyczny wygląd, całkowitą przezroczystość, niską lepkość, długotrwałą stabilność [19]. Ponadto mikroemulsje kosmetyczne zwiększają odporność składników wrażliwych na temperaturę czy utlenianie. Taka forma układu zdyspergowanego idealnie nadaje się do wytwarzania różnych produktów kosmetycznych , które można stosować jako środki nawilżające i środki kojące, jako filtry słoneczne, środki przeciwpotowe, jak i preparaty do mycia ciała. Są one również cenne w kompozycjach do pielęgnacji włosów, ponieważ zapewniają dobre ich kondycjonowanie oraz nadają połysk. Spotkać je można również w preparatach po goleniu, które po nałożeniu na skórę zmniejszają pieczenie i podrażnienia [24]. Te inteligentne układy są coraz bardziej rozpowszechniane w przemyśle kosmetycznym ze względu na fakt, że bardzo dobrze nawadniają skórę dzięki głębokiej jej penetracji oraz pozwalają na ograniczenie rozpuszczalników organicznych w preparatach np. do perfumowania ciała [25].

Układy mikroemulsyjne posiadają również ogromny potencjał do zastosowania w przemyśle spożywczym. Wpływają na to takie cechy jak doskonałe rozpuszczanie cennych składników pokarmowych, poprawa stabilności lotnych i nietrwałych substancji zapachowych, smakowych oraz podatnych na utlenianie witamin. Pomimo tych zalet trudne jest uzyskanie mikroemulsji spożywczej, ze względu na znaczne ograniczenia w doborze odpowiedniego związku powierzchniowo czynnego, fazy olejowej czy też kosurfaktantu, gdyż większość z nich nie nadaje się do wykorzystania w produktach żywnościowych [26-28].

Mikroemulsje cieszą się coraz większym zainteresowaniem w przemyśle rafineryjnym, a konkretniej przyczyniają się do zwiększenia wydajności wydobycia ropy naftowej. Około 20 % ropy naftowej zostaje uwięzione w porach oraz szczelinach skał ze względu na wysokie napięcie międzyfazowe (w przybliżeniu 20^-25mN/m) pomiędzy ropą naftową a wodą morską. Obniżenie tak wysokiego napięcia do około 10^-3mN/m za pomocą mikroemulsji umożliwia solubilizację pozostałości ropy zlokalizowanej w porach i szczelinach kamieniennych [26]. Pomimo tych zalet metoda ta ma jeszcze wiele wad. Mikroemulsja służąca do wydobycia ropy naftowej różni się nieco składem od standardowych układów, gdyż fazę wodną zastępuje solanka. Otrzymywanie takiej mikroemulsji nastręcza wiele trudności m.in. takich jak dobranie właściwych komponentów i ich proporcji, gdyż większość niejonowych surfaktantów jest nieodpowiednia, natomiast wiele jonowych surfaktantów jest wytrącana w kontaktcie z wodą morską [29]. W celu wyeliminowania powyższych problemów pojawiło się wiele patentów, w których wykorzystuje się bakterie oraz biosurfaktanty będących w stanie utworzyć mikroemulsje. Substytuty te powodują zwiększenie zasięgu kapilarnego, są również zdolne do modyfikacji ciał stałych oraz obniżenia lepkości fazy olejowej. Stanowią ogromny potencjał w przemyśle rafineryjnym nie tylko ze względu na dużą wydajność w wydobyciu ropy, ale także ze względu na znaczne obniżenie kosztów tego przedsięwzięcia [26,29].

Mikroemulsje świetnie się sprawdzają w funkcji dodatku do paliwa. Jedną z korzyści płynących z paliwa na bazie mikroemulsji jest wiązanie wody, dzięki czemu zmniejsza się zużycie ciepła w silniku oraz obniża temperaturę zapłonu paliwa. Redukuje powstawanie sadzy oraz innych szkodliwych gazów takich jak tlenek azotu czy tlenek węgla. Tego typu dodatek do paliwa powoduje mniejsze zużycie paliwa, zwiększa jego liczbę oktanową oraz stopień kontaktu paliwo- powietrze. Nadaje się do pracy w warunkach wysokiej temperatury (160-325^oC) w przeciwieństwie do innych tańszych substytutów takich jak formamid, glikol czy mocznik [26].

Kolejnym obszarem stosowania na szeroką skalę mikroemulsji jest produkcja smarów, które używane są w procesach obróbki skrawaniem. Układy mikroemulsyjne wodno-olejowe z dodatkiem surfaktantu są źródłem dużej pojemności cieplnej układu. Olej z mikroemulsji smaruje powierzchnię obrabianą, natomiast woda poprzez duże ciepło właściwe gromadzi i odprowadza energię cieplną utworzoną podczas tarcia. Taki efekt chroni również przed korozją. Obecność mikroemulsji powoduje inhibicję korozji poprzez adsorpcję hydrofobowego filmu surfaktantów na powierzchni obrabianego elementu [30].

Mikroemulsje ze względu na swoje charakterystyczne właściwości sprawdzają się jako rozpuszczalniki w myciu przemysłowym, w przemyśle farbiarskim, lakierniczym i tekstylnym, gdyż wykazują większą odporność na zadrapania i tworzenie plam, oraz lepszą intensywność koloru [31]. Służą również do remediacji i detoksyfikacji gruntów, powodując znaczne obniżenie napięcia międzyfazowego oraz zwiększenie zwilżalności skał, a zachodzący proces solubilizacji intensyfikuje proces rozpuszczania hydrofilowych i hydrofobowych związków chemicznych. Układy mikroemulsyjne cieszą się zainteresowaniem w biotechnologii, gdzie wykorzystywane są do reakcji enzymatycznych, immobilizacji i separacji protein, gdyż zwiększają solubilizację niepolarnych reagentów, umożliwiają przesunięcie równowagi termodynamicznej w kierunku produktów oraz zwiększają termiczną stabilność enzymów [31]. Mikroemulsje stosowane są również w syntezie chemicznej, jako środowisko reakcji organicznych, nieorganicznych, elektrochemicznych, elektrokatalicznych, polimeryzacji, również jako ciekłe membrany oraz odczynniki analityczne takich technik jak chromatografia czy spektroskopia fotojonizacyjna [26,32].

1. Rodzaje kosurfaktantów i ich funkcje w układach mikroemulsyjnych

Jako kosurfaktant, najczęściej wykorzystuje się alkohole o średniej długości łańcucha węglowodorowego [17]. Rolę tę mogą pełnić również poliole czy też inne związki o budowie amfifilowej, takie jak alkohole tłuszczowe lub kwasy tłuszczowe [33]. Jednak liczne badania potwierdziły, iż uzyskanie mikroemulsji bez dodatku kosurfaktantu jest trudne. Wiąże się to z ich właściwościami i działaniem w ME. Kosurfaktanty wpływają na upakowanie związku powierzchniowo czynnego w monowarstwie filmu granicznego. Ich charakterystyczna budowa związana z obecnością krótkiego łańcucha hydrofobowego oraz terminalnej grupy hydrofilowej, powoduje że mniejsze cząsteczki kosurfaktantu umiejscawiają się pomiędzy większymi cząsteczkami związków powierzchniowo czynnych podczas ich adsorpcji na granicy międzyfazowej. Wprowadzenie kosurfaktantu umożliwia użycie mniejszych ilości surfaktantu, niezbędnych do otrzymania mikroemulsji oraz przyczynia się do dodatkowego obniżenia napięcia międzyfazowego [17].

1. Alkohole średniołańcuchowe

Średniołańcuchowe alkohole, które pełnią rolę kosurfaktantu w układach mikroemulsyjnych zawierają od 3 do 10 atomów węgla w łańcuchu węglowodorowym. Związki te w układach stabilizowanych anionowymi surfaktantami wpływają na solubilizację wody w mikroemulsjach. W celu osiągnięcia maksymalnej solubilizacji wody w tego typu układach Bansal Shah i O’Collell [34] wprowadzili zależność liczbową pomiędzy długością łańcucha węglowodorowego cząsteczki związku stanowiącego fazę olejową, kosurfaktantu oraz surfaktantu. Zależność tą można przedstawić za pomocą równania określanego w skrócie równaniem BSO:

N_A + N_O =  N_S (6)

, gdzie:

N_A- liczba atomów węgla w łańcuchu węglowodorowym cząsteczki kosurfaktantu,

N_O- liczna atomów węgla w łańcuchu węglowodorowym cząsteczki oleju,

N_S- liczba atomów węgla w łańcuchu węglowodorowym cząsteczki surfaktantu.

Zgodnie z tym równaniem układ będzie zawierał maksymalną ilość zsolubilizowanej wody, gdy suma atomów węgla cząsteczki kosurfaktantu oraz atomów węgla cząsteczki oleju, będzie równa liczbie atomów węgla cząsteczki surfaktantu. Garti wraz z współautorami [34] badając czynniki, które wpływają na solubilizację wody w mikroemulsjach stabilizowanych niejonowymi estrami sacharozy wykorzystał równanie BSO. Dowiódł, iż na podstawie zależności BSO jak i pojęcia kompatybilności długości łańcucha, można przewidzieć ( w pewnych granicach) warunki, w których nastąpi maksymalna solubilizacja wody również w obecności surfaktantów niejonowych.

Bayrak [7] badał układy mikroemulsyjne składające się z różnych kombinacji niejonowych surfaktantów( Triton X-100 (2 - [4 - (2,4,4-trimetylopentan-2-ylo) fenoksy] etanol), Triton X-405 (2-[4-(2,4,4-trimetylopentan—ylo)fenoksy]etanol), n-alkany C₆,C₇, C₈ i C₁₀), benzenu stanowiącego fazę olejową oraz n-alkoholi (C₅, C₇) jako kosurfaktantów. Podobnie jak Garti analizował wpływ długości łańcuchów węglowodorowych alkanów i alkoholi na solubilizację wody. Na podstawie badań stwierdził, iż solubilizacja wody szczególnie w mikroemulsjach, jest zależna od udziału alkoholu w fazie olejowej, fazie wodnej i granicy międzyfazowej. W zależności od długości i natury fazy olejowej i alkoholu, oraz ich oddziaływań z surfaktantem. Ponadto wywnioskował, że wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowodorowego fazy olejowej zwiększa się molowa zawartość kosurfaktantów na granicy międzyfazowej mikroemulsji, w porównaniu do ich ilości w fazie wodnej i olejowej, co wiąże się z wyższą solubilizacją fazy wodnej w układzie.

Badaniami nad wpływem alkoholi w roli kosurfaktantu na ilość zsolubilizowanej wody w układzie mikroemulsyjnym zajmowali się również Ding wraz z współautorami [35]. Przebadali szereg alkoholi w mikroemulsjach składających się z :diizostearynianu triglicerolu (TGDIS)/ oleinianu sodu/ alkoholu/ benzyny/ wody. Na podstawie badań stwierdzili, że układ mikroemulsyjny zawierający alkohol o najkrótszym łańcuchu węglowodorowym (n- butanol) wykazał najwyższą solubilizację wody spośród badanych układów. Ponadto układ mikroemulsyjny TGDIS/ oleinian sodu /1-butanol/ benzyna/ woda był mniej wrażliwy na zmiany temperatury otoczenia i wykazał wyższą rozpuszczalność w wodzie niż układ mikroemulsyjny składający się z TGDIS/ polioksyetylenowany eter laurylowy (AEO9)/ benzyna/ woda.

Haszem M. wraz z współtwórcami [36] zajmowali się oceną oraz charakterystyką mikroemulsji zawierających klotrimazol służących do podawania miejscowego.

Badane układy zawierały różne pozycje faz olejowych, polioksyetylenowany monooleinian sorbitolu (Tween 80) jako surfaktant, n- butanol w roli kosurfaktantu oraz wodę . Na podstawie doświadczeń oceniono rozpuszczalność klotrimazolu w układzie, zatrzymywanie leku w skórze oraz stabilność mikroemulsji w temperaturze 40^oC. Wyniki badań dowiodły, iż preparaty mikroemulsyjne osiągnęły znacznie wyższą retencję skóry w przeciwieństwie do tradycyjnych preparatów. Ponadto wykazały zwiększoną aktywność przeciwgrzybiczą niż układy emulsyjne, a badania kliniczne udowodniły skuteczność oraz tolerancję tego preparatu w leczeniu miejscowych zakażeń grzybiczych.

