磷脂酰絲氨酸的表面活性及其在乳化體系中的應用潛力

磷脂酰絲氨酸（Phosphatidylserine，簡稱 PS）作為天然磷脂家族的重要成員，不僅具有改善認知功能等生理活性，其分子結(jié)構(gòu)中“極性頭部（絲氨酸殘基）+非極性疏水鏈（脂肪酸鏈）”的雙親特性，還賦予了優(yōu)異的表面活性 —— 可降低油-水界面張力、穩(wěn)定界面膜，為食品、化妝品等領(lǐng)域的乳化體系提供“功能活性+乳化穩(wěn)定”的雙重價值。通過系統(tǒng)解析磷脂酰絲氨酸的表面活性機制、量化其界面行為特征，并結(jié)合不同乳化體系的應用需求，可明確其在乳化領(lǐng)域的核心優(yōu)勢與應用潛力，為開發(fā)高性能、功能性乳化產(chǎn)品提供理論支撐。

一、表面活性機制：雙親結(jié)構(gòu)驅(qū)動的界面行為

磷脂酰絲氨酸的表面活性本質(zhì)是其雙親分子在“油-水”或“氣-液”界面的定向吸附與組裝行為，核心源于分子結(jié)構(gòu)的不對稱性 —— 極性頭部的親水基團與非極性鏈的疏水基團，在界面處自發(fā)排列以降低體系表面自由能，具體可從“界面吸附能力”“界面膜形成與穩(wěn)定”“界面電荷效應”三個維度解析：

（一）界面吸附：快速降低油-水界面張力

在 分子的極性頭部含羧基（-COOH）、氨基（-NH₂）與磷酸基團（-PO₄³⁻），親水基團數(shù)量多于常見乳化劑（如單甘酯、大豆卵磷脂），且分子極性更強；非極性部分為兩條長短不一的脂肪酸鏈（通常含16-18個碳原子，含1-2個不飽和雙鍵），疏水作用顯著，這結(jié)構(gòu)使在 在油-水混合體系中，能快速向界面遷移并定向排列：

極性頭部朝向水相（通過氫鍵、靜電作用與水分子結(jié)合），非極性鏈插入油相（通過疏水相互作用與油脂分子相容），形成單分子吸附層，直接降低油-水界面張力。實驗數(shù)據(jù)顯示，在25℃下，純水與大豆油的界面張力約為32mN/m；當磷脂酰絲氨酸濃度為0.1%時，界面張力可降至18mN/m；濃度提升至0.5%時，界面張力進一步降至12mN/m，且吸附平衡時間僅需2-3分鐘（大豆卵磷脂需5-6分鐘），說明它的界面吸附速率更快、降低界面張力的效率更高。

界面張力的降低幅度與磷脂酰絲氨酸的純度、脂肪酸組成相關(guān)：高純度磷脂酰絲氨酸（純度＞90%）的界面活性優(yōu)于低純度產(chǎn)品（含其他磷脂雜質(zhì)）；含不飽和脂肪酸比例高的磷脂酰絲氨酸（如大豆源PS，不飽和脂肪酸占比 70%），因脂肪酸鏈柔韌性更強，更易在界面排列緊密，降低界面張力的效果更顯著（較蛋黃源PS多降低 2-3 mN/m）。

（二）界面膜形成：構(gòu)建高強度穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)

磷脂酰絲氨酸分子在油-水界面吸附后，會通過分子間作用力（氫鍵、范德華力、疏水作用）形成連續(xù)的界面膜，膜的強度與韌性直接決定乳化體系的穩(wěn)定性：

分子間交聯(lián)增強膜強度：磷脂酰絲氨酸極性頭部的羧基、氨基可與相鄰分子的磷酸基團形成氫鍵，同時不飽和脂肪酸鏈間的范德華力（如π-π堆疊）進一步增強分子間結(jié)合力，使界面膜的彈性模量（衡量膜強度的指標）達50-80mN/m（單甘酯界面膜的彈性模量僅20-30mN/m）。高強度界面膜能有效抵抗外界剪切力（如攪拌、運輸振動）與重力作用（如乳滴沉降或上?。?，減少乳滴聚結(jié)。

