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生物表面活性剂的概况与发展
作者：朱小兵
生物科学是一门古老的科学,在制药工业、食品工业中已得到了很大的应用,如其产品有:食品稳定剂、乳化剂、维生素、氨基酸、蛋白质、食品酶、酶制剂、特种脂肪酸、保水剂、风味剂及发泡剂等。
近年来,生物学,尤其是分子生物学有了突破性的进展,使生物技术显出巨大的前景,在许多原来与生物体系或生物技术似乎无关的领域,如:原材料处理、加工工艺、产品改良、汰选、废物处理、能量再循环以及节能等方面都具有了应用的可能性,在石油化工方面也逐步获得较大应用如:ＭＥＯＲ、石油脱沥青、粘度控制、脱硫、溢油控制、废水处理及解毒、乳化、破乳等。由于应用范围和规模的不断扩大,生物制品的销售额也就逐步上升如:1980年全球生物技术产品销售额为2500万美元,而1988～1990年为270亿美元,预计在本世纪末将达到5000亿美元。
表面活性剂素有“工业味精”之称,在各个工业领域中都有广泛的应用,但化学合成表面活性剂受到原材料、价格和产品性能等因素的影响,同时在生产和使用过程中常常会带来严重的环境污染问题以及对人体的毒害问题。生物技术快速发展、生物制品销售见好的今天,如果能够利用生物技术生产出活性高、具有特效的表面活性剂,就可以避免以上出现的各种问题。
生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时,在其代谢过程中分泌出具有一定表面活性的代谢产物,如:糖脂、多糖脂、脂肽或是中性类脂衍生物等等。
1生物表面活性剂的形成和制备
生物表面活性剂的形成:许多微生物都可能仅靠烃类为单一碳源而生长,如:酵母菌和真菌主要利用直链饱和烃;细菌则除了降解异构烃或环烷烃以外,还可能利用不饱和烃和芳香族化合物。微生物要利用各种烃类,就必须使烃类通过外层亲水细胞壁进入细胞,受降解酶作用而被降解,由于烃基水溶性非常小,因此各种微生物常以不同方式解决这一问题,一些细菌和酵母菌分泌出离子型表面活性剂如:Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ.产生的鼠李糖脂、Ｔｏｒｕｌｏｐｉｓｓｐ.产生的槐糖脂。另一些微生物产生非离子型表面活性剂如:Ｃａｎｄｉｄａｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ和Ｃａｎｄｉｄａｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ在正构烷烃中培养时产生胞壁结合脂多糖、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｕｓｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ以及一些Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ和Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ.在原油或正构烷烃中产生非离子海藻糖棒杆霉菌酸酯。
并且同一种细菌有时在不同的培养基和不同的环境中可分泌形成不同的表面活性剂,如ＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒＳＰ.ＡＴＣＣ31012在淡水、海水、棕榈酸钠溶液以及十二烷烃中,辅以其他必要成份,均可分泌生成一种属聚合糖类的表面活性剂。但是ＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒＳＰ.ＡＴＣＣ31012在十八烷烃中则分泌生成微结构相似的另一种表面活性剂。通过在温和条件下将这两种表面活性剂水解又可获得其它结构相似的表面活性剂。
由此可见,在烃基质中培养时,许多微生物都可以有利于烃基质被动扩散而进入细胞内的效应,这是通过微生物产生的一大类物质而起作用的,这类物质就称作“生物表面活性剂”。
生物表面活性剂的制备主要分为培养发酵、分离提取、产品纯化三大步骤。
培养发酵:由于细菌种类成千上万,每种可分泌生成表面活性剂的细菌其要求的碳源不同,辅助成份不同,加上所要求的发酵条件不同,因此各种细菌的培养发酵便不同,在此就不一一叙述,而对大多数细菌所分泌形成表面活性剂的分离提取、产品纯化均有一些类似的方法,如萃取、盐析、渗析、离心、沉淀、结晶以及冷冻干燥等。下面以ＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒＳＰ.ＡＴＣＣ31012为例简单介绍一下分离提取、产品纯化这两方面。 当ＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒＳＰ.ＡＴＣＣ31012在特定的培养基中,在一定温度和湿度下,通过一定时间的发酵以后,将发酵液慢慢冷却并加入电解质,使发酵液分为两层,取出上层澄清部分,沉淀部分再用饱和电解质溶液清洗,并离心分出上层清亮部分,合并两次的液体部分用硅藻土过滤。
将收集起来的沉淀溶于水中,用乙醚萃取后,再用蒸馏水渗析,然后通过冷冻干燥即可得到一种属于聚合糖类的生物表面活性剂的粗产品。
得到粗产品后便要进行产品纯化即:取一定量的粗产品溶于水中,在室温下加入十六烷基三甲基溴化铵,使其凝聚沉淀,然后进行离心分离,沉淀部分用蒸馏水清洗,再将洗后的沉淀溶于硫酸钠溶液中,不溶部分用离心方法除去,然后加碘化钾,形成的十六烷基三甲基碘化铵沉淀通过离心除去,所剩的清液部分用蒸馏水渗析,然后通过冷冻干燥得到一种白色固体———纯净的生物表面活性剂。
2生物表面活性剂的性质
表1 Rhodococcus和 Pseudomonas sp. 产生的糖脂在模拟地层水中40℃下的表面活性和界面活性同一般化学合成的表面活性剂一样,生物表面活性剂分子中也含有憎水基团和亲水基团两部分,憎水基一般为脂肪酰基链,极性亲水基则有多种形式如:中性脂的酯或醇功能团、脂肪酸或氨基酸的羟基、磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基。生物表面活性剂能显著降低表面张力和界面张力,如表1,表2。除此之外,还具有其它特有的性能,如:Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ-产生的鼠李糖脂的乳化性能很好,优于常用的化学合成乳化剂Ｔｗｅｅｎ,并且生物表面活性剂具有良好的抗菌性能,这一点是一般化学合成的表面活性剂难以匹敌的,如日本的Ｉｔｏｈ实验室从Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ-得到鼠李糖脂具有一定的抗菌、抗病毒和抗枝原体的性能等。有些生物表面活性剂可以耐强碱、强酸如α、α-Ｄ-海藻糖-6-棒杆霉菌酸酯,在0.1Ｎ盐酸中70小时仅有10%的糖脂被降解。ＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓａｅｒｕｇｉｎｏｓａＳ7Ｂ1产生的类蛋白活化剂在ｐＨ为1. 7～11. 4范围内非常稳定,并且有许多生物表面活性剂耐热性非常好,如表3。
表3　温度对生物表面活性剂的γ1的影响
同时由于生物表面活性剂是天然产物,因此具有更好的生物降解性。鉴于人们对生物表面活性剂的研究还很少,因此对各种生物表面活性剂的各种性质的测试报道还不多。
3生物表面活性剂的应用
由于生物表面活性剂有其特殊的性质,因此生物表面活性剂在石油化工方面有着广泛的应用如:德国ＷｉｎｔｅｒｓｈｕｌｌＡＧ公司、美国ＰｈｉｌｌｉｐｓＰｅ-ｔｒｏｌｅｕｍ公司、Ｐｅｔｒｏｆｅｒｍ公司、ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＢｉｏＲｅｓｏｕｒｃｅｓ公司、ＰｅｔｒｏｇｅｎｅｔｉｃＡＧ公司、ＧｅｎｅｔｉｃｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司、以及ＷｏｒｎｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｇｙ公司都采用了ＭＥＯＲ技术(ｍｉｃｒｏｂｉａｌｅｎ-ｃｈａｎｃｅｄｏｉｌｒｅｃｏｖｅｒｙ)。在ＭＥＯＲ技术中,生物表面活性剂起到了非常独特的作用,如由ＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒＳＰ.ＡＴＣＣ31012分泌而制备的一种聚合糖类的生物表面活性剂,可以在高浓度盐的环境中,非常有效地将一采、二采后仍遗留在油井中的脂肪烃、芳香烃和环烷烃彻底乳化,同时其本身基本不会被地层中泥沙、砂石所吸收,并且用量非常小。这种生物表面活性剂在清洗贮油罐、油轮贮仓、输油管道以及各种运油车时也非常有效,首先其用量很小,仅需处理油污量的千分之一到万分之一,并且最后形成的乳液用通常的物理和化学方法便可破乳,洗下的油可以回收。生物表面活性剂还大量应用于乳化、破乳、润湿、发泡及抗静电等方面,如日本花王(ＫＡＯ)公司将Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｎｏ-ｃａｒｄｉａ、Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ和Ａｌｋａｌｉｇｅｎｅｓｓｐ.产生的生物表面活性剂用于稳定水煤浆以便输送。处理炼油厂废水时,若在活性污泥处理池中加入鼠李糖脂,会大大加快正构烷烃的生物降解过程,生物表面活性剂在纺织、医药、化妆品、食品等工业领域中都能有重要应用。生物表面活性剂是由微生物代谢分泌而来,它不同于通常化学合成的表面活性剂,化学合成的表面活性剂是具有一定毒性的并且不易被生物降解,而生物表面活性剂是完全可以生物降解并且基本是无毒的。若将炼油厂废弃的油作为烃基用来培养微生物,这样既可解决炼油厂的环境污染问题,又可获得非常有使用价值的生物表面活性剂。几乎所有大的石油公司和大的跨国化学公司都在积极地计划发展生物技术,生物表面活性剂的开发是此项发展计划的主要组成部分,由于工业技术保密,因而从公开发表的文献中很少能获得这方面的信息。
4生物表面活性剂的前景
生物表面活性剂在石油、化工、医药、化妆品、食品等行业中都有广泛的应用,因而其市场也是非常大的,并随着社会的进步,科学的发展,人们对各种表面活性剂的要求越来越高,要求不仅具有优良的化学性质而且还要求其对人体、生畜尽可能无毒无害,对人类赖以生存的环境无污染,其排放物能很快被生物降解等。生物表面活性剂便可以达到这些要求;同时生物表面活性剂的生产过程也可以是一个环境净化、废油利用、变废为宝的过程。但开发生物表面活性剂不仅要考虑到其生产技术的可行性,市场价格也是一个重要因素,若仅仅从生物表面活性剂本身而言,生物表面活性剂必须与化学合成表面活性剂以相同或稍低的价格出售,才能获得市场。但由于微生物进行生物合成是多种多样的,因而可能会生产出新的,性能更好的表面活性剂。如果生物表面活性剂具备明显的优点,其价格可以高于或大大高于化学合成的表面活性剂,加上生物表面活性剂的生产可能是一个以废油作为基质的生物工程,同时加上环境因素,这样可以使生物表面性剂的生产具有很好的前景和巨大的市场。因此,在功能特性和经济方面,生物表面活性剂与化学合成的表面活性剂之间将会有一场激烈的竞争。

