科学量化泡沫稳定性和感官体验

研究背景

洗发水已经是日常生活中bi备用品，货架上种类繁多的洗发水让人应接不暇，但无论哪种洗发水，清洁是洗发水中表面活性剂的主要功能。实际上，起泡特性更能直观地吸引消费者。泡沫是洗涤产品质量的重要特性，很多人洗头发时都有这样一种感受：如果头发特别脏的话，用洗发水洗头的时候起的泡沫就会少；而如果头发比较干净的话，起的泡沫就会多。

这是由于洗发水中都会有表面活性剂，能起到清洁作用。表面活性剂有亲水和亲油（疏水）两端，其中亲油部分一般是长链烷基等非极性基团，与有机物的作用力大、与水的作用力??；亲水部分一般是磺酸基等极性基团，与水的作用力大、与有机物的作用力小。在与油污相互作用时，亲油基团向内插入油污中，而亲水基团则向外，于是表面活性剂就将油污包裹成一团。把头发上的油污洗干净就是表面活性剂用于增溶。把洗发水加水打匀的过程实际上是一个搅拌过程，在这个过程中溶有表面活性剂的溶液与空气充分接触。如果没有油供亲油基团去发生作用，那么亲油基团就会远离水，形成气泡。油污越少，参与形成气泡的表面活性剂的量就越多，形成的泡沫就多；油污越多，参与形成气泡的表面活性剂的量就越少，形成的泡沫就少。

实验部分

样品

本实验是购买了几个大众品牌的洗发水，其主要的成分表面活性剂见表1。

表1. 实验洗发水及主要成分

仪器与方法

仪器及测试原理：

使用德国KRüSS公司DFA100型泡沫测试仪可准确测量泡沫起泡性和泡沫的衰变速度。其主要原理为利用搅拌或鼓气的方式产生泡沫，根据样品的透光率，通过光学传感器来监测泡沫产生的高度和泡沫结构。

图1.KRüSS DFA100泡沫分析仪

通过测量通过玻璃柱的透光量，连续监测总高度（液体加泡沫）如图2所示。使用泡沫结构?？椴饬苛硕菽峁?。在这个?？橹?，泡沫在玻璃柱中产生，玻璃柱上包含一个棱柱?；谌瓷湓?，该棱镜可以产生具有高对比度的二维泡沫结构的图像。用泡沫分析软件对所得到的图像进行分析，并记录每个时间步长的气泡大小分布。

图2. DFA 100泡沫分析仪测试原理

实验方法及过程

将样品与水按照1:10的比例调配成溶液，实验时移取100ml溶液于测试玻璃量柱中，采用专用的Foam Flash间歇搅拌的起泡方式，转速3500r/min，搅拌2s静止3秒，重复50个周期，即发泡时间为100s。样品溶液与空气充分接触的过程中产生泡沫，来模拟实际洗头的起泡方式。

结果与讨论

总高度结果（泡沫+液体高度），代表洗发水的起泡性。

样品的起泡能力与泡沫高度是密切相关的。一般来讲，在相同浓度下，样品起泡性越强，产生的泡沫越多，其泡沫高度也越高；反之，起泡性差的样品，其泡沫高度也相对较低。并且起泡能力是与时间相关的，随着搅拌时间的增大，产生的泡沫也越多。如图所示，4个洗发水的起泡性为样品A>样品C>样品B>样品D。其中样品A洗发水的总高度最高，远远超过其他3个，搅拌发泡后最大泡沫高度为186.7mm。在随后观察的30min内，泡沫都很稳定，总高度没有明显下降。

图3. 4个洗发水溶液的总高度

泡沫结构

泡沫结构可以直观的分析洗面奶泡沫的细腻程度?？梢怨鄄獠煌贩直鹪诓煌笨滔碌呐菽峁雇祭捶治霰冉吓菽牟钜?。根据泡沫结构图，我们还可以统计得到更详细的泡沫结构数据，分别为：

表2列出了4个洗发水的初始泡沫尺寸和总个数，从表中可以看出，4个洗发水整体泡沫都比较细腻丰富，其中总泡沫个数依次为样品A>样品C>样品B>样品D。在洗发过程中，单纯揉搓洗发水溶液产生的泡沫数以十万计，这些泡泡均匀地涂抹包裹住发丝上的油污。此外，搅拌完成后，单位面积下的泡沫个数，也能反应泡沫绵密程度。从图4可以看出，在发泡结束的30min内，样品D和样品B洗发水的泡沫数量快速下降，而样品A洗发水数量一直维持在较高的数量水平。

表2. 4个洗发水的泡沫尺寸和个数比较

图4. 4个洗发水溶液的单位面积泡沫个数

结论

采用动态泡沫分析仪DFA100 及其泡沫结构?？?FSM对4个洗发水进行测试。测试的重点是泡沫的体积和起泡数量，因为这两个泡沫特性对洗发护理特别重要。发泡是洗发产品重要特性之一，从洗涤机理上看，泡沫和洗涤能力并无关系，但在使用和漂洗上是有重要作用的。洗发产品在清洁使用过程中必须有一定量的泡沫，且相对比较稳定。