Pomimo tak zadawalających wyników badań średniołańcuchowe alkohole są wycofywane z różnego rodzaju preparatów kosmetycznych czy farmaceutycznych, gdyż większość z nich wykazuje działanie drażniące na oczy, skórę oraz drogi oddechowe.

1. Etanol

Etanol jako krótkołańcuchowy alkohol wykorzystywany jest na szeroką skalę jako kosurfaktant w układach mikroemulsyjnych w przemyśle farmaceutycznym czy kosmetycznym. Nie tylko wpływa na zwiększenie solubilizacji wody w układzie, ale również działa jako czynnik dezynfekujący czy odświeżający.

Maghraby [37] badał wpływ kosurfaktantu na przenoszenie hydrokortyzonu przez skórę za pomocą mikroemulsji. Olejek eukaliptusowy, który z powodzenie wykorzystuje się również do niesteroidowych leków, zastosowano jako fazę olejową. polioksyetylenowany monooleinian sorbitolu (Tween 80) użyto jako surfaktant, a etanol, izopropanol oraz glikol propylenowy jako kosurfaktanty, gdyż są tolerowane przez skórę. Mikroemulsje sporządzono w obecności oraz bez dodatku kosurfaktantów. Badane preparaty zawierały 20% oleju, 20% wody i 60% Tween 80 lub mieszaninę surfaktant/ kosurfaktant w stosunku 1:1. Dodatek kosurfaktantu spowodował zwiększenie możliwości wykorzystania szerszego udziału stężeń poszczególnych składników niezbędnych do otrzymania mikroemulsji. Wynikiem jest poszerzenie obszaru występowania ME na diagramie fazowym. Ponadto, obecność kosurfaktantu wpłynęła na zmniejszenie lepkości preparatu, zmniejszenie wielkości kropel układu, zwiększenie solubilizacji leku oraz szybkości jego uwalniania przez skórę. Najlepsze efekty uzyskano stosując jako kosurfaktant etanol, następnie izopropanol. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, iż obecność oraz rodzaj kosurfaktantu mają znaczący wpływ zarówno na zachowanie faz jak i potencjał w transdermalnym przenoszeniu leków w układach mikroemulsyjnych.

Idress wraz z innymi autorami [38] również badali jaki wpływ ma rodzaj kosurfaktantu na transdermalne przenoszenie leku. Otrzymano sześć mikroemulsji, w których każda zawierała 5% leku jakim był flurbiprofen, 5% kwasu oleinowego, 34% wody oraz 56% surfaktantu/ kosurfaktantu o stosunku wagowym 2:1. Mikroemulsje różniły się rodzajem użytego kosurfaktantu oraz związku powierzchniowo czynnego. W celu określenia wpływu rodzaju kosurfaktantu oraz surfaktantu porównano otrzymane mikroemulsje pod względem zachowania faz oraz przenikania leku przez skórę. Na podstawie otrzymanych wyników, stwierdzono iż każda mikroemulsja wykazała wysoki stopień uwalniania flurbiprofenu z nienasyconego roztworu wodnego. Jednak najbardziej efektywny okazał się układ, w którym użyto polioksyetylenowanego monolaurynianu sorbitolu (Tween 20) jako surfaktantu oraz etanolu jako kosurfaktantu, dlatego taka kompozycje mikroemulsji użyta została w kolejnych badaniach do wytwarzania preparatów o różnych stosunkach oleju, surfaktantu i kosurfaktantu oraz gdzie dodatkowo wprowadzono glikol propylenowy. Udział drugiego kosurfaktantu spowodował zwiększenie wielkości kropel oraz lepkości mikroemulsji. Zmniejszenie stężenia oleju lub mieszaniny kosurfaktant/ surfaktant przyczyniło się do zmniejszenia rozmiarów cząstek, lepkości oraz zwiększenia biodostępności leku. W wyniku badań wybrano preparat, który wykazywał najwyższą wartość transdermalnego przenoszenia leku oraz nie powodował podrażnień skóry. Otrzymany preparat składał się z 5% flurbiprofenu, 5% kwasu oleinowego, 46% Tween 20: etanolu (2:1) oraz 44% wody. Wykazano, że tak skonstruowane mikroemulsje są obiecującymi preparatami do efektywniejszego przenoszenia substancji aktywnych, gdyż zwiększają obszar dostępności leku oraz przedłużają działanie flurbiprofenu.

Santana wraz wpółautorami [39], oceniali przemiany fazowe układów składających się z wody, Tween 80, średniołańcuchowych tracylogliceroli (MCT) i etanolu, w oparciu o badania właściwości reologicznych poprzez użycie różnych proporcji MCT: etanolu (1:0, 2:1 i 1:2). Wyższa zawartość etanolu pełniącego rolę kosurfaktantu, spowodowała rozszerzenie obszaru mikroemulsji oraz zmniejszenie obszaru ciekłokrystalicznego na diagramie fazowym. Ponadto, obecność etanolu znacząco wpłynęła na rozmiar wielkości cząstek, zmniejszenie lepkości układu oraz na możliwość użycia mniejszych ilości surfaktantu. Na podstawie licznych badań, otrzymano różne struktury silnie zależne od składu układu, co umożliwia wykorzystanie ich w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Fasolin i wpółautorzy [40], opisali podobne wyniki badań. Autorzy badali wpływ kosurfaktantu jakim był etanol, na zachowanie się w faz w układzie zawierającym nienasycony olej, którym był olej słonecznikowy, w obecności surfaktantu niejonowego, Tween 80. Na podstawie badań stwierdzili, iż wyższe stężenie kosurfaktantu w układzie pozwala na zwiększenie solubilizacji wody oraz umożliwia użycie mniejszych ilości związku powierzchniowo czynnego. Ponadto, użycie jako fazy olejowej oleju słonecznikowego spowodowało powstanie struktur lamelarnych czy też heksagonalnych. Jednakże wyższe stężenie etanolu pozwoliło na wyeliminowanie struktur ciekłokrystalicznych.

Flangan i współpracownicy [41] badali możliwość stabilizacji mikroemulsji poprzez użycie mieszaniny oksyetylenowanych mono- i diacylogliceroli oraz oleju sojowego. Jako kosurfaktantu użyto etanolu, gdyż mikroemulsje zarówno olej w wodzie jak i woda w oleju utworzone za pomocą poli(20)oksyetylenowanego monoestru glicerolu i kwasu stearynowego (EMAG ) powstawały wyłącznie w obecności krótkołańcuchowego alkoholu. Ponadto, autorom udało się otrzymać stabilne mikroemulsje już przy bardzo niskich stężeniach surfaktantu (EMAG 20%), dzięki czemu układy te mogą być wykorzystywane w przemyśle spożywczym do kapsułkowania substancji bioaktywnych jak np. α- tokoferolu.

1. Poliole

Do polioli zaliczamy m.in. glikol propylenowy czy też glicerol. Związki te według FDA (ang. U.S. Food and Drug Administration), należą do grupy substancji GRAS (ang. Generally Recognized as Safe), dlatego mogą stanowić składniki w preparatach mikroemulsyjnych do zastosowania w przemyśle spożywczym czy też kosmetycznym. Wykazują zbliżone właściwości do alkoholi alifatycznych, z taką różnicą, że nie wpływają niekorzystnie na organizm ludzki. Ponadto zastosowanie glikolu propylenowego wraz z etanolem wpływa na znaczną poprawę solubilizacji faz w układzie, dlatego można znaleźć liczne prace, w których bada się ME zawierające glikol propylenowy czy też glicerol.

Yagmur wraz z współautorami [42], badali solubilizację wody oraz oleju w obecności polioli takich jak glikol propylenowy, glicerol oraz krótkołańcuchowy alkohol jak etanol w układach mikroemulsyjnych stabilizowanych niejonowym surfaktantem o przeznaczeniu spożywczym. Rolę niejonowych surfaktantów pełniły poli(10)oksyetylenowany alkohol oleinowy – Brij 96v i polioksyetylenowany monostearynian sorbitanu - Tween 60. Fazę olejową stanowił (R)-1-metylo-4-(1-metyloetyleno)-cykloheksen (R-limonen) wraz z etanolem ( stosunek wagowy 1:1) a fazę wodną mieszanina wody z glikolem propylenowym (stosunek wagowy 1:1). W kolejno badanych układach R-limonen został zastąpiony heksanem, heptanem, nonanem, dodekanem, tetradekanem bądź heksadekanem. Na podstawie badań zaobserwowano, że etanol w połączeniu z poliolami destabilizują fazę ciekłokrystaliczną, a co za tym idzie w miejscu tego regionu na diagramie fazowym obserwuje się obszar mikroemulsji. Glikol propylenowy w połączeniu z etanolem nie tylko zwiększa zakres stężeń komponentów możliwych do wykorzystania przy tworzeniu ME, ale również wpływa na zwiększenie ilości zsolubilizowanej wody oraz oleju w badanych układach. Zhang wraz z współautorami [43]. badali mikroemulsje do celów spożywczych na bazie monolaurynianu glicerolu (GML) o właściwościach antybakteryjnych. W skład mikroemulsji wchodziła woda, GML, etanol, poliole (glikol propylenowy, glicerol), sole (organiczne takie jak benzoesan sodu, mleczan sodu i propionian sodu oraz nieorganiczne takie jak NaCl) oraz niejonowe środki powierzchniowo czynne takie jak oksyetylenowane estry sorbitanu i estry sacharozy (SES). Autorzy stwierdzili, że alkohol etylowy w połączeniu z poliolami wpływa na zwiększenie zdolności do solubilizacji faz olejowych w badanych układach mikroemulsyjnych. Dzieje się tak za sprawą stosowanych alkoholi, które zmieniają krzywiznę międzyfazową oraz zwiększają płynność filmu utworzonego przez surfaktanty. Pomimo, że układy mikroemulsyjne zawierające SES są trudne do skonstruowania udało się to osiągnąć dzięki obecności etanolu, polioli oraz soli.

Li i współautorzy[44] badali mikroemulsje bazujące na laurynianie etylu, Tween 80 jako niejonowych surfaktantów oraz etanolu i glikolu propylenowego jako kosurfaktantów w celu opracowania odpowiedniego układu transportującego diazepam. Scharakteryzowano zachowanie się faz oraz zdolność układu do solubilizacji na podstawie wchłaniania się diapezamu z preparatów mikroemulsyjnych. Poprzez utworzenie szeregu mikroemulsji o różnych stosunkach wagowych surfaktantu / glikolu propylenowego/ etanolu zaobserwowano, że wraz ze wzrostem zawartości alkoholu i glikolu propylenowego w układzie zwiększa się obszar mikroemulsji na diagramie fazowym, stabilność, ilość zsolubilizowanej wody i fazy olejowej oraz zmniejsza się lepkość układu. Diazepam, który jest lekiem praktycznie nie rozpuszczalnym w wodzie wykazał wysoką rozpuszczalność (41mg/ml) w układzie mikroemulsyjnym składającym się z 15% laurynianu etylu, 15% wody i 70 % surfaktantu/ kosurfaktantu ( Tween 80: glikol propylenowy: etanol w stosunku wagowym 1/1:1). Ponadto zwiększeniu uległ obszar oraz szybkość wchłaniania leku. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, iż tego typu układ mikroemulsyjny może być wykorzystany do szybkiego podania diazepamu w czasie interwencyjnego leczenia stanu padaczkowego oraz innych rodzajów napadów.

1. Surfaktanty niejonowe

Światowy rynek surfaktantów w 2009 roku osiągnął wartość 24,33 bilionów dolarów i nadal się rozwija ze średniorocznym tempem wzrostu o około 2% w stosunku do roku poprzedzającego. Ponadto szacuje się, iż wzrost produkcji surfaktantów niejonowych będzie znacznie większy niż surfaktantów anionowych [45].

