摘要：文章对氨基酸表面活性剂结构和性能关系进行了研究，为产品应用提供参考。AG02-95通过控制其中和度，或通过高低碳链复配可调控溶解性和结晶性能；YC02H-30、YG02-30、YB02-30、YN02-30在近中性条件下均表现出优异的泡沫丰富度和稳定性；YGTEA-30在pH值5.5时具有更优异的泡沫表现，更适合透明配方；YC02H-30适合pH值＞6.8的配方，YC03H-30更加适合pH值5.5～6.8的配方；YC03-30和YN02-30较AS02-30和YG02-30具有更加优异的增稠表现。

　　关键词：氨基酸表面活性剂；性能；泡沫；增稠

　　1概述

　　为提升环境的可持续发展，考虑到对环境的生物毒性，生物基绿色表面活性剂近年来已经逐步获得发展[1]。其中，氨基酸表面活性剂即以脂肪酸和氨基酸为原料，合成的一类以脂肪碳链为疏水基团，氨基酸为亲水基团的绿色表面活性剂[2-3]。氨基酸表面活性剂的合成，工业上目前仍主要以脂肪酰氯和氨基酸为原料，主要采用肖顿鲍曼(Schotten-Baumann)缩合法工艺，其具有反应条件温和、产品收率高的特点。

　　脂肪酰氯是以脂肪酸和酰化试剂为原料进行反应获得，其合成方法主要有三氯化磷法、五氯化磷法、氯化亚砜法、光气法。三氯化磷法适合制备低沸点酰氯，五氯化磷法适合制备高沸点酰氯，但因三氯化磷和五氯化磷均属于含磷试剂，反应生成的含磷化合物难处理。氯化亚砜法应用比较早，具有反应条件较温和、后处理简便、反应收率较高的特点，但该工艺伴有有毒气体二氧化硫的产生，增加了处理费用，且二氯亚砜本身有毒，有强烈刺激性气味，不利于绿色环保。而光气法反应周期短、质量好、收率高、三废少，主要副产物为二氧化碳和氯化氢，均可进行回收处理。目前工业上应用比较成熟的工艺仍以光气法为主[4]。

　　合成脂肪酰氯采用的主要原料为脂肪酸，对氨基酸表面活性剂的合成，为保持较优的表面活性，脂肪酸主要采用中高碳链组分(碳原子数≥8)，其中辛癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸主要来源于棕榈仁油，棕榈酸和硬脂酸主要来源于棕榈油，因此氨基酸表面活性剂合成所用脂肪酰氯属于天然植物来源。

　　目前在市面上主流的氨基酸表面活性剂产品，按氨基酸进行分类，主要有谷氨酸型、甘氨酸型、丙氨酸型、肌氨酸型和甲基牛磺酸型。其中谷氨酸和丙氨酸，主要以玉米等淀粉类作物作为原料进行发酵获得，属于100%天然来源。从原料的来源进行对比，谷氨酸型和丙氨酸型的天然指数更高，预期未来应用更加广泛。随着下游厂家对原料品质要求的提高，酰氯在色度、纯度等指标方面也持续提升，对应氨基酸表面活性剂的品质近年来提升显著。

　　氨基酸表面活性剂具有温和亲肤、绿色天然、易生物降解、环保无毒、节水、满足可持续发展理念等优势，近几年获得越来越多的产业化应用，发展迅速。和传统石油基表活比较，合成氨基酸表活主成分之一是由构成人体胶原蛋白基本单元的氨基酸，pH值保持近中性，所以更加温和亲肤，刺激性更低，在中高端洗护产品，尤其低敏配方中越来越受到消费者的青睐。

　　不同的脂肪碳链疏水基团和不同的氨基酸亲水基团组合成的氨基酸表面活性剂，在性能方面具有较大差异[5]。分析氨基酸表面活性剂的结构和产品溶解性、泡沫性能、增稠性能之间的关系，对下游如何选择合适的氨基酸表面活性剂具有重要的指导意义。本文通过试验，结合文献检索分析，对氨基酸表面活性剂的结构和性能的关系，做了部分研究和分析，期望能对下游配方应用提供些许有建设性的参考。

　　2实验部分

　　2.1试剂与仪器

　　2.1.1试剂

　　月桂酰谷氨酸钠粉体，AG02-95；硬脂酰谷氨酸钠粉体，DG02H-95；椰油酰甘氨酸钾液体，YC03-30；椰油酰甘氨酸钠液体，YC02H-30；椰油酰氨基丙酸钠液体，YB02-30；椰油酰谷氨酸钠液体，YG02-30；月桂酰肌氨酸钠液体，AS02-30；甲基椰油酰基牛磺酸钠膏体，YN02-30；上述原料均来自长沙普济生物科技股份有限公司。

