生物表面活性剂及其应用

严立峰 余渊荣

摘要：在日常生活、工农业及高科技领域，表面活性剂得到广泛应用。他们是工业上最重要的助剂。大部分表面活性剂是由石油化工产品合成的，在生产和使用过程中对环境造成严重污染。由于环境保护意识的提高，许多表面活性剂不降解、难降解或降解周期长，逐渐受到限制。生物表面活性剂是20世纪70年代末出现的一种新型生物工程材料，是国际生物工程界的研究热点。它不仅具有优良的化学性能，而且对人畜无毒，对环境无污染。其不污染人类赖以生存的环境，可被生物快速降解。与此同时，它的生产过程也是一个环境净化、废物利用、变废为宝的过程，引起了人们对生物表面活性剂的极大关注，并使其成为绿色表面活性剂发展的重要方向。

关键词：生物表面活性剂；应用

引言：

在社会经济飞速发展的今天，人们开始重视环保。环境保护意识正在逐步树立。他们还开始在自然科学领域中研究和探讨绿色环保材料。这时，生物表面活性剂出现在人们的视野中，并逐渐被应用于许多科学实验中，目前它在化妆品、食品加工、石油工业、医疗保健、环境工程、农业等许多领域都有广泛的应用，以促进产业结构的转型升级，提高世界能源利用率，为保护世界环境发挥着不可估量的作用。

1生物表面活性剂综合概述

1.1什么是生物表面活性剂

生物表面活性剂主要包括糖脂，脂类，中性脂等。就化学合成表面活性剂而言，生物表面活性剂相容性好，毒性小，绿色环保，来源于自然，但也存在着一些缺点：其产量很小，不能大规模生产，因此，其生产成本比化学合成表面活性剂要高得多，也不能满足工业化生产的要求，如何降低其生产成本，实现生物表面活性剂的大规模工业化生产成为人们关注的焦点。

1.2生物表面活性剂的生产

（1）天然生物提取法

古时候，我们国家用皂角帮助清洗衣物，同时，希腊使用的皂草提取液就有这一功效。现在，人们已经从诸如蛋黄、大豆等物质中分离和提取出磷脂和卵磷脂等生物表面活性剂，这类物质易于分离和提取，并且含有较多的天然成分，在食品、医药等领域得到了广泛的应用。

（2）微生物发酵法

微生物表面活性剂产菌可大致分为三类，其主要分类依据是所用碳源，其中以烷烃为碳源，以水溶性底物为碳源，以烷烃和水溶性底物为碳源。由于生物表面活性剂的结构多种多样，发酵过程也有一定差异，虽然绝大多数微生物发酵产生的表面活性剂的分离纯化等方法比较接近，如萃取、离心沉淀、冷冻干燥等，这些分离纯化方法操作简单，成本较低，适合于大规模生产。

（3）酶合成法

酶合成法制备的生物表面活性剂与前两种方法相比，虽然结构简单，但表面活性仍较好。酶法生产成本低，工艺条件温和，基本不发生明显的副反应。除此之外，利用酶合成法生产生物表面活性剂的产品分离、纯化比较容易，固化酶还可多次重复使用。

2生物表面活性剂的应用

作为一种新型的环保表面活性剂，生物表面活性剂的研究越来越受到人们的重视。选择部分生物表面活性剂生产菌株，并对部分菌株进行提纯，用于环境污染治理。但生物表面活性剂的生产方法及机理有待进一步研究，尤其是高效快速分离纯化技术的发展，将对生物表面活性剂的大规模应用产生重大影响。因为生物表面活性剂的特性，它的应用范围很广，几乎渗透到了各个行业。

2.1在石油工业和环境工程中的应用

储层在二次采油后仍会残留大量原油。在此过程中，加入适当的微生物，可产生一定的表面活性剂，大大降低了原油与水的界面张力，提高了生产效率。另外，原油中含有大量石蜡，已被多次开采。这些物质很容易在管道中聚集，阻碍了石油的采集。用化学方法脱除石蜡，势必给后续的处理增加负担，而生物表面活性剂的出现正好解决了这个问题。