生物表面活性剂及其应用
作者：马歌丽,彭新榜,马翠卿,许平

表面活性剂(Surfactants)是一类重要的化工原料,素有“工业味精”之称,它在石油工业､环境工程､食品工业､精细化工等许多领域中占有特殊和重要的地位。目前,几乎所有的表面活性剂都是以石油为原料化学合成而来,化学合成的表面活性剂在生产和使用过程中常常会带来严重的环境污染问题。生物表面活性剂(Biosurfactants)是表面活性剂家族中的后起之秀,它是由微生物所产生的一类具有表面活性的生物大分子物质。与化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂除具有降低表面张力､稳定乳化液和增加泡沫等相同作用外,还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的无毒､能生物降解等优点。生物表面活性剂的这些特性尤其适合于石油工业和环境工程,如石油的生物降粘､提高原油采收率､重油污染土壤的生物修复等。另外,生物表面活性剂作为天然添加剂,在食品工业､精细化工､医药和农业等工业方面也愈来愈受到人们的青睐。随着人们崇尚自然和环保意识的增强,生物表面活性剂将有更加广阔的应用前景,并有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代品。
1 生物表面活性剂的研究历史
早在20世纪40年代,Zobell在研究硫酸盐还原细菌从沙粒中释放原油的机制时就指出,微生物产生表面活性剂是细菌驱油的主要机制之一。1957年,捷克的Dostalek和Spumy把脱硫弧菌(Desulfovibrio)和假单胞菌同糖蜜一起注入油层,原油产量提高。他们认为,可能是细菌产生的表面活性物质,改变了岩石
油 水三相系统的界面张力所致。
60年代后,石油工业开始发展,微生物对烃类物质的乳化机制引起关注。对提取的微生物表面活性剂集中于结构､性能､生物合成及调控的研究。1976年,Zajie和Panchal综述了微生物乳化剂的来源及特性,预测了其应用潜力。1980年,Cooper和Zajie评述了微生物表面活性剂的化学特性。1984年,Zajie和Seffens阐述了微生物表面活性剂的理化性能。1991年,Vander等进行的轴对称液滴分析(ADSA)非常有效,其他比较简单的方法有快速液滴破裂实验､产表面活性剂菌落的薄层层析及比色法检测解烃细菌与产鼠李糖脂的细菌。近年来的研究热点是发展快速检测表面活性剂高产菌株并评价其潜力的方法。
用微生物发酵法生产表面活性剂是70年代后期发展起来的。加拿大､英国､德国､前苏联等主要研究并开发各类新型生物表面活性剂､寻找最适生产条件,表面活性剂结构剖析与改性,物化性能测试,室内驱油物理模拟等。Zajie实验室几个产品已商业化。Singer实验室选育的一种细菌,以正构烷烃为唯一碳源,产生一种胞外和胞内糖脂型表面活性剂,使重油粘度降低95%以上,形成稳定的水包油乳状液。
2 生物表面活性剂的种类及其微生物来源
2.1 生物表面活性剂的种类
微生物产生的生物表面活性剂包括许多不同的种类。依据他们的化学组成和微生物来源可分为糖脂､脂肽和脂蛋白､脂肪酸和磷脂､聚合物和全胞表面本身等五大类。
2.2 产生生物表面活性剂的微生物来源
生物表面活性剂多数由细菌､酵母菌､真菌(霉菌)等产生。微生物发酵法生产生物表面活性剂的生产菌种大致可分为三类:一类是严格以烷烃作为碳源的微生物,如棒状杆菌Corynebateriumsp.;一类是以水溶性底物为碳源的微生物,如杆菌Bacillus
sp.;另一类可以烷烃和水溶性底物两者作为碳源,如假单孢菌Pseudomonas sp。表1列出了生物表面活性剂的种类及其微生物来源。