　　2.1.2仪器

　　罗氏泡沫仪；YZ-PM超级恒温水浴；温度计，分度值小于或等于0.5℃,量程0～100℃;烧杯，150 mL和1 000 mL；容量瓶1 L。

　　2.2实验方法

　　2.2.1泡沫性能测试

　　参考标准：GB/T 13173—2021《表面活性剂洗涤剂试验方法》，洗涤剂发泡力的测定(Ross-Miles法)。

　　测试温度：40℃±1℃,活性物浓度1%。

　　2.2.2结果表示

　　试样的发泡力用起始或5 min的泡沫高度(mm)表示，取至少三次误差在允许范围的结果平均值作为最后结果。泡沫稳定性计算：

　　以5 min的泡沫高度和初始泡沫高度的差值相对初始泡沫高度的占比，即消泡率表征泡沫稳定性。消泡率越低，说明泡沫越稳定，消泡率越高，说明泡沫越不稳定。具体计算公式如（1）式：

　　式中：H0为初始泡沫高度(mm)；H5为静置5 min时泡沫高度(mm)。

　　3结果和讨论

　　3.1结构对溶解性能的影响

　　3.1.1结构对AG02-95溶解度影响

　　脂肪酰氨基酸盐型表面活性剂为阴离子表面活性剂，对克拉夫特点(Krafft)的测定可以用来表现其溶解性能。试验对AG02-95的溶解度进行了测试，并根据溶解度划分对其溶解程度进行了定义。

　　图1结果表明，随着温度的升高，AG02-95刚开始溶解度上升较慢，当升温至40℃时，溶解度增加明显。AG02-95的Krafft特点预估在35～40℃,和十二烷基磺酸钠的38℃比较接近，较十二烷基硫酸钠的9℃明显要高。因AG02-95有较高的Krafft特点，其在具体配方应用时，表现出较好的结晶性能，在洁面膏和洗面奶中应用广泛。

　　AG02-95的产品酸值范围为120～160 mgKOH/g，其分子结构中含两个羧酸基团，因此通过对中和度的调整，可调控一钠和二钠比例，其溶解度和结晶性能也会相应变化。但提高二钠比例时，产品溶解度会明显提升，相应结晶性能会变差，当提高一钠盐比例时，产品溶解度会有所降低，相应结晶性能得到提升，因此，在具体配方中，可根据需要对中和度进行调控，即对产品pH进行控制，获得较好的结晶性能。

　　3.1.2结构对溶解性能影响规律

　　随着疏水碳链链长的增加，产品的Krafft点增加。如月桂酰谷氨酸钠、肉豆蔻酰谷氨酸钠、硬脂酰谷氨酸钠的溶解度比较为：月桂酰谷氨酸钠的溶解度＞肉豆蔻酰谷氨酸钠的溶解度＞硬脂酰谷氨酸钠的溶解度。

　　当疏水碳链相同，成盐类型相同时，Krafft点比较为：肌氨酸型Krafft点＜丙氨酸型Krafft点＜甘氨酸型Krafft点＜谷氨酸型(单盐型)Krafft点。

　　当疏水碳链和亲水基团相同时，Krafft点比较为：TEA盐Krafft点＜钾盐Krafft点＜钠盐Krafft点。

　　当低碳链和高碳链复配时，可显著降低产品Krafft点，如椰油基产品，一般由C8、C10、C12、C14和C16等多个碳链组分组成，具有比单碳链组分更好的溶解性能，即使在低温0～5℃依然保持较好的澄清度。

　　3.2结构对泡沫性能的影响

　　3.2.1疏水碳链对泡沫性能的影响

　　表面张力是表面活性剂一个非常重要的参数。当液体表面能形成有一定强度表面膜时，低表面张力有助于泡沫的稳定。表面张力随碳链的增加而降低[6]，无论是甘氨酸型还是谷氨酸型，随着脂肪碳链的增加，表面张力呈下降趋势。

　　试验比较了AG02-95和DG02-95泡沫性能，测试结果如图2和图3所示。DG02-95在pH值较低时，因中和不完全，且疏水碳链较长，因此溶解性能不是很好，测试时，选择pH值范围7.0～10.0。测试条件：40℃,1%活性物浓度，纯水体系。