Surfaktanty niejonowe to grupa związków amfifilowych, których część polarna połączona jest bezpośrednio z niepolarnym łańcuchem. Część hydrofobowa związku składa się z grup alkilowych, bądź alkilowo-arylowych, natomiast część hydrofilową stanowią grupy hydroksylowe, estrowe czy ugrupowania cząsteczek tlenku etylenu. Surfaktanty niejonowe charakteryzują się tym, że nie dysocjują jonów w roztworze wodnym, dzięki czemu są kompatybilne z innymi rodzajami związków i idealnie nadają się do zastosowania w wielu handlowych produktach. W przeciwieństwie do surfaktantów jonowych, nie są wrażliwe na elektrolity (szczególnie dwuwartościowe kationy), dlatego mogą być wykorzystywane w obecności twardej bądź zasolonej wody. Niejonowe środki powierzchniowo czynne są dobrymi detergentami, środkami zwilżającymi, emulgatorami, a niektóre z nich wykazują dobre właściwości piorące. Ponadto większość z nich wykazuje małą toksyczność dlatego wykorzystywane są w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym czy kosmetycznym. Do najważniejszych grup niejonowych związków powierzchniowo czynnych zalicza się [46-47] :

• Oksyetylenowane alkohole,

• Oksyetylenowane alkilofenole,

• Oksyetylenowane kwasy tłuszczowe, estry, oleje,

• Blokowe kopolimery tlenku etylenu i propylenu

• Estry glicerolu, sorbitanu i sacharozy,

• Alkilopoliglukozydy

  1. Monoacyloglicerole

Monoacyloglicerole (MAG) i ich pochodne stanowią ok 75% światowej produkcji emulgatorów spożywczych. Są to niejonowe surfaktanty, które zasługują na szczególną uwagę ze względu na ich liczne zastosowania. Wykorzystuje się je m.in. w przemyśle spożywczym do produkcji mlecznych produktów, w przemyśle farmaceutycznym w celu rozpuszczania i uwalniania leków, w przemyśle kosmetycznym do poprawy konsystencji kremów oraz w reakcjach Maillarda by zwiększyć ich wydajność [48]. Te estrowe pochodne glicerolu i kwasów tłuszczowych stanowią główny składnik emulgatorów acyloglicerolowych. Określa się je również mianem niepełnych acylogliceroli, gdyż w ich budowie nie wszystkie grupy hydroksylowe ulegają estryfikacji kwasem tłuszczowym. Są związkami niepolarnymi, ponieważ nie posiadają ładunku w cząsteczkach. Ponadto nie rozpuszczają się w wodzie, poprzez małą zawartość tlenu w cząsteczce, który bierze udział w tworzeniu hydrofilowych grup funkcyjnych, dlatego sprawdzają się w stabilizowaniu układów zdyspergowanych typu woda w oleju. Monoacyloglicerole są natomiast rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych takich jak m.in alkohol, eter czy benzyna, a także w glikolach, olejach mineralnych i roślinnych. W celu zwiększenia ich właściwości hydrofilowych, związek ten poddaje się modyfikacji poprzez acylowanie wolnych grup hydroksylowych za pomocą kwasu cytrynowego lub mlekowego. Można również przeprowadzić reakcję oksyetylenowania wolnych grup hydroksylowych MAG dzięki czemu surfaktant ten nadaje się do stabilizowania układów olej w wodzie [48-51].

1. Otrzymywanie monoestrów kwasów tłuszczowych

W skali przemysłowej monoacyloglicerole otrzymuje się za pomocą dwóch głównych metod: poprzez glicerolizę, czyli alkoholizę tłuszczów naturalnych glicerolem, bądź za pomocą bezpośredniej estryfikacji glicerolu kwasami tłuszczowymi (Rys.5).

Rys. 5 Schemat reakcji: a) gliceroliza triacylogliceroli, b) estryfikacja glicerolu kwasami tłuszczowymi. [51]

W wyniku tych procesów oprócz pożądanego produktu jakim są moneostry kwasów tłuszczowych uzyskuje się również diacyloglicerole (DAT) i triacyloglicerole (TAG) oraz nieprzereagowane substraty reakcji. Wydajności otrzymanych produktów zależą od wielu czynników takich jak temperatura prowadzenia procesu, proporcje użytych reagentów oraz obecność bądź rodzaj użytego katalizatora. Warunki procesu są dobierane w taki sposób by otrzymać w produkcie końcowym jak największe stężenie MAG, które wykazują najwyższą aktywność powierzchniową [53]. Otrzymane produkty w wyniku omawianych procesów można dodatkowo poddać destylacji molekularnej, która pozwala na zwiększenie zawartości monoestrów w produkcie końcowym z 40-55% do ponad 90%.

1. Zastosowanie monoacylogliceroli w układach mikroemulsyjnych

Monoacyloglicerole po raz pierwszy zostały opisane w 1853 roku przez francuskiego chemika Berthelota, natomiast w przemyśle wykorzystano je dopiero w 1930 roku do produkcji margaryny [54-55]. Ogromne zainteresowanie MAG w przemyśle spowodowane jest m.in. tym, że w układach emulsyjnych typu woda w oleju tworzą na powierzchni kropli wody krystaliczny film, dzięki czemu powstaje silna bariera zapobiegająca ich koalescencji. Dodatkowo MAG zdolne są do tworzenia, w obecności wody struktur ciekłokrystalicznych. Tego typu fazy ciekłokrystaliczne oraz układy emulsyjne wykorzystywane są w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym do zwiększenia rozpuszczalności wybranych składników aktywnych, jako układy przenoszenia substancji zapachowych. Pełnią również rolę stabilizatorów, zagęstników czy nawilżaczy w różnego rodzaju kremach, środkach do demakijażu. W chemii gospodarczej wykorzystywane są do produkcji klejów, tworzyw sztucznych czy olejów [56]. Jednak największe zastosowanie monoacyloglicerole znalazły w przemyśle spożywczym, gdzie wykorzystywane są do stabilizowania emulsji, dyspergowania i regulowania konsystencji. Wpłynęły na to takie cechy monoestrów jak przede wszystkim wielofunkcyjność, nie toksyczność, bezzapachowość, bezsmakowość oraz poprawa rozpuszczalności cennych składników odżywczych [57].

W światowej literaturze pojawia się coraz więcej doniesień na temat zastosowania monoacylogliceroli do stabilizacji układów mikroemulsyjnych o przeznaczeniu kosmetycznym, farmaceutycznym czy spożywczym. Wówczas jako surfaktant stosuje się najczęściej mieszaninę monoacylogliceroli z innymi związkami powierzchniowo czynnymi bądź aplikuje się je z diacyloglicerolami.

Mikroemulsje, w których po raz pierwszy użyto monoacylogliceroli do stabilizacji, badał Constantinides wraz współautorami [58]. Opracowali mikroemulsje typu woda w oleju zawierającą średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe takie jak kwas oktanowy (C₈), kwas kaprynowy (C₁₀) oraz kwas laurynowy (C₁₂), wodę, sole sodowe oraz jako surfaktant mieszaninę mono- i diacylogliceroli. Do otrzymanych w ten sposób układów wprowadzili fluoroscencyjną kalceinę. Stwierdzono, iż adsorpcja kalceiny poprawiła się z około 2% w roztworze wodnym, do około 37% w mikroemulsji typu W/O. Ponadto obecność mieszaniny mono- i diacyloglicerydów w układzie mikroemulsyjnym wpłynęła na bardziej efektywne wchłanianie związków rozpuszczalnych w wodzie.

Mieszaniny lipidów i środków powierzchniowo czynnych są często stosowane jako rozpuszczalniki lub nośniki leków słabo rozpuszczalnych w wodzie w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym. Tworzą mikroemulsję lub emulsję po rozcieńczeniu wodą lub płynami przewodu pokarmowego, jeśli są przyjmowane doustnie. Często się oczekuje, że tego typu kompozycja lipidów z surfaktantami po rozcieńczeniu wodą utworzy układ mikroemulsyjny. Prajapati wraz z współautorami [59] badając właściwości fizykochemiczne mono-, di,-, triacylogliceroli, w celu zastosowania tych związków w lekach doustnych o niskiej rozpuszczalności w wodzie pokazał, że tworzenie mikroemulsji z tymi lipidami jest skomplikowane. Analizowali układy zawierające mono-, di- lub triacyloglicerole średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych, ester glikolu polietylenowego kwasu rycynolowgo (PEG-35 olej rycynowy) jako surfaktant oraz wodę. Do otrzymanych układów wprowadzono modelowy lek (danazol). Badania pokazały , iż w wielu układach lipidy /surfaktant otrzymano makroemulsje zamiast mikroemulsji. Ponadto uzyskano żel oraz fazy ciekłokrystaliczne (LC) w przypadku gdy zastosowano DAG i TAG. Obszar mikroemulsji udało się poszerzyć o zakres wcześniej tworzącego się regionu LC i żelu poprzez połączenie monoacyloglicerolu z diacyloglicerolem lub triacyloglicerolem w stosunku 1:1. Jednakże uznano, że tworzenie żelu może być pożądane gdy kompozycję stosuje się miejscowo lub podaje się do jamy ciała np. nosa. Stwierdzono również, iż układy zawierające w swej kompozycji mieszaninę lipidów charakteryzuje się lepsza dyspersja oraz biodostępność leku.

Badaniami nad stopniem solubilizacji leków hydrofilowych i lipofilowych w układach mikroemulsyjnych stabilizowanych za pomocą mieszaniny mono- i diacylogliceroli zajmowali się również Sari i współtwórcy [60]. Do otrzymanych układów wprowadzali lek hydrofilowy oraz lipofilowy a następnie oznaczali ich rozpuszczalność za pomocą analizy HLPC. W wyniku badań zaobserwowali, iż leki poddane eksperymentom znacznie lepiej rozpuszczały się w układach mikroemulsyjnych, w porównaniu do równowagowych układów wodnych. Stwierdzili, że wykonane w ten sposób mikroemulsje mogą być wykorzystane w przemyśle farmaceutycznym do kontrolowanego przenoszenia substancji aktywnych.

Badaniami nad układami do przezskórnego dostarczania leków hydrofilowych i hydrofobowych w układach mikroemulsyjnych, zawierających mono- i diacyloglicerol zajmowali się Hosmer wraz z współautorami [61]. Mikroemulsje składały się z mieszaniny surfaktantów, którą stanowiły mono- i diacyloglicerole, polisorbat 80 oraz glikol propylenowy, diacetylenowane monoacyloglicerole z oleju sojowego użyto jako fazę olejową oraz wodę jako fazę wodną. Do otrzymanych mikroemulsji o różnych stężeniach mieszaniny związków powierzchniowo czynnych, wprowadzono lipofilowy progesteron oraz hydrofilową adenozynę. Podsumowując otrzymane wyniki stwierdzono, że mikroemulsje zawierające mono- i diacyloglicerole, mogą zostać wykorzystane jako preparaty do kontrolowanego, transdermalnego przenoszenia związków zarówno hydrofilowych, jak i lipofilowych, pod względem ilościowym i jakościowym. Ponadto, dowiedli, że zwiększenie stężenia mieszaniny surfaktantów w układzie ma różny wpływ na przenikanie przez skórę badanych leków. Wraz ze wzrostem stężenia mieszaniny związków powierzchniowo czynnych w mikroemulsji zwiększył się obszar przezkórnego dostarczenia leków hydrofilowych. Natomiast, w przypadku układów z lipofilowym lekiem, tego typu zależności nie obserwowano.

