《Journal of Food Engineering》：Rapid traceability of coffee bean by integrating an electronic tongue with knowledge distillation and transfer learning
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本研究通过分子动力学模拟系统考察了C8、C10、C12纯组分及混合比例（1:1:1、1:1:2等）对胶束结构、形态及能量特性的影响。结果表明，所有体系均自发形成稳定胶束，其中C10因尾部最优排列形成最紧凑胶束；混合体系胶束形态和紧凑性随比例变化显著，高C8/C12比例体系形成更大、更伸展的胶束结构。该研究揭示了组分比例调控胶束性能的机制，为开发高效环保型表面活性剂清洁消毒剂提供理论依据。
Phonphiphat Bamrung | Juthamas Tantala | Pornchai Rachtanapun | Chitsiri Rachtanapun | Prapasiri Pongprayoon
泰国曼谷Chatuchak校区Kasetsart大学理学院化学系，邮编10900
摘要
了解胶束行为对于优化基于表面活性剂的清洁和消毒剂配方至关重要。本研究利用分子动力学（MD）模拟方法，探讨了由纯烷基葡糖苷（辛基葡糖苷（C8）、癸基葡糖苷（C10）、月桂基葡糖苷（C12）以及混合烷基葡糖苷（比例1:1:1、1:1:2、1:2:1、1:2:2、2:1:1、2:1:2、2:2:1）形成的胶束的结构、形态和能量特性。所有系统均表现出自发的胶束化现象，其中纯烷基葡糖苷能够迅速形成具有独特形态的稳定胶束。研究结果还表明，胶束的形成主要由范德华力驱动，静电作用的影响较小。在纯烷基葡糖苷体系中，癸基葡糖苷由于其尾部排列更为紧密，形成的胶束最为紧凑和稳定；而辛基葡糖苷和月桂基葡糖苷由于尾部排列不匹配及头部基团密度较低，形成的胶束结构较为松散。在混合体系中，胶束的形态和紧凑度高度依赖于各组分的比例。富含癸基葡糖苷的体系（比例1:1:1和1:2:2）产生的胶束接近球形且排列紧密，具有较高的核心稳定性，这有利于在深度清洁应用中包裹疏水性污染物。相反，高比例辛基葡糖苷或月桂基葡糖苷的体系（比例2:1:1、2:1:2和2:2:1）形成的胶束体积较大、形状较长，表面积和亲水性也较高。这些发现表明，通过调整C8:C10:C12的比例可以精细控制胶束的性质，为未来开发高效、针对特定应用的表面活性剂系统提供了合理的设计策略。
引言
近年来，随着环境问题的日益严重，人们对可持续替代传统化学品（包括表面活性剂）的兴趣日益增加。传统表面活性剂通常来自石油，由于其持久性和毒性，可能对生态系统和人类健康造成危害。相比之下，生物表面活性剂和植物基表面活性剂是一种更加环保的选择。这些天然化合物可生物降解，毒性较低，并且来源于可再生资源（如植物或微生物）。它们的使用不仅减少了污染，还推动了向更绿色生产方式的转变。随着全球工业界努力减少环境足迹，采用生物表面活性剂成为保护地球生态系统和促进长期可持续性的关键步骤。
椰子葡糖苷（Coco Glucoside，简称CG）是一种从椰子油和葡萄糖中提取的天然非离子表面活性剂。它具有多功能性，具备良好的清洁性能、生物降解性以及优异的起泡和乳化能力（Tantala等人，2024年；Fukuda等人，1993年）。因此，CG被广泛用于食品和个人护理行业（Aguirre等人，2014年；Geetha和Tyagi，2012年；Van Ginkel，2007年）。此外，CG还显示出对单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的抗菌活性（Boonprakobsak和Rachtanapun，2022年）。CG主要由C8-C14脂肪醇和葡萄糖组成。根据常见商业CG的供应商数据表（Tantala等人，2024年），CG中C8含量约为33–40%，C10含量为21–28%，C12含量为27–32%，C14含量为9–12%。与其他表面活性剂类似，CG在超过其临界胶束浓度（CMC）时会在水溶液中形成胶束。