　　图2结果表明，AG02-95初始泡沫高度随着pH值的升高而降低，在pH值5.0～5.5，泡沫较丰富。DG02-95在pH测试范围，初始泡沫高度随pH值的升高先升高后基本平稳，pH值8.0时泡沫较丰富。在pH值＞7.0时，AG02-95和DG02-95均中和完全，分子形态主要以二钠盐形式存在，产品溶解性能获得提升；pH值＜7.2时，AG02-95泡沫性能优于DG02-95，pH值＞7.2时，DG02-95泡沫高度优于AG02-95。分析主要原因为：pH值＜7.2时，DG02-95中和不完全，溶解性能不佳，产品易析出，影响了其泡沫表现，而AG02-95碳链相对较短，弱酸性条件下主要以一钠盐形式存在，仍有相对较好的溶解度，故表现出较丰富的泡沫度；当pH值＞7.2时，DG02-95主要以二钠盐形式存在，溶解度提升，因DG02-95碳链长度比AG02-95增加，表面活性更强，在弱碱性条件下，较AG02-95具有更优异的泡沫丰富度。

　　图3结果表明AG02-95消泡率随着pH值的升高先缓慢降低后升高，当pH值升高至7.0时，消泡率迅速增加，即泡沫稳定性迅速下降。而DG02-95，当pH值＞7.0时，消泡率缓慢减少，变化比较平稳，即DG02-95在弱碱性和碱性条件下泡沫稳定性明显优于AG02-95。分析主要原因为：DG02-95具有比AG02-95更长的碳链，表面活性更强，在液体表面能形成较强的液膜，形成的泡沫更加绵密，泡沫半衰期更长，不易消泡，即泡沫稳定性更强。

　　综上所述，在弱碱性或碱性条件下，DG02-95比AG02-95具有更加优异的泡沫丰富度和泡沫稳定性。即在保证溶解性的前提下，通过提高疏水碳链长度，有利于泡沫丰富度和稳定性的提升。

　　3.2.2亲水基对泡沫性能的影响

　　试验对YC02H-30、YG02-30、YB02-30、YN02-30在软水和硬水中的泡沫度进行了测试，通过固定疏水基团和成盐类型，考察了不同氨基酸亲水基团对产品泡沫表现的影响。具体结果如图4所示。

　　图4结果表明，随着pH值的升高，初始泡沫高度总体呈现先升高后降低的趋势，其中YG02-30和YN02-30L在pH值在5.0～8.0泡沫表现相对平稳。在pH值5.7～7.3范围内，泡沫高度大小排序为YC02H-30泡沫高度＞YB02-30泡沫高度＞YG02-30泡沫高度＞YN02-30L泡沫高度。不同的亲水基团，最优泡沫表现的pH值略有差异，如YC02H-30 pH值7.0，YB02-30 pH值7.5，YG02-30 pH值6.5，YN02-30 7.0时，初始泡沫最佳。在配方具体应用时，建议根据pH值对产品泡沫度影响关系图，选择合适的pH值，在保证适宜配方黏度的前提下，提升配方泡沫度。

　　对比图4和图5数据，可得出YC02H-30 pH值为7.5～10.0，YB02-30 pH值为6.0～7.5，YG02-30 pH值为5.0～7.5，在硬水中的泡沫表现优于软水，说明氨基酸系列表面活性剂在前述对应pH值范围，即使在硬水条件下，也有较好的泡沫表现。图5表明，pH值在5.9～6.6，YB02-30泡沫高度＞YG02-30泡沫高度>YC02H-30泡沫高度，不同于软水中的YC02H-30泡沫高度＞YB02-30泡沫高度＞YG02-30泡沫高度；pH值＞6.6时，和软水表现一致。不同亲水基团最优泡沫表现对应的pH，硬水条件下基本上和软水一致，其中YC02H-30由7.0平移至7.5，YB02-30和YG02-30仍保持在7.5最佳。说明在近中性条件下，不同亲水基团氨基酸系列表面活性剂均表现出优异的泡沫度。

　　泡沫稳定性测试结果表明，pH值5.0～6.3，YG02-

　　30消泡率最低，泡沫最稳定；pH值在6.3～7.7，YB02-30消泡率最低，泡沫最稳定；pH值＞7.7，YG02-30消泡率相对较低，泡沫较稳定。在近中性条件下，氨基酸表面活性剂均呈现出较优异的泡沫稳定性，分析主要原因为，氨基酸亲水基水化能力强，可在亲水基周围形成较厚的水化膜，增加液膜黏度和弹性，且酰胺键利于表面膜中氢键的形成，增加表面膜黏度，提升泡沫稳定性。