3 生物表面活性剂的性能
生物表面活性剂的分子结构中既有极性基团又有非极性基团,是一类中性两极分子。亲水基团可以是离子或非离子形式的单糖､二糖､多糖､羧基､氨基或肽链;疏水基团则由饱和脂肪酸､不饱和脂肪酸或带羟基的脂肪酸组成。对于像蛋白质-多糖复合物等一些分子量较大的生物表面活性剂分子,其亲水和疏水部分可以由不同的分子组成。
生物表面活性剂能在两相界面定向排列形成分子层,能降低界面的能量,即表面张力,多数生物表面活性剂可将表面张力减小至30mN/m。它们在决定界面的流变学特性以及在两相间物质传递方面起着十分重要的作用。
生物表面活性剂具有良好的热及化学稳定性,如由地衣芽孢杆菌产生的脂肽在75℃时至少可耐热140h。生物表面活性剂在pH5.5～12之间保持稳定,当pH小于5.5时,会逐渐失活。
与化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂更具优越性,表现在其反应产物均一,可引进新类型的化学基团,其中有些基团是化学方法难以合成的;生物表面活性剂安全､无毒､生产工艺简单,常温常压下即可发生反应。
4 生物表面活性剂的应用
生物表面活性剂有非常广泛的应用,能用于石油开采业､环境工程､食品工业､农业和精细化工等行业。然而最有应用前景的是清除污染的油罐､重油的运移和提高原油采收率。
4.1 应用于石油开采业(MEOR技术)
由于石油工业对生物表面活性剂的纯度和专一性要求不高,所以可直接使用含完整微生物细胞的生物表面活性剂发酵液。微生物强化采油(microbial
enhanced oil
recovery,MEOR)技术就是指往油层中注入某些微生物,同时注入一些微生物生长所必需的营养物,这些微生物在生长的同时,能产生生物表面活性剂。这些生物表面活性剂可降低原油与水两相界面的张力,从而可提高油田的开采量。MEOR技术是生物表面活性剂的一个重要应用领域。在油田开采中,应用一次及二次采油技术开采后,仍有大约70%的原油滞留在储油层中。为进一步采集这些极为可观的残留原油,通常向油井中注入化学合成的表面活性剂,以降低原油与水的界面张力,使地层毛细管孔隙中所夹持的原油大量释放出来,从而提高原油采收率。但化学合成的表面活性剂通常难以生物降解,会造成严重的环境污染。而生物表面活性剂可被微生物降解,所以不会对环境造成污染。
直接向地下注入产生物表面活性剂的微生物,并配以适当的营养物质,以地下石油为唯一碳源,将油层当作生物反应器的微生物驱采油方法是目前国内外力争攻克的难题。微生物驱与化学驱的重要区别是微生物不但可沿注水压差方向运移,还可在油层中纵深迁移,并与水驱难以扫及的原油作用,大大提高了水驱或化学驱的波及效率。另外微生物在与原油作用的同时,会产生有利于提高原油采收率的代谢产物,除产生生物表面活性剂外,还产生某些小分子的有机酸､有机溶剂等,既能降低油水间界面张力,又使油层的通透性增强。在此基础上,再与化学驱结合将会在最大程度提高原油采收率的同时,大大降低化学驱的成本。据报道,紫红诺卡氏菌(Nocardia
rhodochrous)产生的海藻糖脂,用于地下砂石中石油的回收,出油率提高了30%。
4.2 在环境生物工程上的应用
近年来,随着工农业生产的发展,工业排放的废水､固体废弃物､农田中施用的农药､石油开采中的井喷及运输中的泄漏等对水体和土壤的污染日趋严重,从而引起人们的关注。研究表明:加入微生物或表面活性剂(生物的或化学合成的),能够增强憎水性化合物的亲水性和生物可利用性,使进入环境的污染物不断地降解,该技术称为生物修复(biore
mediation),其中使用到生物表面活性剂。土壤微生物降解烷烃化合物是烷烃污染物从土壤中消失的基本机制。为了提高烷烃降解速度,接种非土壤微生物的效果仍有很大争议。然而,可以通过提高土壤中微生物的数量,继而提高烷烃的降解速度,而且降解速度的提高远远高于单独加入某种营养成分所提高的速度。糖脂类生物表面活性剂不仅可提高烷烃的去除率,而且可加速烷烃的矿化程度,缩短可被微生物利用的适应时间。华兆哲等用假丝酵母生产的甘露糖赤藓糖醇酯对正构烷烃具有较好的降解能力。VanDyke等研究表明,铜绿假单胞菌合成的鼠李糖脂加入沙土或沙壤土中,烷烃的去除率分别提高25%～70%和40%～80%。生物表面活性剂同样也可用于修复受重金属､菲､多氯联苯污染的土壤。
4.3 在食品工业和精细化工中的应用
由于符合功能性食品和绿色食品添加剂的要求,在人们崇尚自然,健康至上的今天,生物表面活性剂已成为一种广泛应用的食品添加剂。蔗糖酯､卵磷脂､山梨聚糖等都是目前食品工业常用的乳化剂。另外,生物表面活性剂还可以用作食品加工业和精细化工中的保湿剂､防腐剂､润湿剂､起泡剂､增稠剂､润滑剂等。据报道蔗糖酯加入食品中可以改善食品的加工性能､提高食品抗氧化防霉作用和香味质量,蔗糖酯对柑桔､苹果､梨等水果的保鲜已取得良好效果。产朊假丝酵母(Candida
utilis)合成的生物乳化剂可用作色拉调味剂。槐糖脂具有良好的皮肤亲和性,可作为皮肤保湿剂用于化妆品中,还可用于制造洗涤剂､增加感光乳剂的稳定性等。蔗糖酯也可以改善化妆品的水洗性能,增加皮肤的光润和滑嫩性。
4.4 在其他方面的应用
在农业方面,生物表面活性剂可用于土壤改良､用作肥料､清洁､植物保护以及杀虫剂等。在医疗卫生方面,生物表面活性剂可用于治疗某些疾病。据报道,红串红球菌(Rhodococcus
erythropolis)合成的琥珀酰海藻糖脂能够抑制单纯疱疹病毒和流感病毒。用发酵法生产的磷脂蛋白对人体细胞中的免疫缺陷蛋白病毒具有抑制作用。
生物表面活性剂还可用于高效细胞破碎和快速测定微生物的数量。由于生物表面活性剂可高效地将细菌和真菌的细胞破碎,细胞内的ATP释放后与荧光素酶和荧光素系统反应产生荧光,ATP的量与细胞的数量相关,因此通过测定所产生的荧光的量即能推算出细胞的数量,从而达到快速测定的目的。此外,生物表面活性剂还能用于杀菌剂､杀虫剂效果的监测,以及发酵工业发酵过程的细胞数量随程监控等方面。
5 问题和发展前景
目前,生物表面活性剂只有少数产品走向市场,大多数品种处于实验研究阶段,还没有进行大规模的工业化生产,这主要是由于它的生产成本较高。据估计生物表面活性剂是化学生物表面活性剂成本的3～10倍。为了开发生物表面活性剂的应用潜力,降低其生产成本是当前研究开发的热点和主要目标。决定生物表面活性剂生产成本的主要因素有原料､发酵工艺和下游技术等。因此解决问题的途径有如下三种:(1)通过选育高产菌株､构建基因工程高产菌;发展快速检测表面活性剂高产菌株并评价其潜力的方法;(2)找到廉价发酵原料､改进发酵工艺､用先进的下游技术等方法提高生物表面活性剂的发酵产率和提取得率,从而大大降低它的生产成本;(3)利用生物表面活性剂的特殊性,开发出它的二次产品,提高其附加值。如用于化妆品､食品､制药等行业。
总之,生物表面活性剂是最近发展起来的一类新型表面活性剂,它具有降低表面张力的作用,对环境无毒害,且生物降解性能好,属于天然添加剂。除了在石油工业和环境工程等一些特殊领域受到重视外,随着生物技术和相关技术手段的快速发展,生物表面活性剂的价格将逐步降到消费者可以接受的水平,越来越广泛地应用在食品工业､精细化工､医疗卫生等行业,与我们的日常生活密切相关。生物表面活性剂及其应用研究将有广阔的发展前景。