CG具有疏水性的尾部（脂肪烷基链）和亲水性的头部（葡萄糖）（图1A）。胶束的形成是化妆品和个人护理产品中的关键机制，通过表面活性剂分子在临界胶束浓度以上的自组装，有效清除油脂、污垢和杂质（Mittal，2012年；Rosen和Kunjappu，2012年）。它还在稳定乳液、增强活性成分的释放以及改善皮肤相容性方面发挥重要作用，尤其是在使用温和非离子表面活性剂（如CG）的配方中（Tadros等人，2004年；Draelos，2021年）。理解这一过程对于开发安全、有效且环保的配方至关重要。尽管CG的胶束形成机制已得到充分研究，但对其各组分如何参与胶束化的分子机制仍知之甚少。此外，改变CG关键组分比例对胶束形成和结构行为的影响也尚未得到充分了解。掌握这些知识对于揭示CG的物理化学性质、进而合理设计稳定高效的CG基配方至关重要（Draelos，2021年）。在消毒和清洁应用中，胶束的形成和结构动态至关重要。胶束的稳定性决定了其包裹和溶解污染物的能力，而其关键结构特性（如几何形状、表面润湿性和粘附性）直接影响其表面扩散性和冲洗效果。因此，详细了解CG各组分的结构和动态作用对于指导定制的CG配方开发至关重要。
为了阐明胶束形成的分子层面细节，本研究采用了分子动力学（MD）模拟方法。MD模拟广泛用于研究合成和生物表面活性剂的物理化学行为，包括胶束形成过程（Coscia等人，2023年；Lee，2021年；Hu等人，2025年；Shi等人，2019年；Ivanova等人，2023年；Mahfud，2024年）。在本研究中，通过MD模拟分析了主要CG组分（辛基葡糖苷（C8）、癸基葡糖苷（C10）、月桂基葡糖苷（C12）的胶束形成机制，并研究了不同组分比例对胶束形成的影响。这些分子层面的见解有助于合理设计具有优化性能、稳定性和温和性的表面活性剂混合物，以应用于化妆品和个人护理领域。
椰子葡糖苷（辛基葡糖苷（C8）、癸基葡糖苷（C10）、月桂基葡糖苷（C12）的三维结构从PubChem下载。其拓扑结构采用CHARMM通用力场（CGenFF，Vanommeslaeghe等人，2012年）和CHARMM36力场（Lee等人，2014年）进行构建。为了研究单个CG组分（C8、C10、C12）及混合比例（C8:C10:C12）的影响，设置了相应的实验体系（见表1）。所有体系中均含有30个表面活性剂分子。
所有模拟结果表明，所有表面活性剂在水溶液中的胶束化过程都是自发的（图1、图2）。纯烷基葡糖苷形成的稳定回转半径（Rg）表明它们能够迅速形成稳定的胶束（图3A）。尽管C8、C10、C12都能快速形成胶束，但形成的胶束形态各不相同（图2A）。不同组分的比例不仅影响胶束化的速率，还影响胶束的最终形态。
本研究从分子层面全面探讨了不同葡糖苷组成（C8、C10、C12）对胶束的结构、能量和形态特性的影响，对清洁和消毒剂配方的设计具有直接指导意义。所有体系均表现出自发的胶束化现象，纯烷基葡糖苷能迅速形成具有独特形态的稳定胶束。研究结果表明，胶束的形成主要由疏水性作用驱动。
Phonphiphat Bamrung：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法论制定、实验设计、数据分析、结果验证。
Juthamas Tantala：撰写 – 审稿与编辑、资源获取。
Pornchai Rachtanapun：撰写 – 审稿与编辑、资源协调、资金申请。
Chitsiri Rachtanapun：撰写 – 审稿与编辑、实验监督、概念构思。
Prapasiri Pongprayoon：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、实验监督、软件选择与资源协调。
作者声明不存在利益冲突。
我们感谢Kasetsart大学研究与发展研究所（KURDI）（资助编号：FF(KU)62.69）的支持。本研究部分得到了泰国研究基金（TRF）的研究团队促进计划（项目编号：N42A671052）以及清迈大学（CMU）的主动研究者资助。同时，我们也感谢Kasetsart大学计算机服务部门（Nontri-AI）提供的计算资源支持。