　　3.2.3成盐类型对泡沫性能的影响

　　(1)谷氨酸系列表面活性剂

　　试验在硬水条件下，对疏水基团和亲水基团相同，成盐类型不同的谷氨酸系列表活YG02-30和YGTEA-30，进行了泡沫性能测试，测试结果如图6所示。

　　由图6可看出，当pH值＜5.7时，YGTEA-30泡沫丰富度优于YG02-30；pH值在5.7～7.9，YG02-30泡沫丰富度整体呈现优于YGTEA-30的趋势；pH值＞7.9，YGTEA-30泡沫丰富度略优于或接近YG02-30；当pH=6.5时，YG02-30泡沫最优；当pH值为5.5时，YGTEA-30泡沫最优。谷氨酸盐系列表面活性剂，总体均表现出较优异的泡沫丰富度，成盐类型不同，在不同pH值区间泡沫表现略有差异。因YG02-30在pH值＜6.5时，产品低温条件下会轻微浑浊，而YGTEA-30在pH值在5.0～6.5，低温条件下仍澄清透明。因此，对透明配方的开发，为获得较优的泡沫表现，YGTEA-30是不错的选择。

　　泡沫稳定性测试结果表明，在硬水条件下，谷氨酸系列表面活性剂均具有较优的泡沫稳定性。当pH值＜6.3时；YG02-30泡沫稳定性表现出优于或接近YGTEA-30的趋势；pH值保持在6.3～7.8时，YG02-30泡沫稳定性优于YGTEA-30；当pH值＞7.8，YGTEA-30泡沫稳定性优于YG02-30；pH值为5.0时，YG02-30泡沫稳定性最优；pH值为7.5时，YGTEA-30泡沫稳定性最优。前述YGTEA-30在pH值为5.5时，泡沫丰富度最优，而该pH值下仍具有较优的泡沫稳定性。

　　(2)甘氨酸系列表面活性剂

　　试验在硬水条件下，对疏水基团和亲水基团相同，成盐类型不同的甘氨酸系列表活YC02H-30和YC03H-30，进行了泡沫性能测试，测试结果如图7所示。

　　图7结果表明，硬水条件下，在pH值为5.5～6.8，YC03H-30泡沫丰富度优于YC02H-30，pH值＞6.8，YC02H-30泡沫丰富度明显优于YC03H-30。pH值为7.5时，YC02H-30泡沫最优，pH值为6.5时，YC03H-30泡沫最优。

　　泡沫稳定性测试结果表明，在pH值为5.0～10.0范围内，YC03H-30泡沫稳定性整体优于YC02H-30，pH值为6.0时，两者接近。但因YC02H-30在pH值>6.8时，具有较优异的泡沫丰富度，即使泡沫稳定性不如YC03H-30，但泡沫度依然优于YC03H-30。

　　综上所述，YC02H-30适合pH值＞6.8的配方，YC03H-30更加适合pH值为5.5～6.8的配方。在对应pH值范围内，可获得较优的泡沫丰富度和泡沫稳定性。

　　3.3结构对增稠性能的影响

　　椰油酰胺丙基甜菜碱(CAPB)、烷基糖苷(APG)和氨基酸(质量比)表活按4∶4∶4混合，三羟甲基丙烷三油酸酯和月桂醇聚醚-2(PEG/PPG-120/10)0～1%，加入增稠剂0.3%，考察增稠剂聚季铵盐-10(PQ-10)和瓜尔胶对YG02-30、YC03-30、YG02-30和YN02-30等不同氨基酸表活增稠性能影响。

　　测试结果表明：PQ-10增稠时，YC03-30黏度高达12 000 mPa·s以上，YN02-30接近8 000 mPa·s，AS02-30 4 000 mPa·s，YG02-30无增稠效果。瓜尔胶增稠时，YC03-30黏度达6 000 mPa·s以上，YN02-30黏度接近8 000 mPa·s，AS02-30接近4 000 mPa·s，YG02-30无增稠效果。

　　无论是PQ-10增稠，还是瓜尔胶增稠，YC03-30和YN02-30较AS02-30和YG02-30具有更加优异的稠度表现，这主要和氨基酸亲水基团的结构有关系。

　　4结语

　　氨基酸表面活性剂的结构对其溶解性、泡沫性能和增稠性能具有重要的影响，在具体配方应用过程中，应综合考虑各种不同氨基酸表面活性剂的特点，通过合理搭配，开发出满足客户需求的产品。

　　氨基酸表面活性剂因其来源天然、温和低刺激、易生物降解等优点，预期在未来会得到越来越广泛的应用。同时，如何持续开发出更加温和、保湿、美白、抗皱、护肤等功能性氨基酸型表活，预期是未来氨基酸表面活性剂的一大发展趋势。

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