生物表面活性剂对微生物生长和代谢的影响
作者：钱欣平,阳永荣,孟琴

生物表面活性剂是生物(主要是微生物)生成的低分子量表面活性剂,包括糖脂､多糖脂､脂肽､脂蛋白以及中性类脂衍生物等。它们的分子结构由两部分组成,一部分是疏油亲水的极性基团,如单糖､聚糖､氨基酸､肽和磷酸基等,另一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团,如饱和或非饱和的脂肪醇及脂肪酸等。正是由于具有这种既亲油又亲水的两亲性分子结构,生物表面活性剂才能具有分散､加溶､润湿､渗透等性能,但它们的生理功能还不是很清楚。
虽然大多数的生物表面活性剂被看作是次级代谢产物,但它们对微生物的生长却具有重要作用。例如,烃类的难溶性使得摄取烃类的微生物在生长过程中往往伴随着生物表面活性剂的生成,它们的作用主要是使烃类在水溶液中有效扩散,并渗入细胞内部被同化分解。另一方面,生物表面活性剂可以通过调节细胞表面的疏水性能来影响微生物细胞与烃类之间的亲和力。除此之外,很多生物表面活性剂具有杀菌活性,并在细菌滑动穿越界面的活动中以及适应恶劣环境的代谢过程中发挥特殊作用。几乎所有这些生物功能均与它们的两亲性分子特征相关。
1 促进难溶底物的分散与吸收
烃降解酶往往嵌入于细胞质膜中或存在于细胞内,烃类底物必须通过外层亲水细胞壁进入细胞内,才能被烃降解酶作用。因此,烃的疏水性是限制烃被摄取的主要因素,而生物表面活性剂的作用正是促使烃被动扩散进入细胞内部。
生物表面活性剂促进烃吸收的作用在许多实验中均得到证实。例如,
1,500mg/L的十八烷烃在300mg/L鼠李糖脂的作用下,扩散浓度提高了4个数量级,使20%的十八烷烃在84h内被P.areuginosa降解,而在没有鼠李糖脂存在的情况下,仅有5%的十八烷烃被利用。另外,P.
areuginosa的一株缺陷型菌株无法利用石蜡进行生长,合成的鼠李糖脂明显较少,但加入少量鼠李糖脂可以修复它利用石蜡的能力。
实验发现,低浓度的鼠李糖脂促进十八烷烃扩散的能力明显优于高浓度的鼠李糖脂。研究鼠李糖脂浓度与十六烷烃生物降解速率的关系曲线,结果在1～50mg/L范围内与50～500mg/L范围内,呈现出两种不同的线性关系,在较低的浓度范围内,十八烷烃可以被更快地利用。分析认为,生物表面活性剂可以通过两种途径来提高有机物的生物可利用率。一种途径在较低浓度下,显著降低界面张力,使烷烃得以有效扩散,增大油/水界面面积,从而便于细胞与较大油滴之间的直接接触。另一种途径是利用表面活性剂的增溶作用,即当活性剂浓度大于临界胶束浓度(CMC)时,自由单体浓度不再增加,而是形成胶团,将有机物分子加溶在胶团中,然后被细胞吸收并降解。表面活性剂的浓度进一步增加时,溶液的表面张力几乎不再下降,而溶液中的胶团数目和尺寸却随之增加。表面活性剂的浓度越大,胶团形成得越多,难溶物也就溶解得越多。另外,微生物在烃类培养基中生长时,细胞结构明显不同:胞内发生烷烃的累积,在它们的外面有一层特殊的膜状复合物;细胞的外表面变得不规整,出现褶皱。根据以上事实推测,在生物表面活性剂的作用下,细胞壁的外表面出现一种特殊的吸收系统,将加溶了难溶底物的胶团直接运至与膜结合的酶系统或运入细胞内部。
生物表面活性剂胶团加溶难溶有机物的现象十分复杂,在不同条件下可以形成多种胶团结构,胶团的大小与形状主要取决于表面活性剂的分子结构与浓度。疏水基碳原子数的增加将导致表面活性剂的亲油性增加,在水溶液中的胶团尺寸相应增加,CMC也下降。在活性剂浓度刚刚超过CMC时,胶团大多呈球状,极性基处在胶团外壳与水直接接触;当活性剂在溶液中的浓度为10倍于CMC或更高时,从能量角度来讲形成球状是不利的,这时棒状胶团具有更高的热力学稳定性;当活性剂的浓度更高时,就会形成巨大的层状胶团。另一方面,活性剂分子中亲水头部与疏水尾部的相对大小决定了胶团的形状。头部较大者易形成球状,头部较小､尾部较短者易形成棒状,而具有较长尾部的活性剂往往形成胶囊状胶团。
除了表面活性剂本身的性质与浓度之外,温度､无机盐､离子强度以及pH等均可以对CMC和胶团性质产生影响,进而影响烃类的分散及生物降解。例如,pH通过影响溶液中表面活性剂的聚集形式来影响烃类的扩散。在pH7.0,烷烃被插入胶团粒子中,烷烃的扩散最充分;在pH7.0～6.0,表面活性剂形成层状胶团,烷烃的扩散程度急剧下降;在pH6.0～5.5,表面活性剂形成胶囊状胶团,烷烃的扩散程度再次提高。
微生物在生长过程中,往往生成多种结构型式的表面活性剂,这可能是微生物适应环境能力的表现。由于环境对胶团的性质会产生影响,微生物便通过调节多种活性剂的组成分布,来保证烷烃得到最大程度的分散。如鼠李糖脂具有脂肪酸型和甲酯型两种存在形式:脂肪酸型的疏水端含有羰基基团,它携带的一个负电荷增强了鼠李糖脂和水的作用,减弱了和烷烃的作用,因此其水溶性很好,但在降低界面张力方面不是很有效;相反,甲酯型的疏水端多一个碳原子,形成胶团的尺寸较大,具有较低的CMC,可以产生更低的表面和界面张力。这样微生物就可以通过调节脂肪酸型和甲酯型两种形式鼠李糖脂的浓度,兼顾水溶性和亲油性两个矛盾,最大程度地适应各种不同环境。
2 调节细胞表面与难溶底物之间的亲和力
一些菌种合成的生物表面活性剂对其它菌种在烃类培养基中的生长没有影响甚至产生抑制作用;烷烃的生物降解不仅取决于生物表面活性剂的性质与用量,还与细胞的性质和浓度密切有关;理想的分散状况并不总是对应着较高的生物降解速率。这些说明生物表面活性剂在微生物摄取烃类的过程中,不仅仅具有分散烃类的能力,还应该从细胞､生物表面活性剂､烃三个方面来分析。
油滴与细胞的直接接触常常是主要的烃吸收机制,而细胞表面的疏水性是决定细胞与烃类液滴接触的关键性质。烷烃的快速降解者具有较高的细胞疏水性,对烃类具有更高的亲和性,可以更加有效地利用烃类。而生物表面活性剂可以提高慢速降解者的细胞疏水性,并直接影响生物降解速率。
生物表面活性剂分子可以利用它们的亲水基或疏水基锚定于微生物细胞表面,将另一端暴露在外面,形成控制细胞表面疏水性或亲水性的调节膜。微生物也可以分泌生物表面活性剂于外部介质中,通过改变吸附界面的特性来调节细胞与界面之间的亲和力。如将疏水界面转换为亲水性质,使其只能与亲水细胞发生相互作用。吸附于界面上的微生物能够通过释放细胞表面的全部或部分表面活性剂来实现脱附,这些表面活性剂将被留在界面上或介质中。