膜結(jié)構(gòu)的溫度適應性：磷脂酰絲氨酸界面膜的熱穩(wěn)定性優(yōu)于多數(shù)合成乳化劑 —— 在60℃加熱條件下，其界面膜的彈性模量僅下降10%-15%；而單甘酯界面膜在相同溫度下彈性模量下降40%-50%，易出現(xiàn)膜破裂導致乳滴聚結(jié)，這一特性源于磷脂酰絲氨酸分子的磷脂骨架結(jié)構(gòu)（甘油磷酸酯），其熱穩(wěn)定性高于單甘酯的酯鍵結(jié)構(gòu)，使它在中溫加工場景（如烘焙、滅菌）中仍能維持界面膜穩(wěn)定。

（三）界面電荷：靜電斥力抑制乳滴聚結(jié)

磷脂酰絲氨酸的極性頭部在中性或弱酸性條件下（pH5-7，常見食品體系的pH范圍），羧基會部分解離為-COO⁻，使界面膜帶負電荷（ζ 電位約為-30至-45mV）。帶負電的乳滴會因靜電斥力相互排斥，避免乳滴碰撞時發(fā)生聚結(jié)，進一步提升乳化體系的穩(wěn)定性：

對比實驗顯示，含磷脂酰絲氨酸的O/W型乳狀液（油相體積分數(shù) 30%），乳滴平均粒徑（約0.5-1.0μm）在4℃儲存30天后無顯著變化（粒徑增長＜5%）；而不含PS、僅用單甘酯穩(wěn)定的乳狀液，30天后乳滴粒徑增長達30%，出現(xiàn)明顯分層。

界面電荷的強度可通過pH調(diào)節(jié)：在酸性條件下（pH＜4），羧基解離受抑制，ζ電位絕對值降低（約-15至-20 mV），靜電斥力減弱，乳化穩(wěn)定性下降；在弱堿性條件下（pH7-8），羧基完全解離，ζ 電位絕對值升高（約-45至-50 mV），靜電斥力增強，穩(wěn)定性進一步提升，這一特性使磷脂酰絲氨酸可通過pH調(diào)控適配不同酸堿性的乳化體系。

二、在不同乳化體系中的應用潛力

基于優(yōu)異的表面活性與生理活性，磷脂酰絲氨酸在食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的乳化體系中展現(xiàn)出多元應用潛力，尤其適合對“乳化穩(wěn)定性”與“功能活性”有雙重需求的產(chǎn)品，以下聚焦核心應用場景展開分析：

（一）食品乳化體系：兼顧穩(wěn)定與營養(yǎng)功能

食品領(lǐng)域的乳化體系（如乳飲料、酸奶、烘焙奶油、功能性脂肪粉）對乳化劑的安全性、穩(wěn)定性與功能性要求極高，磷脂酰絲氨酸的天然來源（大豆、蛋黃）與生理活性使其成為理想選擇，具體應用潛力體現(xiàn)在三個方向：

·功能性乳飲料：提升穩(wěn)定性與腦健康價值

乳飲料（如調(diào)制乳、堅果乳）常因蛋白質(zhì)沉淀、油脂上浮導致穩(wěn)定性差，且需額外添加功能成分提升附加值。磷脂酰絲氨酸在乳飲料中的應用可實現(xiàn)“乳化穩(wěn)定+腦健康功能”的結(jié)合：

穩(wěn)定機制：磷脂酰絲氨酸可與乳蛋白（如酪蛋白、乳清蛋白）通過靜電作用形成“PS-蛋白復合乳化劑”，復合乳化劑的界面吸附能力更強，可將乳飲料的油-水界面張力降至10-12mN/m，乳滴粒徑控制在0.3-0.5μm，顯著減少蛋白質(zhì)沉淀（儲存30天沉淀率＜2%，傳統(tǒng)乳化劑組＞8%）。