Fu i współautorzy [62], prowadzili badania nad zwiększeniem biodostępności, a tym samym polepszenia właściwości przeciwbakteryjnych trudno rozpuszczalnego w wodzie monolaurynianu glicerolu, poprzez wprowadzenie tego związku do układu mikroemulsyjnego. Mikroemulsje składały się z monolaurynianu glicerolu stanowiącego fazę olejową, z Tween 20 i Tween 80 pełniących rolę surfaktantów, oraz krótko- i średniołańcuchowych alkoholi (C₂, C₅, C₈), których użyto jako kosurfaktanty. Testowano wpływ stosunku surfaktantu do kosurfaktantu na trwałość tworzonych układów mikroemulsyjnych. Badano również jaki wpływ ma wprowadzenie do układu dodatkowego związku w postaci sorbitanu potasu, na obszar występowania mikroemulsji typu O/W na diagramie fazowym. Wyniki wykazały, iż najbardziej stabilne były mikroemulsje, w których stosunek wagowy surfaktantu do kosurfaktantu wynosił 3:2. Ponadto zaobserwowano, że wraz ze wzrostem stężenia sorbitanu potasu zwiększa się obszar charakteryzujący mikroemulsje na diagramie fazowym. Dowiedziono również, że monolaurynian glicerolu wprowadzony do mikroemulsji wykazuje dużo większą aktywność antybakteryjną w porównaniu gdy występuje w wolnej formie.

Możliwościami zastosowania monoacylogliceroli w układach mikroemulsyjnych zajmowała się Szumała [52]. Na podstawie swych badań dowiodła, iż mikroemulsje otrzymane w temperaturach: 50, 55 i 60 ^oC stabilizowane za pomocą czystych monoacylogliceroli i zawierające węglowodory C₁₂, C₁₄, C₁₅ i C₁₆ jako fazę olejową oraz kosurfaktant w postaci glikolu propylenowego, charakteryzowały się maksymalną zawartością fazy wodnej równą 16,7% przy udziale 66,7% mieszaniny MAG :GP (1:1). Najszerszy zakres stężeń poszczególnych komponentów, przy użyciu których możliwe było utworzenie ME, otrzymano przy zastosowaniu temperatury 60^oC oraz heksadekanu jako fazy olejowej. Ponadto, możliwe było utworzenie trwałych ME, stabilizowanych za pomocą MAG oraz zawierających fazy olejowe w postaci oleju parafinowego oraz jego mieszaniny z olejami roślinnymi, których skład jakościowy i ilościowy pozwala na ich wykorzystanie w przemyśle farmaceutycznym czy kosmetycznym. Opracowano również wyniki badań dowodzące, iż MAG w mieszaninie z surfaktantem dodecylosiarczanem sodu zwiększa solubilizację wody.

1. Oksyetylenowane alkohole tłuszczowe

Oksyetylenowane alkohole tłuszczowe są główną klasą niejonowych środków powierzchniowo czynnych, które są szeroko stosowane w detergentach piorących oraz innych gałęziach przemysłu. Mogą być stabilizatorami emulsji, solubilizatorami dla olejków perfumeryjnych czy witamin rozpuszczalnych w olejach oraz czynnikami natłuszczającymi. Ponadto, należą do substancji wysoko biodegradowalnych, o małym stopniu toksyczności, dobrze tolerowanych przez skórę, niewrażliwych na twardą wodę, stabilnych w szerokim zakresie pH oraz doskonale czyszczących. Są idealnymi zamiennikami wielu znacznie bardziej nieprzyjaznych dla człowieka związków jak np. etoksylenowanych alkilofanoli. Budowę typowego oksyetylenowanego alkoholu przedstawia rysunek poniżej [63,64].

Rys. 6 Budowa alkoholu oksyetylowanego, gdzie x wynosi: 7 – 17; n wynosi: 1 - 100 [5]

Część hydrofilową stanowi ugrupowanie cząsteczek tlenku etylenu połączone poprzez wiązania eterowe z częścią hydrofobową, którą jest liniowy lub rozgałęziony i/lub nienasycony łańcuch alkoholu tłuszczowego, pochodzenia naturalnego bądź syntetycznego. Alkohole pochodzenia naturalnego są liniowe i zawierają tylko parzystą liczbę atomów węgla w łańcuchu, między C₁₂ a C₁₈. Mieszaniny petrochemiczne mogą zawierać parzystą bądź nieparzystą liczbę atomów węgla w łańcuchu i są albo liniowe albo rozgałęzione w zależności od składu surowca olefinowego. Zazwyczaj są one liniowe i zawierają od 1 do 15 atomów węgla w cząsteczce [64]. W zależności od długości oraz rodzaju łańcucha alkilowego, produkty oksyetylenowania alkoholi tłuszczowych wykazują konsystencję od płynnej do woskowatej, a także mogą znacznie różnić się stopniem powinowactwa do fazy wodnej i olejowej. Stopień powinowactwa tych produktów do fazy wodnej jest regulowany liczbą fragmentów oksyetylenowych. Najczęściej występują reszty hydrofobowe o łańcuchu nierozgałęzionym, o liczbie atomów węgla między osiem a osiemnaście. Możliwe jest również stosowanie mieszaniny alkoholi o różnych, choć zbliżonych długościach łańcucha np. C₁₂-C₁₄ czy C₁₆- C₁₈ [65].

1. Otrzymywanie oksyetylenowanych alkoholi tłuszczowych

Pierwszorzędowe alkohole pochodzenia naturalnego czy też syntetycznego wytwarza się zazwyczaj po przez umiarkowane uwodornianie kwasów tłuszczowych czyli przez tzw. katalityczną hydrogenolizę, którą prowadzi się w temperaturze 150 ^oC, pod ciśnieniem 50 atm H2, katalizowaną przez chromian miedzi. Można je również otrzymać przez kontrolowane utlenianie parafin lub poprzez hydroformylowanie olefin metodą Zieglera zwaną również procesem OXO, gdzie dodanie wodoru i tlenku węgla do olefin prowadzi się z użyciem katalizatora kobaltowego a sam proces wymaga wysokich temperatur i dużego ciśnienia (Rys.7).

Rys. 7 Schemat reakcji hydroformylowania olefin metodą Zieglera [66].

Drugorzędowe alkohole, w których grupy hydroksylowe przyłączone są do drugiego atomu węgla w łańcuchu alkilowym, otrzymywane są poprzez hydratacje α-olefin w środowisku kwasu siarkowego.

Otrzymane w ten sposób alkohole tłuszczowe poddaje się reakcji z tlenkiem etylenu w obecności katalizatorów zasadowych bądź kwasowych. Polikondensacje tlenku etylenu z bezwodnym alkoholem w obecności zasadowego katalizatora takiego jak np. wodorotlenek sodu czy potasu, prowadzi się w warunkach beztlenowych, a w wyniku reakcji otrzymuje się produkty o różnym stopniu etoksylowania (Rys. 8). Zastosowanie katalizatora kwasowego, takiego jak kwasy Lewisa czy też katalizatory Friedla- Craftsa umożliwiają uzyskanie mieszaniny produktów o wąskim spektrum stopnia etoksylacji, jednak równocześnie powstaje wiele produktów ubocznych [66].

Rys. 8 Schemat reakcji polikondensacji tlenku etylenu z bezwodnym alkoholem [66].

1. Zastosowanie oksyetylenowanych alkoholi w układach mikroemulsyjnych

Oksyetylenowane alkohole tłuszczowe zostały wprowadzone do przemysłowego użytku w 1940 roku. Są szeroko rozpowszechnione w przemyśle farbiarskim, rafineryjnym czy w rolnictwie. Także, choć na mniejszą skalę związki te są wykorzystywane w biotechnologii oraz w przemyśle farmaceutycznym w celu zwiększenia rozpuszczalności w wodzie, słabo trawionych przez organizm niepolarnych związków organicznych. Jednak zdecydowanie największy udział oksyetylenowanych alkoholi zaobserwować można w produktach chemii gospodarczej jako środków czystości czy produktach ochrony osobistej, takich jak np. szampony [67]. Wykorzystywane są w produkcji proszków do prania nie tylko dlatego, ze mają doskonałe właściwości czyszczące, ale również ze względu na obniżanie zdolności pianotwórczych proszków, co jest szczególnie wskazane w przypadku kompozycji zawierających surfaktanty anionowe charakteryzujące się tendencją do nadmiernego produkowania piany[68]. Ponieważ oksyetylenowane alkohole tłuszczowe są kompatybilne praktycznie ze wszystkimi związkami powierzchniowo czynnymi, wykorzystywane są w każdego rodzaju produktach myjących do zastosowania domowego, komunalnego jak i przemysłowego[67]. Szerokie wykorzystanie tych związków w przemyśle kosmetycznym wynika z ich łagodnego charakteru względem skóry oraz doskonałych właściwości zwilżających, dlatego są m.in. często spotykane w preparatach do higieny intymnej[64]. Różnorodność zastosowania oksyetylenowanych alkoholi wiąże się z faktem, iż ich właściwości są zależne od długości łańcucha hydrofobowego, stopnia etoksylacji oraz wyjściowych właściwości alkoholu tłuszczowego. Rozpuszczalność alkoholu w wodzie wiąże się z asocjacją wody z tlenkiem etylenu i jest tym większa, im dłuższa jest część składająca się z cząsteczek oksiranu i im krótszy jest łańcuch hydrofobowy[60].

Ponieważ oksyetylenowane alkohole tłuszczowe nie mają działania mutagennego, toksycznego oraz nie podrażniają skóry spotykane są w wielu produktach codziennego użytku. Jednak związki te nie są obojętne dla środowiska naturalnego. Wynika to z faktu, iż niektóre produkty z rozkładu etoksylenowanych alkoholi są niekorzystne dla organizmów wodnych [70]. Dlatego też szuka co raz to nowych możliwości ich biodegradacji. Przykład stanowi praca Szymańskiego i jego współpracowników [69], którym udało się zbiodegradować w 98,5% oksyetylenowany alkohol C₁₂EO₁₀ za pomocą aktywowanego osadu.

Ze względu na liczne zastosowania oksyetylenowanych alkoholi tłuszczowych w wielu gałęziach przemysłu oraz ich charakterystyczne cechy, wzrosło zainteresowanie otrzymywania układów mikroemulsyjnych przy ich udziale.Ismail i współautorzy [71] zajmowali się układami mikroemulsyjnymi, które mogłyby zastąpić istniejące na rynku konwencjonalne środki czystości. W tym celu otrzymali mikroemulsje zawierające olej palmowy jako fazę olejową, 1,2-heksanodiol jako kosurfaktant oraz mieszaninę oksyetylenowanych alkoholi tłuszczowych oraz estrów metylowych kwasów tłuszczowych jako surfaktant. Utworzone w ten sposób układy wykazywały właściwości usuwania zabrudzeń oleistych jak i wodnych oraz działały odstraszająco na insekty. Dawały znacznie lepsze rezultaty niż tradycyjne sproszkowane preparaty czyszczące oraz nadawały czyszczonej powierzchni lśniący połysk. Ponadto tak skomponowane układy mikroemulsyjne można było uzupełnić innymi składnikami aktywnymi takimi jak np. naturalnymi środkami odstraszającymi owady, środkami dezynfekcyjnymi czy substancjami zapachowymi.

Szumała i Szeląg [72] określiły wpływ temperatury, NaCl oraz fazy olejowej (węglowodory C₈-C₁₆) na tworzenie oraz solubilizację wody w układach stabilizowanych mieszaniną monoacylogliceroli i oksyetylenowanymi alkoholami tłuszczowymi. Działanie mieszaniny środków powierzchniowo czynnych w tych układach badano w trzech temperaturach (50,55, 60^oC) oraz udziale różnych stężeń roztworów NaCl ( 0,5,2, 11%). Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że mieszanina monoacylogliceroli i oksyetylenowanych alkoholi powoduje zwiększenie solubilizacji wody (30-32%) w układzie i umożliwia tworzenie mikroemulsji typu U. Powstające mikrostruktury oraz wielkość kropel mikroemulsji były zależne od zawartości oksyetylenowanych alkoholi. Ponadto tego typu kompozycje mogą być wykorzystane w środkach piorących i zastąpić tradycyjne produkty.