3 其它生理功能
生物表面活性剂并不一定要在难溶性烷烃诱导作用下才能合成。例如: Bacillus
subtilis只能利用水溶性基质产生生物表面活性剂;而T.apicola产生的糖脂没有刺激菌种在烃类基质中生长的能力;不能利用十六烷烃生长的缺陷型菌株,当在葡萄糖培养基中生长时,却可以产生两倍数量的鼠李糖脂,而乳化作用在这一培养过程中显然是不必要的。这些现象意味着生物表面活性剂除了可以促进难溶底物的摄取,还有其它生理功能。
生物表面活性剂往往具有抗菌活性。如Itoh实验室分离得到的鼠李糖脂具有一定的抗菌､抗病毒和抗枝原体的性能。这可能仍与它们的两亲性分子特征直接相关。即利用生物表面活性剂溶解异源细胞膜的主要成分来实现杀菌功能,或者通过改变环境的界面性质,使环境更有利于自身的生存。
生物表面活性剂的过量合成往往需要培养基中含有大量的碳源,以及一些限制性条件,如限制性氮源､限制性Mg2+等。从代谢的角度分析,培养基中碳比氮多时,细胞生长将持续到氮源耗尽。当细胞不再生长,需氮的生物合成反应亦不再进行时,碳仍可运入细胞,在细胞中经糖解或烃氧化,发生脂肪酸的累积。但当胞内脂肪酸浓度大于某一极限量时,细胞就不再能忍受其毒性。因此,脂肪酸与糖苷､氨基酸､磷酸基等结合,从而生成了各种生物表面活性剂。也就是说,生物表面活性剂是微生物调节自身代谢过程的一种产物。
以石蜡等烃类作为发酵基质的微生物在限制性生长条件下和代谢转换过程中,生物表面活性剂常常作为碳源和能量的储备物质发生累积,当细胞处于极度饥饿状态时,它们又会被氧化分解。这类物质包括海藻糖脂､脂肽､脂肪酸等。而且微生物不能利用鼠李糖脂进行生长,但是它在生长后期也会发生降解,具体原因还不清楚。
另一方面,生物表面活性剂对微生物的生长并不总是有利的。在中性环境中,低浓度的阴离子型表面活性剂与烃结合形成的复合物带有负电,它与带负电的细胞壁产生静电排斥,从而强烈抑制细胞与烃的亲和,反而抑制了细菌的生长。另外,细胞与生物表面活性剂分子长期接触,不仅会对膜结构造成一定的破坏,还将引起膜活性的改变,干扰正常的摄取同化机制。
借助于代谢工程和基因工程的相关知识,确定具体的生物合成路径将有助于了解生物表面活性剂的生理功能。生物表面活性剂中脂肪酸部分的合成单体或者是乙酰CoA或者是烃的氧化中间体,乙酰CoA是关键的合成中间体。在研究鼠李糖脂合成的相关基因时,利用分子克隆及核苷酸序列分析技术,首先选育出鼠李糖脂合成的缺陷型菌株,分离得到鼠李糖脂生物合成的相关基因,然后将其与野生型菌株的基因实行基因互补。分析发现,当鼠李糖脂的合成单体(TDP-鼠李糖和相应的脂肪酸)在细胞内已经存在时,鼠李糖脂的最终合成将被鼠李糖苷转移酶所催化。这类酶共有两种,负责催化四种鼠李糖脂的生成。而鼠李糖苷转移酶由rhlAB基因编码,与rhlAB基因位于同一个操纵子上的rhlR基因和rhlI基因顺序排列,负责调控rhlAB基因的表达。rhlR调控蛋白的活性受细胞密度以及由rhlI蛋白形成的一种自诱导剂的影响。rhlI基因缺陷的变异菌株不能合成鼠李糖脂。目前,关于生物表面活性剂合成的分子生物学研究只是处于初期阶段,进一步的遗传学和酶学研究将有助于详细了解它们生物合成的调控机理,从而最终确定它们的生理功能。