應用案例：在核桃乳飲料中添加0.2%的磷脂酰絲氨酸，不僅解決了核桃油上浮問題（離心穩(wěn)定性達 98%），還賦予產(chǎn)品“改善記憶力”的功能定位，經(jīng)感官評價顯示，添加它的核桃乳無異味，口感順滑度優(yōu)于添加單甘酯的對照組。此外，磷脂酰絲氨酸與乳蛋白的復合物可保護核桃中的α-亞麻酸（易氧化），使產(chǎn)品的過氧化值在儲存期間降低30%-40%，延長保質(zhì)期。

·低脂酸奶：改善質(zhì)地與延緩乳清析出

低脂酸奶因脂肪含量降低（＜1.5%），易出現(xiàn)乳清析出、質(zhì)地粗糙等問題，磷脂酰絲氨酸可通過乳化與增稠協(xié)同作用改善產(chǎn)品品質(zhì)：

作用機制：磷脂酰絲氨酸在酸奶發(fā)酵過程中，可吸附于酪蛋白膠束表面，增強膠束間的交聯(lián)作用，形成更致密的凝膠網(wǎng)絡，減少乳清析出；同時，它的界面膜可包裹少量脂肪球，提升酸奶的順滑口感。

應用潛力：添加0.15%的磷脂酰絲氨酸后，低脂酸奶的乳清析出率從15%降至5%以下，質(zhì)地評分（從 1-5分）從2.8分提升至4.2分；且它的加入不影響酸奶發(fā)酵過程（乳酸菌數(shù)量與發(fā)酵時間無顯著變化），還可通過其生理活性吸引關(guān)注腦健康的消費群體（如學生、老年人），提升產(chǎn)品差異化競爭力。

·功能性脂肪粉：實現(xiàn)活性成分包埋與穩(wěn)定

脂肪粉（如 DHA 粉、益生菌粉）需通過乳化-噴霧干燥制備，要求乳化劑能高效包裹油相、抵抗干燥過程的高溫與氧化。磷脂酰絲氨酸的高界面活性與熱穩(wěn)定性使其在功能性脂肪粉中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢：

包埋優(yōu)勢：磷脂酰絲氨酸可與麥芽糊精協(xié)同形成復合壁材，對DHA等不飽和脂肪酸的包埋率達92%以上（單甘酯組包埋率約80%）；噴霧干燥過程中（入口溫度180℃），它的界面膜能保護DHA不被氧化，使產(chǎn)品的過氧化值＜3meq/kg（單甘酯組＞8meq/kg）。

功能疊加：將磷脂酰絲氨酸與益生菌（如乳雙歧桿菌）共包埋，它不僅能穩(wěn)定油相，還可通過其對腸道黏膜的親和性，提升益生菌的存活率（模擬胃腸液處理后，益生菌存活率達60%，傳統(tǒng)壁材組僅35%），實現(xiàn)“DHA+益生菌+PS”的三重功能疊加，拓展脂肪粉的應用場景（如嬰幼兒配方食品、老年營養(yǎng)粉）。

（二）化妝品乳化體系：兼顧膚感與抗衰功能

化妝品中的乳化體系（如面霜、精華乳、防曬乳）需滿足“膚感清爽、穩(wěn)定性強、功能活性”的需求，磷脂酰絲氨酸的表面活性與皮膚相容性使其成為高端化妝品的理想乳化劑，應用潛力集中在兩個方向：

·抗衰面霜：乳化穩(wěn)定與皮膚屏障修復協(xié)同

抗衰面霜常含視黃醇、維生素E等油溶性活性成分，需乳化劑實現(xiàn)均勻分散，同時要求產(chǎn)品能修復皮膚屏障（皮膚屏障的主要成分含磷脂）。磷脂酰絲氨酸的應用可同時滿足這兩大需求：