Junyaprasert i współautorzy [73] badali właściwości fizykochemiczne mikroemulsji bazujących na polioksyetylenowanych alkoholach typu O/W i W/O. Układy obciążone lekami porównano do ich „pustych” odpowiedników w celu zbadania wpływu rodzaju mikroemulsji na przenikanie przez skórę substancji hydrofobowych i ich hydrofilowych soli. Układy składały się z palmitynianu izopropylu (IPP)/ wody/ Brij 97/ 1-butanolu. Charakteryzowano je na podstawie wyglądu, pH, współczynnika załamania światła, przewodności elektrycznej oraz lepkości. Na podstawie badań stwierdzono, iż właściwości fizykochemiczne mikroemulsji zawierające leki były podobne do układów placebo. Ponadto włączenie modelowych leków do mikroemulsji nie spowodowało zmiany jej typu. Zwiększony efekt przenikania leku przez skórę zaobserwowano jedynie w przypadku mikroemulsji typu O/W, do których wprowadzono substancje hydrofobowe, a przepuszczalność przez skórę była wysoce zależna od masy cząsteczkowej modelowego leku.

1. Część doświadczalna

   1. Stosowane materiały

Do utworzenia układów mikroemulsyjnych wykorzystano następujące komponenty:

Faza olejowa: heksadekan (C₁₆H₃₄)

• producent : SIGMA ALDRICH (Niemcy)

• czystość: 99%

Faza wodna: woda destylowana

Surfaktanty niejonowe

• monoacyloglicerole (MAG)

• producent: KERRY BIO-SCIENCE (Holandia)

• nazwa handlowa: MYVEROL RX GMS 95P

• zawartość monoacylogliceroli minimum 93,8%, zawartość wolnych kwasów tłuszczowych 5,9% , glicerolu 0,3%,

• masa molowa: M_śr.= 341,4 [g/ml]

• temperatura topnienia: 55^oC

• liczba kwasowa: maksymalnie 6 [mg KOH/g]

• liczba tłuszczowa: 150-165[mg KOH/g]

• Oksyetylenowane alkohole (CEO₂₀)

• producent: CHEMCO Sp. z o.o. (Polska)

• nazwa handlowa: CHEMAL EO20

• skład chemiczny: oksyetylenowane alkohole tłuszczowe: długość łańcucha węglowodorowego: C₁₆-C₁₈ ,zawartość grup oksiranowych:20

Kosurfaktanty:

• glikol propylenowy (GP):

• producent: POCH S.A. (Polska)

• nazwa chemiczna: 1,2- propanodiol

• wzór chemiczny: C₃H₈O₂

• masa molowa:76,1 [g/mol]

• czystość: minimum 99,5%

• etanol (EtOH):

• producent: P.P.H „STANLAB” Sp.J. (Polska)

• wzór chemiczny: C₂H₆O

• czystość: 96%

  1. Otrzymywanie mikroemulsji

Układy mikroemulsyjne przygotowano w termostatowanej kolbie trójszyjnej, do której wprowadzono fazę olejową, mieszaninę niejonowych surfaktantów oraz glikol propylenowy. Po odważeniu komponentów kolbę umieszczano w łaźni wodnej i ogrzewano do temperatury 60^oC. Układ emulgowano za pomocą mieszadła mechanicznego z końcówką typu półksiężycowego, ze stałą prędkością wynoszącą 300 obr/ min. Następnie, przy stałej kontroli temperatury (± 1^oC) i przy ciągłym mieszaniu do układu wkraplano po 0,5 ml fazy wodnej (mieszanina wody destylowanej i etanolu w odpowiednich stosunkach wagowych) do momentu osiągniecia maksymalnej solubilizacji wody. Po dodaniu porcji fazy wodnej pobierano próbkę układu na metalową szpatułkę i wizualnie dokonywano oceny jej transparentności. Gdy układ pozostawał całkowicie przezroczysty, oznaczany zostawał jako mikroemulsja (ME). W niektórych przypadkach, wraz ze wzrostem udziału fazy wodnej, układy wyróżniały się znacznym wzrostem lepkości. Struktury te określano jako fazy ciekłokrystaliczne i oznaczano na diagramie fazowym symbolem LC. W momencie, gdy układ przestawał być transparentny oznaczano go jako emulsja (E).

Wykonano 8 serii układów mikroemulsyjnych. Otrzymane serie układów różniły się stosunkiem wagowym wody destylowanej do etanolu ( H2O: EtOH % ) oraz stosunkiem wagowym niejonowych surfaktantów (90:10 i 80:20% MAG:CEO₂₀) , co przedstawiają dane w Tabeli 1.

Tab. 1 Wagowe proporcje mieszaniny niejonowych surfaktantów oraz fazy wodnej i etanolu w tworzonych seriach układów.

Nr serii	MAG:CEO20 [%]	H2O:EtOH [%]
1
2
3	90 : 10	70:30
4
5
6
7	80 : 10	60:40
8

Każda seria to 9 układów różniące się od siebie stosunkiem fazy olejowej do mieszaniny surfaktantów i glikolu propylenowego O/S+GP (olej/surfaktanty + glikol propylenowy), które wynosiły kolejno 10/90, 20/80, 30/70, 40/60, 50/50, 60/40, 70/30, 80/20, 90/10. Stosunek mieszaniny niejonowych surfaktantów do glikolu propylenowego równy był 1:1 w każdym układzie.

1. Wyniki badań

Na podstawie prac zreferowanych w przeglądzie literaturowym, można wnioskować, iż poliole oraz etanol użyte jako kosurfaktanty, mogą wpływać na zwiększenie stopnia solubilizacji fazy wodnej w mikroemulsjach. W celu potwierdzenia tej tezy zbadano możliwości otrzymywania układów składających się z MAG i CEO₂₀, heksadekanu (C₁₆H₃₄), GP oraz wody w kompozycji z alkoholem etylowym, a wyniki porównano z danymi dla mikroemulsji nie zawierających etanolu.

1. Otrzymywanie mikroemulsji stabilizowanych mieszaniną monoacylogliceroli i oksyetylenowanych alkoholi bez udziału etanolu.

W literaturze dostępne są informacje na temat mikroemulsji stabilizowanych badaną mieszaniną MAG:CEO20. Dane zawarte na diagramie fazowym (Rys. 9) obrazują zakres występowania ME dla układów składających się z C₁₆H₃₄/ MAG:CEO₂₀/ GP(1:1)/H₂O w zależności od ilości poszczególnych komponentów wchodzących w ich skład. W przypadku mikroemulsji nie zawierających etanolu maksymalna zawartość zsolubilizowanej wody wynosi kolejno 25% i 30,2% dla układów stabilizowanych mieszaniną niejonowych surfaktantów MAG:CEO₂₀ w stosunku wagowym 90:10 i 80:20. Ponadto, układy o dużej zawartości związków powierzchniowo czynnych oraz małym stężeniu heksadekanu charakteryzują się występowaniem fazy ciekłokrystalicznej (LC). Porównując obszar mikroemulsyjny układów stabilizowanych za pomocą MAG:CEO₂₀ w stosunku wagowym 90:10 oraz 80:10 zaobserwować można, że zwiększenie udziału oksyetylenowanych alkoholi w mieszaninie surfaktantów powoduje znaczne zwiększenie obszaru występowania ME na diagramie, czyli powoduje wzrost zdolności układu do solubilizacji wody [52].Rys. 9 Trójkąt Gibbsa układów mikroemulsyjnych zawierających jako fazę olejową heksadekan, MAG:CEO₂₀ o stosunku masowym 90:10 i 80:20(%), w którym fazę wodną stanowiła woda destylowana, gdzie ME oznacza mikroemulsję, a LC fazę ciekłokrystaliczną [52].

1. Otrzymywanie mikroemulsji stabilizowanych mieszanina monoacylogliceroli i oksyetylenowanych alkoholi z udziałem zmiennych ilości etanolu w stosunku do fazy wodnej.

Zgodnie z celem pracy otrzymano układy mikroemulsyjne stabilizowane za pomocą mieszaniny niejonowych surfaktantów MAG:CEO₂₀ w stosunku wagowym 90:10, zawierające heksadekan (C₁₆H₃₄) jako fazę olejową, glikol propylenowy (GP) jako kosurfaktant oraz mieszaninę wody destylowanej z etanolem (H₂0:EtOH) jako fazę wodną. Mikroemulsje sporządzono stosując następujące stosunki wagowe wody do etanolu H₂O:EtOH (% wag.): 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60.

Pierwszą i drugą serię stanowiły układy, w których stosunki wagowe H₂O:EtOH wynosiły odpowiednio 90:10 oraz 80:20. Diagramy (Rys 10 i Rys.11) przedstawiają zakres występowania ME w zależności od ilości komponentów wchodzących w ich skład oraz od stosunku wagowego wody do etanolu.

Rys. 10 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 10%EtOH i 90:10 % MAG: CEO20.

.

Rys. 11 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 20% EtOH i 90:10 % MAG: CEO₂₀.

Z danych zawartych na Rys.10 oraz Rys.11 wynika, iż układy o niskiej zawartości fazy olejowej oraz wysokim stężeniu mieszaniny surfaktantów (O/S+GP o stosunku wagowym 10/90) charakteryzują się występowaniem fazy ciekłokrystalicznej (LC). Wraz ze wzrostem udziału etanolu w układzie, zauważyć można zmniejszenie obszaru LC a jego miejsce zastępuje układ mikrozdyspergowany. Ponadto, wraz ze wzrostem ilości fazy wodnej następują kolejne przemiany fazowe tj. LC → ME. Podobnego efektu nie obserwuje się w przypadku ME skomponowanej bez dodatku etanolu, w którym faza ciekłokrystaliczna przekształca się w emulsję wraz ze zwiększeniem ilości wody. Zwiększenie stężenia krótkołańcuchowego alkoholu z 10% do 20 % wagowych w stosunku do wody powoduje nieznaczne zwiększenie obszaru występowania ME na diagramie fazowym.

Tab. 2 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H2O:EtOH wynosiły odpowiednio 100:0, 90:10 i 80:20 (% wag.) dla układów zawierających maksymalne ilości zsolubilizowanej wody. .

O/S+GP [% wag.] C16H34/ (MAG:CEO20) +GP	H20:EtOH 90:10 [% wag.]
	H2O [%]
10/90	44,4
20/80	26,8
H2O : EtOH 80:20 [% wag.]
10/90	43,6
20/80	31,5
H2O :EtOH 100:0 [% wag.]
20/80	25

Procentową zawartość komponentów w otrzymanych mikroemulsjach oraz w ME utworzonej bez udziału etanolu przedstawia Tabela 2. Maksymalna zawartość wody w układzie, w którym zastosowano stosunek wagowy H₂O:EtOH równy 90:10 (% wag.) wynosiła 44,4% przy zawartość mieszaniny surfaktantów wynoszącej 22,8%. Dla układu w którym wykorzystano stosunek wagowy H₂O: EtOH równy 80:20 (%wag.) maksymalna zawartość wody to 43,6 % przy ilości surfaktantów wynoszącej 20,5%. Jednak w układach tych obserwowano występowanie fazy ciekłokrystalicznej. Wysokie zawartości wody uzyskano również w przypadku mikroemulsji, w których stosunek wagowy O/S+GP wynosił 20/80. Ilość zsolubilizowanej wody wynosiła 26,8% i 31,5% dla układów, w których udział etanolu równy był odpowiednio 10 i 20% wag. Otrzymane dane wskazują, że już nieznaczny wzrost udziału alkoholu etylowego w układzie powoduje zwiększenie zdolności układu do solubilizacji wody, ponieważ w przypadku mikroemulsji otrzymanych bez dodatku krótkołańcuchowego alkoholu maksymalna zawartość wody wynosiła 25% (Rys.9).

Kolejne serie mikroemulsji, które zostaną omówione stanowią układy o tym samym składzie surfaktantów, kosurfaktantu oraz fazy olejowej. Różnią się one stosunkiem wody do etanolu, który wynosił odpowiednio 70:30 oraz 60:40.

Rys. 12 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierającyh 30% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 90:10.

Rys. 13 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 40% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ 90:10(% wag.).

Na podstawie otrzymanych danych (Rys.12 i Rys.13) obserwuje się całkowity zanik fazy ciekłokrystalicznej w mikroemulsjach zawierających powyżej 30% etanolu. Ponadto, układ zawierający duże stężenia mieszaniny S+GP (O/S+GP 10/90 % wag.) nie zmienił swojego transparentnego wyglądu podczas miareczkowania 30% roztworem etanolu, przez co niemożliwe stało się zbadanie punktu końcowego miareczkowania. Dlatego stwierdzono, że układ ten miesza się z fazą wodną bez ograniczeń.