生物表面活性剂的应用及发展趋势
作者：杨师棣

生物活性剂是微生物
在一定条件下培养时,在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物,如糖脂;多糖脂;脂肽或中性类脂衍生物等。化学合成的表面活性剂受到原材料;价格;产品性能等因素影响,同时在生产和使用过程中常常会带来严重的环境污染问题。而利用现代生物技术生产的活性高;具有特效的表面活性剂,将能有效地解决这些问题。
一;生物表面活性剂的制备
常见的生物表面活性剂有纤维二糖脂;鼠李糖脂;槐糖脂;海藻糖二脂;海藻糖四脂;单;二;三糖脂;表面活性蛋白等。这些表面活性剂的制备主要有培养发酵;分离提取;产品纯化三大步骤:

1.培养发酵
细菌种类成千上万,每种可分泌生成表面活性剂的细菌,由于其要求的碳源和辅助成分不同,以及所要求的发酵条件不同,所以细菌的培养发酵应根据实际情况确定。发酵法是一种活体内生产方法,条件要求严格,产物提取较难。而新发展起来的酶促进反应合成生物表面活性剂,是一种体外生产方法,条件相对粗放,反应具有专一性,可在通常温度和压力下进行,产物易于回收。
2.分离提取 对大多数细菌分泌形成的表面活性剂的分离提取;产品纯化均有一些类似的方法 ,如 萃 取 ;盐 析 ;渗 析 ;离 心 ;沉淀
;结 晶 以 及 冷 冻 ;干 燥 ,还 有 静置;浮选;离心;旋转真空过滤等。
3.粗产品纯化
取一定量的粗产品溶于水中,在室温下加入十六烷基三甲基溴化铵,使其凝聚沉淀,然后进行离心分离,沉淀部分用蒸馏水清洗,再溶于硫酸钠溶液中,然后加碘化钾,形成的十六烷基三甲基碘化胺沉淀通过离心除去,所剩的清液用水渗析,然后经冷冻干燥,获得纯净的生物表面活性剂固体。
二;生物表面活性剂的性能

同化学合成的表面活性剂一样,生物表面活性剂分子中也含有憎水基和亲水基两部分,憎水基一般为脂肪酰基链,极性亲水基则有多种形式,如中性脂的酯或醇官能团。脂肪酸或氨基酸的羟基;磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基等。生物表面活性剂能量著降低表面张力和界面张力。除此之外,还具
有 其 它 特 有 的 性 能 ,如Pseudom onas
Sp产生的鼠李糖酯的乳化性能很好,优于常用的化学合成乳化剂吐温(Tween)。生物表面活性剂还具有良好的抗菌性能,这是一般化学合成的表面活性剂难以匹敌的,如日本的实验室从Pseudom
onas
Sp得到的糖脂具有一定的抗菌;抗病毒和抗枝原体的性能等。有些生物表面活性剂可以耐强碱;强酸,如O,O-D-海藻糖-6-棒杆霉菌酸酯,在
0.1摩尔/升盐酸中浸泡70个小时,仅有10%的 糖 脂 被 降 解 。Pseudom onas aeruginosa S7B2 ,
产生的类蛋白活化剂在PH为1.7～11.4范 围 内
非常稳定。还有许多生物表面活性剂耐热性非常好,如果糖脂;蔗糖脂;槐糖脂;酸性槐糖脂;鼠李糖脂等。生物表面活性剂由于是天然产物,还具有更好的生物降解性。
三;生物表面活性剂的应用
生物表面活性剂具有特殊的功能,在石油化工方面有着广泛的应用,目前,国外许多石油公司都 采 用
了MEOR(microbial enchanced oil recovery)技术。例如由Acinetovacter
SP.ATCC31012分泌而制备的一种聚合糖类的生物表面活性剂,可以在高浓度盐的环境中,有效地将一采;二采后仍遗留在油井中的脂肪烃;芳香烃和环烷烃彻底乳化,同时其本身基本不会被地层中泥沙;砂石所吸收,甚至在地下高温环境中仍能发挥其作用。这种表面活性剂用于清洗贮油罐;油轮贮仓;输油管道以及各种运油车非常有效,首先其用量极少,且最后形成的乳液用通常的物理和化学方法便可以破乳,洗下的油可以回收。生物表面活性剂还大量应用于乳化;破乳;润湿;发泡及抗静电等方面。在处理炼油厂废水时,若在活性污泥处理池中加入生物表面活性剂,能大大加快正构烷烃的生物降解过程,在油水乳化燃料中可作为高效乳化稳定剂。生物表面活性剂在纺织;医药;化妆品;食品等工业领域中都有重要作用。

化学合成的表面活性剂具有一定的毒性,且不易被生物降解,而生物表面活性剂是完全可以被生物降解,且基本是无毒的。若将炼油废弃的油作为烃基用来培养微生物,既可解决炼油时的环境污染问题,又可获得有使用价值的生物表有面活性剂。几乎所有大石油分司和跨国化学公司都在积极地计划发展生物技术,生物表面活性剂的开发将是其重要组成部分。
四;生物表面活性剂的发展趋势

随着生物表面活性剂的广泛应用。人们要求表面活性剂不仅需具备优良的化学性质,而且对人体;牲畜尽可能无毒无害,对人类赖以生存的环境无污染,其排放物能很快被生物降解等。同时生物表面活性剂的生产也可以说是一个环境净化;废油利用;变废为宝的过程。开发生物表面活性剂不仅要考虑其生产技术的可行性,市场价格也是一个重要因素。生物表面活性剂必须与化学合成表面活性剂以相同或稍低的价格出售,才能获明显的优点,其价格可以高于化学合成的表面活性剂,由于生物表面活性剂的生产是一个以废油为基质的生物工程,加上环境保护因素,它的生产便具有很好的前景和巨大的市场。

总体上讲,化学合成表面活性剂生产目前还是薄利行业,只有开发新型;特种;小量;高附加值品种才能取得更好的经济效益。今后,随着人们对环境意识的增强和环境法规的日益完善,“ 绿色表面活性剂” 将是表面活性剂行业的发展趋势。目前,各行业按照生态学的规定对表面活性剂提出了严格的要求,即开发和选用的表面活性剂必须安全无毒,生物降解性好。因此,开发生物表面活性剂将给整个表面剂工业带来新的挑战和机遇,前景广阔。