其具有良好的油水界面表面活性，可提高含油岩石的润湿性，使洞穴中残留油易于解吸，对原油的乳化降粘作用强，是化学合成表面活性剂的3-8倍。用原 Sidwagner实验室研制的藻酸盐进行了北海油田的采油试验。研究发现，添加50 mg/L海藻酸酯可提高驱油效率30%以上，其驱油效果比常规化学合成表面活性剂提高5倍以上。有些原油含有大量的石蜡和沥青质，油井和管道的沉降会严重影响其产量。化学脱蜡剂的加热、添加费用高，后续处理困难。渤海断块南部低粘度高凝油井筒蜡化严重，影响油井正常生产。为改善油井结蜡现象，需经常清洗或加入清蜡剂。胜利油田孤岛采油厂使用生物表面活性剂。高聚物生物表面活性剂乳化液由于与油水界面结合紧密，可以用较少的乳化液稳定 O/W乳化液，可用于重油输送、油罐清洁、原油回收及重油乳化液的直接燃烧。采用生物表面活性剂促进有机物降解及重金属修复已引起广泛关注。生物表面活性剂能够促进污染物在土壤颗粒上的分散与增溶，对土壤中烷烃污染物进行选择性降解，对土壤中有毒物质进行富集，对铅、镉等重金属污染物进行去除与降解。用绿脓杆菌产生的鼠李糖脂处理含烃砂岩，如 scheibenbogen，得到的回收率分别为56%和73%，其中脂肪烃和芳烃的回收率较高。使用绿脓杆菌产生的像人类这样的表面活性剂，可以溶解有毒有机化学品，并回收污染物中的六氯联苯，回收率提高31%。在36 h淋溶条件下，土壤 pb和 Cd的脱除率分别为88%和92%，鼠李糖脂对土壤微生物没有毒性，对土壤结构没有影响。

2.2在医药和农业中的应用

在制药工业中，生物表面活性剂具有很强的抗菌、抗病毒、抗肿瘤作用，能改善脂肪代谢和免疫功能，是新药物开发的重要对象。内田等研究者发现，红川红球菌合成的琥珀酰海藻酸钠能抑制单纯疱疹病毒和流感病毒。因赫等人结果表明，mel-a甘露糖赤藓糖醇脂质体能显著提高由胆固醇衍生物组成的阳离子脂质体的基因转移效率，为开发安全有效的非病毒基因转移载体及基因治疗提供了可能。磷酸脂是一种天然无毒的生物表面活性物质。既可作药物，也可作药物添加剂，合成其它药物的原料。研究表明，以卵磷脂为乳化剂，100 ml乳状液中含卵磷脂110 g，可制得新型静脉维他命 E乳状液。试验结果表明，所制备的乳液热稳定性高，注射疼痛小。生物表面活性剂可用于农业土壤改良，肥料，清洁，植物保护和农药。在农业中，卵磷脂的主要作用是改善土壤。研究发现，以稻草、麸皮为堆肥材料，加入鼠李糖脂，可改善堆肥处理的微环境，增加聚合物的水合程度，促进有机物的降解，加快堆肥进程，提高堆肥产品质量。由枯草芽孢杆菌B2合成的脂肽生物表面活性剂可用于防治白菜软腐病和油菜菌核病。

2.3在化妆品和食品中的应用

在化妆品工业中，生物表面活性剂也很有吸引力。生物性表面活性剂能释放化妆品中的有效成分，改善人体肌肤。此外，它还安全无毒。作为生物细胞的重要组成部分，磷脂对细胞代谢和细胞膜通透性的调节起着重要作用。它不但可以改善化妆品的分散性，还可以刺激肌肤呼吸，保持肌肤湿润，调节肌肤内氢离子浓度。皂甙既有乳化剂作用，又有抑菌作用。用于痤疮、头皮屑等皮肤护理用品。Sophorae syrup是一种酿酒酵母菌，已被鲜花公司用来作为唇膏、皮肤和头发化妆品中的皮肤保湿剂，而蔗糖酯则可以改善化妆品的洗涤性能，增加肌肤的光泽和嫩度。生物表面活性剂具有分散、增溶、湿润、渗透等特点，是食品工业广泛应用的物质基础。鼠李糖脂可以用来生产香料，也可以作为高级咖啡，饮料，面包和肉制品的食品添加剂。磷酸脂是食品中常用的表面活性剂。可乳化及抗氧化食品涂层，巧克力，人造黄油及烘烤食品。能改变产品的外观、质地和风味，保持油脂成分分布均匀。假丝酵母蛋白蛋白合成的生物表面活性剂可以用作沙拉调味剂。

3展望

在生物表面活性剂方面，我们的经验不足。生物表面活性剂在石油工业中仍然得到广泛应用，但在化妆品、医药等行业尚无足够的试验支持。国内外许多专家都在研究这种新型表面活性剂，但本人对这种技术的研究还比较简单，研究投入不大。尽管在自然界中它是非常绿色和安全的，但我们无法保证它不会对人体造成二次污染。另外，与表面活性剂的化学合成相比，该方法收率低，成本高。所以，生物表面活性剂的研究仍需改进，使用时应慎重。但是，我们不能否认，一旦探求其本质，并找到弥补其不足的有效途径，就会给社会带来不可估量的好处，生物表面活性剂有着巨大的发展潜力。

结语

总之，生物表面活性剂具有广泛的应用前景，许多已转化为可充分发挥其优势的商品。但是由于其产量相对高于化学表面活性剂，因此需要继续加大研究开发力度，努力降低生产成本，使其更有利于人类。

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