Analizując trójkąty Gibbsa z Rys.12 i Rys.13 można zauważyć, iż wraz ze wzrostem stężenia etanolu w układzie zwiększa się zakres występowania obszaru ME na diagramie fazowym. Porównując wyżej omawiane układy (Rys. 12 i Rys13.) z mikroemulsjami, w których fazę wodną stanowiła jedynie woda destylowana (Rys.9.) widać że już 30% udział alkoholu etylowego pozwolił na całkowite wyeliminowanie fazy ciekłokrystalicznej, zwiększenie zakresu występowania ME na diagramie fazowym oraz zminimalizowanie użycia związków powierzchniowo czynnych kosztem zwiększenia udziału fazy wodnej i olejowej.

Tab. 3 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H₂O:EtOH wynosiły odpowiednio 70:30 i40:60 (% wag.), a stosunek masowy MAG:CEO₂₀ wynosi 90:10 (% wag.).

O/S+GP [% wag.] C16H34/ (MAG:CEO20) +GP	H20:EtOH 70:30 [% wag.]
	H20 [%]
20/80	38,5
30/70	21,7
H2O:EtOH 60:40 [% wag.]
20/80	30,4
30/70	25,2

Z danych zawartych w Tabeli 3 wynika, iż maksymalna ilość zsolubilizowanej wody w układach, w których zastosowano 30% (wag.) roztwór EtOH wynosi 38,5% (przy zawartości surfaktantów 18%) i odpowiednio 30,4% (przy zawartości surfaktantów 19,8%) w układzie z udziałem 40% (wag.) EtOH. Ponadto udało się osiągnąć wysokie zawartości wody i fazy olejowej przy stosunkowo niskiej ilości związków powierzchniowo czynnych. Takie wyniki otrzymano dla układów, w których stosunek wagowy O/S+GP wynosił 30/70. W przypadku mikroemulsji zawierającej 30% EtOH (wag.) zawartość wody wynosiła 21,7%, fazy olejowej 20,7%, a mieszaniny surfaktantów 18%. Układ utworzony przy udziale 40% (wag.) roztworu etanolu solubilizował 25,2% wody, 17,4% fazy olejowej przy zawartości surfaktantu wynoszącej 20,3%. Jak widać wyższe stężenie alkoholu etylowego w układzie pozwoliło na zwiększenie zdolności układu do solubilizacji wody oraz na poszerzenie zakresu stężeń użytych komponentów do tworzenia ME.

Zgodnie z programem badań otrzymano również układy mikroemulsyjne, w których stosunek wagowy H₂O:EtOH wnosił 50:50 ( %wag.) i 40:60 (% wag.) przy użyciu tej samej, jak wyżej opisanej mieszaniny jakościowej i ilościowej O/S+GP.

Rys. 14 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 50% EtOH i 90:10 % MAG: CEO₂₀.

Rys. 15 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 60% EtOH i 90:10 % MAG: CEO₂₀.

Na podstawie otrzymanych danych można zauważyć, że układ, w którym użyto 50% roztwór etanolu (Rys.14) charakteryzował się największym obszarem występowania ME na diagramie fazowym. Ponadto zbyt duży udział krótkołańcuchowego alkoholu (EtOH 60%wag.) prowadził do zmniejszenia regionu ME co widać porównując Rys. 14. i Rys.15. Układy o wysokiej zawartości monoacylogliceroli i oksyetylenowanych alkoholi (O/S+GP 10/90,20/80 % wag.) nie zmieniły swojego transparentnego wyglądu podczas ich miareczkowania 30% i 60% roztworem etanolu. Podobnie jak miało to miejsce w przypadku serii układów, gdzie stosunek wagowy H₂O:EtOH wynosił 70:30 % wag. (Rys.12) nie udało się zbadać punktu końcowego miareczkowania, a kompozycja wody i etanolu (H₂O:EtOH 50:50, 40:60 %wag) mieszała się bez ograniczeń z pozostałymi składnikami układów.

Tab. 4 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H₂O:EtOH wynosiły odpowiednio 50:50 i 40:60 (% wag.), a stosunek masowy MAG:CEO₂₀ wynosi 80:20 (% wag).

O/S+GP [% wag.] C16H34/ (MAG:CEO20) +GP	H20:EtOH 50:50 [% wag.]
	H20 [%]
30/70	34,1
40/60	10,8
H2O:EtOH 40:60 [% wag.]
20/80	25,0
30/70	11,9

Z danych zebranych w Tabeli 4 wynika, iż maksymalna zawartość wody w mikroemulsji wynosi 34,1% i 25% ( przy zawartości surfaktantów 11,1 % i 15%) dla układów, w których udział EtOH wynosił kolejno 50 i 60%. W przypadku mikroemulsji, gdzie stosunek wagowy H₂O: EtOH wynosił 50:50 (% wag.) a O/S+GP 40/60 (%wag.) uzyskano wysoki stopień zsolubilizowanej fazy olejowej. Zawartość oleju równa była 31,4%, jednak ilość wody wynosiła wtedy jedynie 10,8% . Natomiast układ, w którym udział EtOH wynosił 60% wag. (O/S+GP 30/70 %wag.) był zdolny do zsolubilizowania 21,1% oleju i 11,9% wody. Taki wynik może wiązać się z faktem, iż zbyt wysokie stężenie krótkołańcuchowego alkoholu może wpływać niekorzystnie na zdolność układu do solubilizacji dużych ilości wody.

Z technologicznego punktu widzenia, szczególnie w przemysłach spożywczym, kosmetycznym czy farmaceutycznym, dąży się do zmniejszenia ilości surfaktantów przy tworzeniu układów mikroemulsyjnych. Z drugiej strony, ważne jest by ME charakteryzowały się wysoką zdolnością do solubilizacji poszczególnych faz. Serie układów mikroemulsyjnych, w których zastosowano 40% oraz 50 % roztwór etanolu dały najbardziej zadawalające wyniki podczas badań. Nie tylko dlatego, iż otrzymano nieporównywalnie większy obszar ME na diagramie fazowym w porównaniu do układów gdzie fazę wodną stanowiła jedynie woda destylowana, ale również uzyskano dużo wyższe zawartości zsolubilizowanej wody przy niższych stężeniach mieszaniny surfaktantów. Ponadto seria mikroemulsji, w których ilość krótkołańcuchowego alkoholu sięgała 40% wagowych, pozwoliła na otrzymanie układów w znacznie szerszym zakresie stężeń przy dużej zawartości fazy olejowej jak i wody kosztem udziału mieszaniny surfaktantów. Dlatego też właśnie te dwa układy, w których stosunek wagowy H₂O:EtOH wynosił 40:60 oraz 50:50 wykorzystano w dalszych badań.

1. Mikroemulsje zawierające zwiększony udział oksyetylenowanych alkoholi w mieszaninie z monoacyloglicerolami otrzymywane przy udziale etanolu

W celu scharakteryzowania wpływu stężenia oksyetylenowanych alkoholi na solubilizację wody w mikroemulsyjnych podjęto próby zwiększenia udziału masowego tego związku w stosunku do monoacylogliceroli. Otrzymano serie układów, w których stosunek wagowy MAG:CEO₂₀ wynosił 80:20, a H₂0:EtOH 60:40 oraz 50:50 (% wag.). Stężenia alkoholu etylowego wybrane zostało na podstawie wyników uzyskanych we wcześniejszych badaniach, gdyż przy takim udziale etanolu uzyskano najbardziej optymalne składy.

Rys. 16 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 40% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 90:10 i 80:20.

Analizując serie układów przedstawionych na Rys.16, w których udział alkoholu etylowego wynosi 40% wagowych można zauważyć, iż wzrost ilości oksyetylenowanych alkoholi w stosunku do monoacylogliceroli wpłynął na zwiększenie obszar zajmowany przez mikroemulsje. Zwiększeni ilości CEO₂₀ z 10 do 20% spowodowało, że układ O/S+GP o stosunku wagowym 10/90 mieszał się bez ograniczeń z kompozycją wody i etanolu. Spowodowało to automatycznie zwiększenie regionu ME w obszarze układów O/S+GP o stosunku wagowym 10/90÷40/60. Natomiast w przypadku mikroemulsji z większym udziałem fazy olejowej (O/S+GP o stosunku wagowym 50/50÷80/20) zaobserwowano

obniżenie zdolności układu do solubilizacji wody

Rys. 17 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 50% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 90:10 i 80:20.

Z danych zawartych na Rys. 17 wynika, iż wzrost zawartości oksyetylenowanych alkoholi z 10 do 20% wag. w przypadku układów o 50 % stężeniu EtOH, praktycznie nie wpłynął na obszar zajmowany przez ME na diagramie fazowym. Podobnie jak to miało miejsce w przypadku tworzenia mikroemulsji stabilizowanej za pomocą MAG:CEO₂₀ 90:10 (% wag.), w układach o dużej zawartości surfaktantów i glikolu propylenowego (O/S+GP 10/90,20/80% wag.), nie obserwowano punktu końcowego miareczkowania.

Rys. 18 Trójkąt Gibbsa dla ME stabilizowanych mieszaniną MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 80:20.

Porównując ze sobą wszystkie układy (Rys.18), w których stosunek MAG:CEO₂₀ wynosił 80:20 % wag. można zauważyć, iż udział etanolu (zarówno 40% jak i 50%) pozwolił na znaczne poszerzenie obszaru mikroemulsyjnego, szczególnie w rejonie prawego dolnego rogu trójkąta. Ponadto udało się całkowicie wyeliminować region LC oraz zwiększyć zdolność układu do solubilizacji większych ilości wody oraz fazy olejowej kosztem zmniejszenia stężenia surfaktantów.

Tab. 5 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H₂O:EtOH wynosiły odpowiednio 60:40,50:50 i 100:0 (% wag.), a stosunek masowy MAG:CEO₂₀ wynosi 80:20 (% wag.).

MAG:CEO20 [% wag.]	O/S+GP [% wag.]	H20 [%]	EtOH [%]	MAG:CEO20 [%]	GP [%]	C16H34 [%]
H2O:EtOH 40:60 [%wag.]
80:20	20/80	44,4	29,6	10,4	10,4	5,2
	30/70	37,6	25	13,1	13,1	11,2
	40/60	33,3	22,2	13,3	13,3	17,8
90:10	20/80	30,4	20,2	19,8	19,8	9,9
	30/70	25,2	16,8	20,3	20,3	17,4
	40/60	21,3	14,2	19,4	19,4	25,8
H2O:EtOH 50:50 [%wag.]
80:20	30/70	21,8	21,8	19,7	19,7	16,9
	40/60	10,8	10,8	23,5	23,5	31,4
90:10	30/70	34,1	34,1	11,1	11,1	9,5
	40/60	10,8	10,8	23,5	23,5	31,4
H2O:EtOH 100:0 [%wag.]
80:20	20/80	30,2	-	27,9	27,9	14
	30/70	26,8	-	25,6	25,6	22
	40/60	18,9	-	24,35	24,35	32,4

Analizując dane zawarte w Tabeli 5 wynika, że maksymalna zawartość wody w mikroemulsjach stabilizowanych za pomocą MAG:CEO₂₀ o stosunku wagowym 80:20 wynosi 44,4% (przy stosunku H₂O:EtOH równym 60:40 %wag.) oraz 21,8% ( przy i przy stosunku H₂O:EtOH równym 50:50 % wag.). Takie zawartości wody udało się otrzymać przy stężeniach surfaktantów wynoszących odpowiednio 10,4% i 19,7%. Ponadto bardzo dobre wyniki uzyskano w przypadku układów, w których udział EtOH równy był 40% a stosunek O/S+GP wynosił 30/70 i 40/60 % wag. Ilość zsolubilizowanej wody wynosiła odpowiednio 37,6% i 33,3%, przy stosunkowo niskiej zawartości surfaktantow (13,1%, 13,3%). Jak widać zwiększenie ilości oksyetylenowanych alkoholi do 20% wpływa na zdolność układu do solubilizacji większych ilości wody w przypadku mikroemulsji, w których stosunek H₂O:EtOH wynosi 60:40 procent wagowych. Podobnego efektu nie zaobserwowano w układach, w których udział etanolu wynosił 50%. Wyższe stężenie CEO₂₀ nie spowodowało zwiększenia zawartości wody w mikroemulsjach bądź ilość ta mieściła się w granicach błędu statystycznego.