乳化效果：磷脂酰絲氨酸可將面霜中的油相（如角鯊烷、植物油脂）穩(wěn)定分散為0.1-0.3μm的乳滴，產(chǎn)品在45℃高溫儲存1個月無分層，低溫（-10℃）儲存無結(jié)晶析出，穩(wěn)定性優(yōu)于常用的吐溫-80（高溫儲存易分層）。

皮膚護理功能：磷脂酰絲氨酸可通過與皮膚角質(zhì)層的磷脂相互作用，補充皮膚屏障的磷脂成分，提升皮膚含水量（使用含2%PS的面霜2周后，皮膚含水量提升25%-30%）；同時，它的抗炎特性可緩解視黃醇帶來的皮膚刺激（紅斑發(fā)生率從30%降至10%），實現(xiàn)“乳化穩(wěn)定+抗衰+舒緩”的三重效果。

·防曬乳：提升防曬劑分散性與膚感

防曬乳中的物理防曬劑（如二氧化鈦、氧化鋅）易團聚，導致防曬效果不均、膚感厚重；化學防曬劑（如奧克立林）易滲透皮膚，存在安全風險。磷脂酰絲氨酸可通過界面吸附改善防曬乳的性能：

分散與穩(wěn)定：磷脂酰絲氨酸的極性頭部可通過靜電作用吸附于二氧化鈦表面（二氧化鈦表面帶正電），形成穩(wěn)定的包覆層，防止防曬劑團聚，使防曬乳的SPF值提升15%-20%（從SPF30提升至SPF35-36），且涂抹時無顆粒感。

安全與膚感：磷脂酰絲氨酸的界面膜可阻隔化學防曬劑向皮膚深層滲透（滲透量降低40%-50%），提升產(chǎn)品安全性；同時，它的磷脂結(jié)構(gòu)使防曬乳膚感清爽，不黏膩，改善傳統(tǒng)防曬乳的使用體驗。

·醫(yī)藥乳化體系：靶向給藥與生物利用度提升

醫(yī)藥領(lǐng)域的乳化體系（如脂肪乳注射液、口服納米乳制劑）對乳化劑的生物相容性、靶向性要求嚴苛，磷脂酰絲氨酸的天然磷脂屬性與對細胞膜的親和性使其在該領(lǐng)域具有特殊應用潛力：

脂肪乳注射液：傳統(tǒng)脂肪乳（如大豆油脂肪乳）使用大豆卵磷脂作為乳化劑，部分患者可能出現(xiàn)過敏反應；磷脂酰絲氨酸的致敏性更低（源于其更單一的分子結(jié)構(gòu)），且可通過調(diào)節(jié)界面電荷（ζ 電位），使脂肪乳在血液中循環(huán)時間延長（半衰期從6小時延長至10小時），提升藥物（如脂溶性抗生素）的生物利用度。

口服納米乳制劑：針對難溶性藥物（如紫杉醇），磷脂酰絲氨酸可作為乳化劑制備納米乳（粒徑＜100 nm），它的極性頭部可與腸道黏膜細胞的受體結(jié)合，促進藥物吸收（吸收率提升3-5倍）；同時，PS 的界面膜可保護藥物不被胃腸道酶降解，提高制劑的穩(wěn)定性與療效。

三、在乳化體系應用中的挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向

盡管磷脂酰絲氨酸在乳化體系中展現(xiàn)出顯著潛力，但其應用仍面臨“成本較高”“穩(wěn)定性受環(huán)境影響”“復配協(xié)同性待挖掘”等挑戰(zhàn)，需通過技術(shù)優(yōu)化突破瓶頸：

（一）當前挑戰(zhàn)：限制規(guī)?；瘧玫暮诵膯栴}

生產(chǎn)成本高，性價比不足：磷脂酰絲氨酸的提取純化工藝復雜（從大豆或蛋黃磷脂中分離），純度＞90%其價格約為大豆卵磷脂的10-15倍，限制了其在中低端乳化產(chǎn)品中的應用（如普通飲料、平價化妝品）。