生物表面活性剂的合成与提取研究进展
作者：时进钢,袁兴中,曾光明,黄国和,李建兵

生物表面活性剂主要是由微生物在好氧或厌氧条件下在碳源培养基中生长时产生的。这些碳源可以是碳水化合物;烃类;油;脂肪或者是它们的混合物。生物表面活性剂可分为非离子型和阴离子型,阳离子型较为少见。像其它表面活性物质一样,生物表面活性剂由一个或多个亲水性和憎水性基团组成,亲水基可以是酯;羟基;磷酸盐;或羧酸盐基团;或者是糖基,憎水基可以是蛋白质或者是含有憎水性支链的缩氨酸。根据生物表面活性剂的结构特点,可将其分为5类:糖脂;脂肽;多糖蛋白质络合物;磷脂和脂肪酸或中性脂。
和传统的化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂有许多明显的优势:(1)更强的表面和界面活性;(2)对热的稳定性;(3)对离子强度的稳定性;(4)生物可降解性;(5)破乳性。
由于这些显著特点,使生物表面活性剂在一些方面可以逐渐代替化学合成的表面活性剂,而且应用也越来越广泛。如微生物产生的生物表面活性剂可以增强油类提取(MEOR);对于被油污染的海面或土壤,可加快油类的降解;对重金属污染的土壤和地下水的修复等。随着人们对环境问题的认识加深,从源头减少污染及治理污染的同时不产生二次污染已经成为人们的共识,因此生物表面活性剂无疑是未来发展的趋势。
1 生物表面活性剂的合成及其生产菌
生物表面活性剂已有20多年的发展历史,人们对产生生物表面活性剂的微生物及其产生机理已有了较多的认识。在通过发酵法生产生物表面活性剂的过程中,可以利用不同条件下的微生物细胞生产生物表面活性剂,如细胞生长相关型生物表面活性剂是细胞繁殖生长过程中的代谢产物,在各种限制条件下可利用生长细胞或休止细胞生产生物表面活性剂,或是将发酵法与生物转换结合起来通过加入一种底物前体生产生物表面活性剂。一些重要的生物表面活性剂及其生产菌如表1。