1. Ocena statystyczna

Oceny statystycznej dokonano na podstawie rozkładu t-studenta i wyznaczono:

• wartość średnią :

$$\overset{\overline{}}{x} = \frac{\sum_{i = 1}^{n}x_{i}}{n}$$

,gdzie

x_i−oznacza i-ty odczyt ilości dodanej wody,

n- liczbę pomiarów

• odchylenie standardowe

$$S = \sqrt{\frac{\sum_{}^{}{(x_{i} - )}^{2}}{n - 1}}$$

• przedział ufności

$- t\frac{s}{\sqrt{n}} < \mu < + t\frac{s}{\sqrt{n}}$

,gdzie

t- oznacz odchylenie wartości funkcji z rozkładu t-Studenta dla założonego poziomu ufności (założono p=0,95) równe 3,182

Tab. 6 Ocena statystyczna wyników [g]

Ilość wody [g]	Wartość średnia [g]	Odchylenie standardowe	Przedział ufności [g]
2,21	2,36	0,13	2,5 ±0,08
2,43
2,43

Tab. 7 Ocena statystyczna wyników [%]

Ilość wody [%]	Wartość średnia [%]	Odchylenie standardowe	Przedział ufności [%]
10,00	10,52	0,45	10,52±0,26
10,78
10,78

1. Wnioski

Przedstawione powyżej wyniki badań dotyczące wpływu krótkołańcuchowego alkoholu na zdolność układu do solubilizacji wody pozwalają na sformułowanie następujących wniosków:

• Wprowadzenie dodatkowego kosurfaktantu w postaci etanolu do mikroemulsji stabilizowanych za pomocą MAG:CEO20 w stosunku wagowym 90:10 oraz 80:20 wpływa na zwiększenie stopnia solubilizacji fazy wodnej.

• W układach zawierających powyżej 30% etanolu całkowicie wyeliminowano fazę ciekłokrystaliczną oraz poszerzono obszar mikroemulsyjny o zakres wcześniej tworzącego się regionu LC.

• Spośród układów, w których stosunek masowy MAG:CEO wynosił 90:10 (% wag.) największą solubilizację fazy wodnej (38,5%) uzyskano w przypadku mikroemulsji, w której stosunek H2O:EtOH wynosił 70:30 %wag, a zawartość surfaktantów wynosiła 18% wag.

• Wysoki stopnień solubilizacji fazy wodnej oraz największy obszar występowania mikrodyspersji na diagramie fazowym uzyskano dla układów zawierających mieszaninę H2O:EtOH 60:40 i 50:50 (% wag.).

• Zbyt wysoki udział etanolu rzędu 60% powodował obniżenie zdolności układów mikroemulsyjnych do solubilizacji.

• Zwiększenie udziału oksyetylenowanych alkoholi w układzie wpłynęło korzystnie na zdolność układów do solubilizacji wody, szczególnie w mikroemulsjach, w których stężenie etanolu wynosiło 40%.

• Najwyższe zawartości fazy wodnej (44,4%) oraz największy obszar występowania ME na diagramie fazowym uzyskano w przypadku układów stabilizowanych mieszaniną MAG:CEO20 w stosunku masowym 80:20, w których stężenie EtOH wynosiło 40% wag.

1. Wykaz tabel

Tab. 1 Wagowe proporcje mieszaniny niejonowych surfaktantów oraz fazy wodnej i etanolu w tworzonych seriach układów. 34

Tab. 2 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H2O:EtOH wynosiły odpowiednio 100:0, 90:10 i 80:20 (% wag.) dla układów zawierających maksymalne ilości zsolubilizowanej wody. . 39

Tab. 3 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H₂O:EtOH wynosiły odpowiednio 70:30 i40:60 (% wag.), a stosunek masowy MAG:CEO₂₀ wynosi 90:10 (% wag.). 41

Tab. 4 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H₂O:EtOH wynosiły odpowiednio 50:50 i 40:60 (% wag.), a stosunek masowy MAG:CEO₂₀ wynosi 80:20 (% wag). 44

Tab. 5 Zawartość procentowa składników ME, w których stosunki wagowe H₂O:EtOH wynosiły odpowiednio 60:40,50:50 i 100:0 (% wag.), a stosunek masowy MAG:CEO₂₀ wynosi 80:20 (% wag.). 48

Tab. 6 Ocena statystyczna wyników [g] 49

Tab. 7 Ocena statystyczna wyników [%] 49

1. Wykaz rysunków

Rys. 1 Klasyfikacja układów według Winsora oraz rozkład faz mikroemulsji w zależności od stężenia elektrolitu i temperatury. Obszary oznaczone szarym kolorem charakteryzują się zwiększonym stężeniem surfaktantu: ME-mikroemulsja, O- faza olejowa, W- faza wodna, O/W- mikroemulsja typu olej w wodzie, W/O-mikroemulsja typu woda w oleju [16]. 9

Rys. 2 Wpływ temperatury oraz stężenia na obszary występowania różnych faz w układach zawierających wodę, olej oraz surfaktant niejonowy [16] 9

Rys. 3 Trójkąt Gibbsa, układ fazowy układu olej- woda- surfaktant; ME-mikroemulsja, A,B,C- składniki mikroemulsji. 11

Rys. 4 Diagram fazowy o budowie graniastosłupa przedstawiający zachowanie się faz w układzie trójskładnikowym, w warunkach stałego ciśnienia [17] 11

Rys. 5 Schemat reakcji: a) gliceroliza triacylogliceroli, b) estryfikacja glicerolu kwasami tłuszczowymi. [51] 24

Rys. 6 Budowa alkoholu oksyetylowanego, gdzie x wynosi: 7 – 17; n wynosi: 1 - 100 [5] 28

Rys. 7 Schemat reakcji hydroformylowania olefin metodą Zieglera [66]. 29

Rys. 8 Schemat reakcji polikondensacji tlenku etylenu z bezwodnym alkoholem [66]. 29

Rys. 9 Trójkąt Gibbsa układów mikroemulsyjnych zawierających jako fazę olejową heksadekan, MAG:CEO₂₀ o stosunku masowym 90:10 i 80:20(%), w którym fazę wodną stanowiła woda destylowana, gdzie ME oznacza mikroemulsję, a LC fazę ciekłokrystaliczną [52]. 35

Rys. 10 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 10%EtOH i 90:10 % MAG: CEO20. 37

Rys. 11 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 20% EtOH i 90:10 % MAG: CEO₂₀. 38

Rys. 12 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierającyh 30% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 90:10. 40

Rys. 13 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 40% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ 90:10(% wag.). 40

Rys. 14 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 50% EtOH i 90:10 % MAG: CEO₂₀. 42

Rys. 15 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 60% EtOH i 90:10 % MAG: CEO₂₀. 43

Rys. 16 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 40% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 90:10 i 80:20. 45

Rys. 17 Trójkąt Gibbsa dla ME zawierających 50% EtOH oraz MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 90:10 i 80:20. 46

Rys. 18 Trójkąt Gibbsa dla ME stabilizowanych mieszaniną MAG: CEO₂₀ o stosunku wagowym 80:20. 47

1. Wykaz literatury

[1] WARISNOICHAROEN W., LANSLEY A.B., LAWRENCE M.J., Nonionic oil-in-water microemulsions: the effect of oil type on phase behavior, Int J Pharm, 198, 2000, 7 [2] LI P., GHOSH A., WAGNER R.F., KRILL S., JOSHI Y.M., SERAJUDDIN A.T.M., Effect of combined use of nonionic surfactant on formation of oil-in-water microemulsion, Int J Pharm, 288, 2005, 27

[3] DIGOUT L., BREN K., PALEPU R., MOULIK S.P., Interfacial composition, structural parameters and thermodynamic properties of water-in –oil microemulsions, Colloid Polym Sci, 2001,279, 655

[4] GARTI N., ASERIN A., EZRAHI S., WACHTEL E., Water solubilization and chain length compability in nonionic microemulsions, J Colloid Interface Sci, 169, 1995, 428.

[5] PRZONDO J., Związki powierzchniowo czynne i ich zastosowanie w produktach chemii gospodarczej, Wyd. Politechniki Radomskiej, Radom, 2007

[6] DANIELSSON I.,LINDMANN B., The definition of microemulsion, Colloid Surf., 1981, 3, 391

[7] BAYRAK Y., Interfacial composition and formation of w/o microemulsion with different amphiphiles and oils, Colloids Surf A, 2004, 247, 99

[8] BHARGAVA H.N., Chemical and physical parameters for tears relevant for the design of ocular delivery formulation, Pherm Acta Helvtiae, 1997, 72, 191.

[9] VANDAMME Th.F., Microemulsions as drug ocular delivery systems: recent development and future challenges, Prog Retinal Eye Res, 2002, 21, 15

[10] KEGEL W.K., OVERBEEK J.T.G., LEKKERKERKER H.N.W., Thermodynamics of Microemulsions I, in: Handbook of Microemulsion Science and Technology, ed. KUMAR P., MITTAL K.L., Marcel Dekker, New York, 1999.

[11] KAHLWEIT M.,., Microemulsions: a qualitative thermodynamic approach, J. Phys. Chem., 1990, 94, 3881

[12] BNNETT K., Microemulsion rheology: newtonian and non-newtonian regimes, Phys. Rev. E: Stat. Nonlinear Soft Matter Phys., 2002, 10, 66

[13] BOURREL M., SCHECHTER R.S., Microemulsion and Related Systems, Surfactant Science Series, Marcel Dekker, New York, 1998.

[14] FRIBERG S.E., LINDMAN B., Microemulsion- a Historical Overview, in: Handbook of Microemulsion Science and Technology, ed. KUMAR P., MITTAL K.L., Marcel Dekker, New York, 1999.

[15] RAKSHIT A.K., MOULIK S.P., Physicochemistry of W/O Microemulsion: Properties and Application, in: Microemulsions: Properties and Applications, ed. FANUN M., CRC Press, Boca Raton, 2008.

[16] ZIELIŃSKI R., Surfaktanty: Budowa, Właściwości, Zastosowania, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, Poznań, 2009.

[17] EASTOE J., Microemulsion, (ed. Cosgrove T) Colloid Science: Principles, Methods and Application, Wiley, Chippenham, 2010

[18] METHA S., Microemulsions: thermodynamic and dynamic properties, InTech, Chandigarh, 2011

[19] MOULIK S., Physicochemistry and applications of microemulsions, J. Surface Sci. Technol., 2006, 22, 159

[20] MITSUI T., MACHIDA Y., HARUSAWA F., An application of the phase-inversion-temperature method to the emulsification of cosmetics. Factors affecting the phase-inversion temperature, Bulletin of the Chem Soci of Japan, 43, 1970, 3044

[21] SOLANS C., PONS R., KUNIEDA H., Overview of Basic Aspects of Microemulsions, in: Industrial Application of Microemulsions, ed. SOLANS C., KUNIEDA H., Marcel Dekker, New York, 1997

[22] AIKENS P., FRIBERG S.E., Organized assemblies in cosmetics and transdermal drug delivery, Current Opinion in Colloid & Interface Science, 1996, 1, 672-676.