酸性條件下穩(wěn)定性下降：在pH＜4的強酸性體系（如檸檬汁飲料、酸性面膜）中，磷脂酰絲氨酸的羧基解離受抑制，界面活性降低，乳化穩(wěn)定性下降（乳滴粒徑增長速率加快2-3倍），難以適配高酸度產(chǎn)品。

與其他乳化劑的協(xié)同機制不明確：磷脂酰絲氨酸與合成乳化劑（如單甘酯、吐溫-80）或天然乳化劑（如阿拉伯膠、酪蛋白）的復配效果缺乏系統(tǒng)研究，部分復配組合可能出現(xiàn)“拮抗作用”（如PS與吐溫-80復配時，界面吸附競爭導致膜強度下降），影響乳化穩(wěn)定性。

（二）優(yōu)化方向：提升應用可行性的技術(shù)路徑

降低生產(chǎn)成本：工藝創(chuàng)新與原料拓展

開發(fā)“酶法定向合成”技術(shù)：利用磷脂酶D催化大豆卵磷脂的頭部基團轉(zhuǎn)化為絲氨酸，直接合成它，合成效率較傳統(tǒng)提取法提升30%，成本降低40%-50%；

拓展原料來源：從廢棄蛋黃（食品加工副產(chǎn)物）中提取磷脂酰絲氨酸，實現(xiàn)“廢棄物資源化”，進一步降低原料成本，同時提升食品工業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟價值。

改善酸性穩(wěn)定性：分子修飾與復合壁材

酶法修飾磷脂酰絲氨酸：通過磷脂酶 A₂對磷脂酰絲氨酸的脂肪酸鏈進行飽和化處理（減少不飽和雙鍵），提升其在酸性條件下的界面排列穩(wěn)定性，使pH3的體系中，它的乳化穩(wěn)定期從7天延長至30天；

復合壁材保護：將磷脂酰絲氨酸與果膠（耐酸性強）復合形成雙層界面膜，果膠的羧基在酸性條件下仍能解離，維持界面電荷，使酸性乳飲料的儲存穩(wěn)定性提升50%以上。

挖掘復配協(xié)同性：精準復配提升性能

明確協(xié)同復配比例：研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰絲氨酸與酪蛋白酸鈉按質(zhì)量比1:3復配時，界面膜的彈性模量達120mN/m（單一PS組為80mN/m），乳化穩(wěn)定性很好，可用于高油相含量的產(chǎn)品（如奶油，油相體積分數(shù) 70%）；

功能型復配：將磷脂酰絲氨酸與抗氧化劑（如茶多酚）復配，不僅提升乳化穩(wěn)定性，還可通過茶多酚的抗氧化作用保護其不飽和脂肪酸鏈，減少氧化產(chǎn)物生成，延長產(chǎn)品貨架期。

磷脂酰絲氨酸憑借“高界面吸附速率、高強度界面膜、可控界面電荷”的表面活性優(yōu)勢，在乳化體系中展現(xiàn)出“穩(wěn)定性能優(yōu)異+功能活性疊加”的獨特價值 —— 在食品領(lǐng)域可實現(xiàn)乳化穩(wěn)定與腦健康功能的結(jié)合，在化妝品領(lǐng)域兼顧膚感與抗衰修復，在醫(yī)藥領(lǐng)域提升靶向性與生物利用度。盡管面臨成本高、酸性穩(wěn)定性不足等挑戰(zhàn)，但通過工藝創(chuàng)新（酶法合成）、分子修飾（脂肪酸鏈飽和化）與精準復配（與酪蛋白酸鈉協(xié)同），可有效突破瓶頸。

未來，隨著磷脂酰絲氨酸生產(chǎn)成本的降低與穩(wěn)定化技術(shù)的成熟，其在乳化體系中的應用將從高端產(chǎn)品向大眾化產(chǎn)品拓展，成為連接“乳化技術(shù)”與“功能活性”的核心原料，為食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新提供新方向，同時推動天然磷脂乳化劑的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

本文來源于理星（天津）生物科技有限公司官網(wǎng) http://www.wjcb.org.cn/