生物表面活性剂的产生量小;结构复杂;性能也有较大差异,国内外对生物表面活性剂及其生产菌进行了多方面的研究,来提高产量;降低成本;生产出高性能的生物表面活性剂。

1.1 菌株的筛选及改良
生物表面活性剂的生产首先依赖于生产菌,不同的生产菌产生不同的生物表面活性剂。如何快速而有效地筛选和分离出生物表面活性剂生产菌,是人们研究很多的一个问题。已有许多方法通过测量液体和空气或两种液体之间的界面力来确定生物表面活性剂的浓度,从而判定出生物表面活性剂生产菌的存在。这些方法包括毛细上升法;威廉米吊片法;环法;泡压法及悬滴法。近年来,不少文献报道了一些快速的生物表面活性剂产生菌的筛选方法。如液滴轴线对称分析法(ADSAP)和比色法等方法。Jain等曾报道了一种液滴分散法,可以定性地确定生物表面活性剂产生菌的种类。Bodour等对这种方法进行了改进,使液滴分散法既可以定性地筛选出生物表面活性剂生产菌,又可以定量地测定出生物表面活性剂的浓度。测定是在一个有96个微槽的碟子上进行,每个微槽内都覆盖一薄层油,然后加入5μL的样品液滴,一分钟后观察,可以通过液滴的聚集;轻微分散或完全散开来判断表面活性物质的量。这种方法和常用的环法相比有许多优势:需要很少的样品量(5μL),能够测量较大的有效浓度范围,而且不需要特殊的设备。
另外,通过致突变等手段筛选高产菌株是一种有效地获取生物表面活性剂生产菌的途径。通常可采用紫外灯照射或加入致突变剂等方法来使一些菌株发生变异。Bacillus
licheni for mis
JF-2能在好氧和厌氧条件下产生生物表面活性剂,并且能生活在含10%的NaCl;温度高至50℃;pH值从4到9的油层环境中,这些特点非常适合用于微生物法提高石油采收率。但和Bacillu
subtilis相比,由B.licheni for mis JF-2产生的生物表面活性剂的产量却少的多。因此,通过改变B.licheni
for mis JF-2的性状来增加生物表面活性剂的产量是十分必要的。Sung chyr
Lin等在这方面进行了有益地尝试,他们在研究中向2mL的B.licheni for mis
JF-2培养液中加入诱变剂N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍(MN-NG),使其浓度达到0.1mg/mL,得到的悬浮液在42℃的温度下培养10min,然后将培养液用预冷却的新鲜的矿物盐水稀释20倍,随后进行一系列的筛选过程,最后得到一株变异体Blicheniformis
KGL11,它产生的生物表面活性剂的浓度为390mg/L,是B.licheni for mis
JF-2产生的生物表面活性剂的浓度的12倍,且生物表面活性剂的种类相同。
1.2 培养条件的优化
在微生物的培养过程中可以通过控制发酵条件及各种营养物质的量,使生产菌最有效的产生生物表面活性剂。Surfactin是一种由Bacillus
subrilis产生的脂肽类生物表面活性剂。Yu-hong Wei等研究发现,在铁离子富集的培养基中,
Surfactin的产量会大大提高,同时导致了生物量的增加。进一步研究发现,当用1.7mmol/L的硫酸铁加入到不同铁离子起始浓度或发酵的不同阶段的培养基中时,
Surfactin的浓度都会增加到几百mg/L。但随着铁离子的加入,培养基就会出现酸化现象,当pH降低到5以下时,由于沉淀作用,
Surfactin在培养基中消失。然而,如果通过各种手段(如加入碱)避免了这种酸化现象,
Surfactin产量就会增加到3,500mg/L。这个浓度要比所有曾报道过的通过基因改良获得的菌种产量都要高。Davis等对Bacillus
subtilis
ATCC21332产生的生物表面活性剂Surfactin的产量和氮的代谢情况的关系进行了研究。在一个用硝酸铵作为氮源的培养基中,当铵被消耗完以后,在厌氧条件下,微生物就会利用硝酸根作为氮源。研究发现,在这种厌氧且硝酸根受限制的培养基中,生物表面活性剂的产量比其它条件下都要高。
另外,对于大规模的生产来说,选择经济合理的培养底物也是十分重要的。SandraLFox和GregBala报道了用土豆加工过程中的废物作碳源培养Bacillus
subtilis
ATCC21332生产生物表面活性剂的可行性。这种方法解决了土豆加工工厂的废物处理问题,同时也降低了生物表面活性剂的生产费用。
1.3 对新型生物表面活性剂研究与开发 随着研究的不断深入,一些新型的;具有优良特性的生物表面活性剂不断出现。蔗糖酯(Sucrose
ester简称SE)是一种新型的多元醇型非离子表面活性剂,它可以作为食品添加剂,能改善口感;用做洗涤剂的活性剂能除去水果;蔬菜上的残存的农药,而本身却很少残留。赵裕蓉等采用解烃棒状杆菌(Corynebai
feriun
hydrocarboclestes)为生产菌,在以蔗糖为唯一碳源的培养基中培养,通过紫外分光光度法;气相色谱;薄层色谱等一系列方法对产物蔗糖酯进行了定性和定量的检测。张翠竹等从大港炼油厂污水中筛选到一株地衣芽孢杆菌NK-X3,在含糖的培养基中培养可产生一种脂肽类生物表面活性剂,该生物表面活性剂在pH值为4～12的范围内和4,000mg/L的高钙离子浓度及15%的高盐浓度下仍维持表面活性,更为显著的特点是在120℃高温下不失活,这些特点有利于原油的增采和输送。Wolf-Rainer
Abraham等从Alcanivorax
borkumensis的烷烃培养基中分离并鉴定了一系列极性脂类生物表面活性剂,这些生物表面活性剂是含有脂肪酸支链的阴离子糖脂,在结构上有10种不同的衍生物,主要是4个β羟基脂肪酸支链的链长(C6,C8,C10)及位置不同。
2生物表面活性剂的提取
目前,生物表面活性剂工业规模的应用与合成的表面活性剂相比并不具有优势,主要是由于生物表面活性剂的生产费用较高,而产物的提取或称下游的处理费用占生产费用的大部分。而生物表面活性剂在发酵液中的低浓度和两亲性常妨碍其有效分离。随着研究的不断深入,一些传统的方法不断完善,新的方法不断出现。
2.1 萃取
溶剂萃取是一种常用的提取方法,被许多研究者采用。常用的有机溶剂有甲醇;乙醇;戊烷;丙酮;氯仿;二氯甲烷,这些溶剂既可以单独使用,也可以混合使用。氯仿和甲醇以不同比例的混合溶液是一种比较有效的萃取液,它可以使萃取剂的极性与目标提取物的极性相协调。Mata
Sandoval等在对铜绿假单胞菌(Pseudomona saeruginose UG2)产生的鼠李糖脂(rha
mnolipid)生物表面活性剂的提取过程中采用了氯仿
甲醇(2∶1)的萃取剂,取得了很好的效果。但对于大规模的生产来说,需要大量的氯仿做溶剂,这在经济上是不合理的。而且,氯仿是一种高毒性的有机氯化物,对人体和环境都有害。因此,寻找一种既便宜又低毒性的生物表面活性剂萃取剂是十分必要的。Marias.Kuyukina等对生物表面活性剂的萃取剂进行了研究,他们用甲基-叔丁基醚萃取Rhodococcus产生的生物表面活性剂,通过和其它常用的溶剂相比较,认为用甲基
叔丁基醚做萃取剂可以取得较高的产品产率(10g/L),高效率(临界胶束浓度为130～170mg/L),同时产品具有良好的表面活性(表面张力和界面张力分别为29和0.9mN/m)。甲基
叔丁基醚具有低毒;可生物降解;易回收;不易燃及不易爆炸等优良特性。因此,对于大规模的生物表面活性剂生产也是良好的萃取剂。
2.2 超滤
超滤是用于从发酵液中提取生物表面活性剂的一种新方法。它是在压力的作用下让不易过滤的样品通过膜。这种方法速度快;回收率高,在国外应用较为广泛。Sungchyr
Lin等用分子量截止值(MWCO)为30,000D的超滤膜对Bacillus
licheniformis的变异体产生的生物表面活性剂进行了提取分析,同时还使超滤和高效液相色谱相结合,设计了一套对生物表面活性剂的提取;分析方法。由于生物表面活性剂在临界胶束浓度(CMC)以上时形成微胶束,使得超滤膜截取的分子量比生物表面活性剂的分子量大两个数量级,而向培养液中加入一定量的甲醇,胶束就会分散,生物表面活性剂就会通过滤膜。这样让原培养液;超滤滤液;及在培养液中加入甲醇后的超滤滤液分别通过高效液相色谱,得到3张色谱图。在原培养液色谱图中出现的峰,如在滤液的色谱中消失,而在加入甲醇的滤液的色谱图中又出现,则可证明这个峰是生物表面活性剂的峰。而那些只在培养液的色谱图中出现的峰就不是生物表面活性剂的峰。这种方法可以排除生物大分子(如蛋白质等)的干扰,因为生物大分子在甲醇的作用下不会裂解。
2.3 泡沫分离
微生物的发酵过程中都会产生泡沫现象,产生表面活性物质的过程中尤其显著。泡沫是由于快速搅动及向好氧微生物培养液中充氧而产生的,在表面活性物质存在的情况下稳定下来。泡沫会使产品;营养成分及细胞流失。为了抑制泡沫的产生就必须加入一些化学抑泡剂,这不仅增加了费用;减弱氧的传递,而且还会对微生物产生负面影响。但如果利用这些泡沫来回收表面活性物质,可能是一种既经济又合理的方法。Davis等对这方面进行了研究。他们用泡沫分离法对一类生物表面活性剂Surfactins进行了提取和浓缩,证明了泡沫分离是一种有效的生物表面活性剂分离方法。而且使泡沫分离和发酵过程相结合,建立了连续的生产过程。·
3 展望近
些年来,生物技术迅猛发展,而且不断向其它工业领域渗透。生物表面活性剂的产生发展就是一个最好的例证。它不仅在一些领域逐步代替化学合成的表面活性剂,而且突破了传统的表面活性剂的应用领域。生物表面活性剂的研究在我国处于起步阶段,在发达国家也是新兴领域,其工业化水平较低,技术不成熟,但有很大的发展潜力。
生物表面活性剂潜在的应用领域不断被拓宽,但它能不能成功地应用取决于生物表面活性剂能不能以经济的生产费用大规模地生产。目前,生产技术的改善已使生物表面活性剂的生产效率和使用效率有了很大的提高,今后应以经济可行性为方向,进行以下各方面的研究。

培养基的优化研究。对于特定的生产菌株,建立各种营养因素(C;N;P等)及底物的增加和产量及生产费用之间的关系模型,从而确定最经济的培养条件。
进行废物资源化的研究。开发出可被生物表面活性剂生产菌利用的有机废物培养基,结合菌种的筛选与优化,建立一套利用有机废物的生物表面活性剂生产体系。
通过菌种改良提高产量,利用当代基因工程技术,进行优良基因的组合,改造出高效菌种。
开发出简单;高效的生物表面活性剂分离;提取技术,并使其产业化,降低生产成本。
在有机废水及有机垃圾的生物处理过程中,向反应器中接种生物表面活性剂生产菌,控制反应条件,使其更有效的处理难降解物质。

相当与英语的 thank you
这是德语啦 ^_^

以后记得多来点物质上的^_^

这认真好，让人查资料也好办。不吝啬自己的成果。

您对，表面活性剂的很有研究，很想与您认识交流。请问您对表面活性剂在日化洗涤、清洁方面产品中的应用有研究吗？是否有在日化方面的发明专利？我想与您合作。QQ：820934382 13660724839