[23] KARASULU E., Places of microemulsion and emulsion in cancer therapy, (ed. Fanun M.) Microemulsions properties and applications, Taylor&Francis Group, New York, 2009

[24] BOONME P. Applications of microemulsions in cosmetics, J. Cosmet Dermatol.2007, 6(4):223-8

[25] AZEEM A., RIZWAN M., AHMAD FJ., KHAN ZI., KHAR RK., AGIL M., TALEGAONKAR S., Emerging role of microemulsions in cosmetics, Recent Pat Drug Deliv Formul. 2008; 2(3):275,89

[26] BIDYUT K., P. MOULIK, Uses and applications of microemulsions, Centre for Surface Sci., Dep of Chem, 2001, 80, 990

[27] GARTI N., Microemulsions as microreactors for food applications, Curr Opin Colloid Interface Sci, 8, 2003, 197

[28] SAGALOWICZ L., LESER M.E., Delivery systems for liquid food products, Curr Opin Colloid Interface Sci, 2010, 15, 61-72

[29] KAI LUN LEE, Applications and Use of Microemulsions, Dep of Chem Engin and Chem Tech, Imper Coll London, 2010

[30] PRINCE L., in : Microemulsions; Theory and Practise. Academic Press, New York, 1997.

[31] CHAMPAGNE CP: Starter cultures biotechnology: the production of concentrated lactic cultures in alginate beads and their applications in the nutraceutical and food industries. Chem Indust Chem Engin Quart 2006, 12:11

[32] LÓPEZ – QUINTELA M.A., TOJO C., BLANCO M.C., GARCIA RIO L., LEIS J.R., Microemulsion dynamics and reactions in microemulsions, Curr Opin Colloid Interface Sci, 2004, 9,264.

[33] LOHATEERAPARP P., Study of alcohol-free microemulsion systems containing fatty acids as cosurfactants, J. Surfactants Deterg., 2003, 6, 15

[34] GARTI N., ASERIN A., FANUN M., Non-ionic sucrose esters microemulsions for food applications. Part 1. Water solubilization, Colloids Surf A, 164, 2000, 2765.

[35] ZHAOYUN D., AIYOU H., ZHONGNI W., Water-in-gasoline microemulsions stabilized by polyglycerol esters, Fuel 86 (2007) 597

[36] HASHEM F. M., SHAKER D. S., GHORAB M. K., NASR M., ISMAIL A., Formulation, Characterization, and Clinical Evaluation of Microemulsion Containing Clotrimazole for Topical Delivery, AAPS Pharm Sci Tech. 2011 ; 12(3): 879

[37] MAGHRABY G., Transdermal delivery of hydrocortisone from eucalyptus oil microemulsion: Effects of cosurfactants, Inter Journ of Pharm 355 (2008) 285

[38] IDREES M.A., RAHMAN NU. AHMAD S., Enhance transdermal delivery of flurbiprofen via microemulsions: Effects of different types of surfactants and cosurfactants, DARU Vol. 19, No. 6 2011

[39] SANTANA R.C.,FASOLIN L.H., CUNHA R. L., Effects of a cosurfactant on the shear-dependent structures of systems composed of biocompatible ingredients, Coll and Surf A: Physicochem. Eng. Aspects 398 (2012) 54

[40] FASOLIN L.H., SANTANA R.C.,CUNHA R.L., Microemulsions and liquid crystalline formulated with triacylglycerols: Effect of ethanol and oil unsaturation, Coll and Surf A: Physicochem. Eng. Aspects 415 (2012) 31

[41] GLOUKHOVA, T.V., KIENSKAYA, K.I., MYAKON’KII A.G., KIM V., Formation and properties of microemulsions stabilized by ethoxylated glycerides, Colloid J, 67, 2005, 291

[42] YAGHMUR A., ASERIN A., GARTI N., Phase behavior of microemulsions based on food-grade nonionic surfactants: effect of polyols and short-chain alcohols, Coll Surf A, 209, 2002, 71

[43] HUI Z., FENGQIN F., JIONG L., XI Z.,HEWEN W., HENGXING L.,HONYAN W., XIAODONG Z., Formulation of food-grade microemulsions with glycerol monolaurate: effects of short-chain alcohols, polyols, salts and nonionic surfactants, Eur Food Res Technol (2008) 226:613

[44] LIANLI Li., INDRANIL N., KWON H. K., Development of an ethyl laurate-based microemulsion for rapid-onset intranasal delivery of diazepam, International Journal of Pharmaceutics 237 (2002) 77

[45] MICHOCKA K., Otrzymywanie i właściwości użytkowe nowych surfaktantów z ugrupowaniem cukrowym, Rozprawa doktorska Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu 2009

[46] SALAGER J.L., Surfactants Types and Uses, Lab of Form, Inter Rheol and Pro, 2 (2002)

[47] TANAKA K., IGARASHI A., Determination of nonionic surfactants, (ed. Heinrich W.) Handbook of detergents, Mercel Dekker, Nowy Jork, 2005

[48] SALAGOWICZ L., LESER M.E., WATZKE H.J., MICHEL M., Monoglyceride selfassembly structures as delivery vehicles, Trends in Food Science & Technology 17 (2006) 204–214

[49] PAWONGRAT R., Physico-enzymatic production of monoacylglycerols enriched with very-long-chain polyunsaturated fatty acids, J. Sci. Food Agric., 2007, 88, 256

[50] KAEWTHONG W.,SIRISANSANEEYAKUL S., PRASERTSAN P.,H-KITTIKUN A., Continuous production of monoacylglycerols by glycerolysis of palm olein with immobilized lipase, Proc. Biochem 40 (2005) 1525

[51] YANG T., Enzymatic Production of Monoacylglycerols Containing Polyunsaturated Fatty Acids through an Efficient Glycerolysis System, J. Agric. Food Chem., 2005, 53, 1475

[52] SZUMAŁA P., Badanie możliwości zastosowania monoacylogliceroli do otrzymywania układów mikroemulsyjnych, Rozprawa doktorska, Politechnika Gdańska, Gdańsk, 2010

[53] SZELĄG H., Emulgatory Acyloglicerolowe o modyfikowanych wartościach równowagi hydrofilowo - lipofilowej. Synteza i własności, Zeszyty Naukowe 568, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 1998.

[54] ZIELIŃSKI, R.J., Synthesis and Composition of Food-grade Emulsifiers, in: Food Emulsifiers and their Applications, ed. HASENHUETTL, G.L., HARTEL, R.W., Chapman & Hall, New York, 1997

[55] KROG N.J., Food Emulsifiers and their Chemical and Physical Properties, in. Food Emulsions, ed. FRIBERG S.E., LARSSON K., Marcel Dekker, New York, 1997.

[56] BRADIC M., Synthesis of monoacylglycerols by enzymatic methods, Hemijska Industrija, 2010, 64, 375

[57] KAEWTHONG W., Continuous production of monoacylglycerols from palm olein in packed-bed reactor with immobilized lipase, Biochem. Eng. J., 2008, 40, 116

[58] CONSTANTINIDES P.P., WELZEL G., ELLRNS H., SHITH P.L., STURGIS S., YIV S.H., OWEN A.B., Water-in-oil microemulsions containing medium chain fatty acids/salts: Formulation and intestinal absorption enhancement evaluation, Pharm Res, 13, 1996, 210-215.

[59] PRAJAPATI H. N., DALRYMPLE D. M., SERAJUDDIN A. T. M., A Comparative Evaluation of Mono-, Di- and Triglyceride of Medium Chain Fatty Acids by Lipid/Surfactant/Water Phase Diagram, Solubility Determination and Dispersion Testing for Application in Pharmaceutical Dosage Form Development, Pharm Res. 2012; 29(1): 285.

[60] SARI P., RAZZAK M., TUCKER I., Isotropic medium chain mono- diglyceride /oil / water formulation for solubilization of lipophilic and hydrophilic drugs, Int J Pharm, 270, 2004, 287

[61] HOSMER J.,REED R.,, BENTLEY M. L.B., NORNOO A., LOPES L. B., Microemulsions Containing Medium-Chain Glycerides as Transdermal Delivery Systems for Hydrophilic and Hydrophobic Drugs, AAPS Pharm Sci Tech. 2009 June; 10(2): 589

[62] FU X., FENG F., HUANG B., Physicochemical characterization and evaluation of a microemulsion system for antimicrobial activity of glycerol monolaurate, Int J Pharm, 321, 2006, 171-175

[63] SCHROEDERA G. Kosmetyki- chemia dla ciała , Cursiva 2011

[64] MALINKAa W. Zarys chemii kosmetycznej,Volumed , 1999

[65] GUILLOTY H., Process for making ethoxylated fatty alcohols with narrow polyethoxy chain distribution, Cincinnati, USA, opis patentowy 4223163, 1976

[66] SPARHAM C.J., Determination of alcohol ethoxylates in environmental samples using derivation and LC/MS. University of Northumbria at Newcastle, 2005

[67] NOWECK K. Production, Technologies and Applications of Fatty Alcohols, Work on Fats and Oils as Renew Feedstock for the Chem Indus, 2011

[68] KJELLIN M., Surfactants from renewable sources, Wiley, Sztokholm, 2010

[69] SZYMAŃSKI A., BUBIEN E., Biodegradation of fatty alcohol ethoxylates under the conditions of the die-away test, Pol. J. Environ. Stud., 2002, 11, 429

[70] Human & Environmental Risk Assessment on ingredients of European household cleaning products, Alcohol Ethoxylates, Version 2.0, 2009.

[71] ISMAILl A., ROSNAH I., Microemulsions formed with palm oil-based materials as all-purpose spray liquid cleaners for hard surfaces, J. Oil Palm Res., 2011, 23, 1202

[72] SZUMAŁA P., SZELĄG H., Water solubilization using nonionic surfactants from renewable sources in microemulsion systems, J. Surfactants Deterg., 2012, 15, 485

[73] JUNYAPRASERT V. B. , BOONME P. , SONGKRO S ., KRAUEL K. , RADES T., Transdermal delivery of hydrophobic and hydrophilic local anesthetics from o/w and w/o Brij 97-based microemulsions. J Pharm Pharm Sci. 2007;10(3):288, 98.

10. Streszczenie

Badano wpływ ilościowy krótkołańcuchowego alkoholu w kompozycji z glikolem propylenowym na możliwość otrzymania układów mikroemulsyjnych stabilizowanych monoacyloglicerolami i oksyetylenowanymi alkoholami, w których fazę olejową stanowił heksadekan. Określono również jak wpływa skład mikroemulsji na maksymalną zawartość fazy wodnej oraz zachowanie się faz tworzonych układów.

Stosunek fazy olejowej do mieszaniny surfaktantów i glikolu propylenowego wynosił kolejno 10/90, 20/80, 30/70. 40/60, 50/50, 60/40, 70/30, 80/20, 90/10 w każdej serii. Otrzymane serie układów różniły się między sobą stosunkiem wagowym wody destylowanej do etanolu (90:10, 80:20, 70:30, 60:40,50:50, 40:60 % wag) oraz stosunkiem wagowym monoacylogliceroli do oksyetylenowanych alkoholi (90:10 i 80:20% wag.).

Mikroemulsje otrzymywano w układzie zamkniętym, termostatowanym w temperaturze 60^oC, po przez wprowadzenie niewielkich porcji fazy wodnej, którą stanowiła kompozycja wody i etanolu do mieszaniny fazy olejowej, surfaktantów i glikolu propylenowego. Układy oceniano wizualnie, na podstawie zmian transparentności w trakcie zwiększania udziału fazy wodnej. Na podstawie wyników badań przygotowano trójkąty Gibbsa, a następnie sformułowano wnioski dotyczące wpływu ilościowego krótkołańcuchowego alkoholu oraz składu mikroemulsji na zdolność układu do solubilzacji wody.

Stwierdzono m.in., że wprowadzenie dodatkowego kosurfaktantu w postaci etanolu do mikroemulsji stabilizowanych za pomocą mieszaniny monoacylogliceroli i oksyetylenowanych wpływa na zwiększenie stopnia solubilizacji fazy wodnej. Ponadto wzrost zawartości oksyetylenowanych alkoholi w układzie poprawia ich zdolność do solubilizacji wody. Najwyższe zawartości fazy wodnej (44,4%) oraz największy obszar występowania mikroemulsji na diagramie fazowym uzyskano w przypadku układów stabilizowanych mieszaniną monoacylogliceroli do oksyetylenowanych alkoholi w stosunku wagowym 80:20, w których udział etanolu wynosił 40% wag.