生物表面活性剂概述及应用

北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY生物表面活性剂概述及应用^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^摘要：综述了生物表面活性剂的特性、分类及生产方法，重点介绍了清洗土壤有机污染物的的应用。关键词：生物表面活性剂；微生物发酵法；有机物污染土壤1引言表面活性剂是一类能显著降低溶剂表面张力的物质，化学合成的表面活性剂都是以石油为原料化学合成而来，在生产和使用过程中常常会给人类生存环境带来严重的污染，对人类的身体健康产生很大威胁。生物表面活性剂(Biosurfactants,简称BS)是细菌、真菌和酵母在特定条件下,在其生长过程中分泌出的具有表面活性的代谢产物。生物表面活性剂是表面活性剂家族的后起之秀，虽然起步晚，但是发展却十分迅速。生物表面活性剂一般都具有良好的降低表面张力的性能，对油-水界面表现出很强的亲和力，易形成稳定的乳状液，无毒，可以生物降解，不会对环境造成破坏[1]。随着人们环保意识的加强，生物表面活性剂将在食品工业、医药和精细化工等领域有着更加广阔的应用前景，并有可能逐步取代化学合成的表面活性剂。2生物表面活性剂的特性及分类2.1生物表面活性剂的特性与化学合成的表面活性剂相似，生物表面活性剂也是一种两亲分子，具有非极性的疏水基团和极性的亲水基团，但生物表面活性剂具有化学合成表面活性剂所无法比拟的优点：①空间结构十分复杂和庞大，表面活性高，乳化能力强，多数生物表面活性剂可将表面张力降低到30mN/m；②具有良好的热稳定性和化学稳定性；③无毒或低毒，能被生物完全降解，不会对环境造成污染和破坏；④生物相容性好，一般不会导致过敏，可应用于药品、化妆品，甚至作为功能性食品添加剂；⑤分子结构多样，具有特殊的官能团，专一性强；⑥4 北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY生产工艺简便，常温、常压下即可发生反应，生成设备要求不高；⑦生产原料来源广阔且价廉，可以从工业废料和农副产品中获得。2.2生物表面活性剂的分类根据其亲水基的不同，可将生物表面活性剂分为5类：①以糖为亲水基的糖脂类，如鼠李糖脂、槐糖脂和海藻糖脂；②以低缩氨酸为亲水基的含氨基酸类脂，如脂肽、脂蛋白和脂氨基酸；③以磷酸为亲水基的磷脂，如磷脂酰乙醇胺；④以羧酸基为亲水基的脂肪酸，如甘油脂、脂肪酸、脂肪醇和蜡；⑤结合多糖、蛋白质及脂的聚合物，如脂多糖复合物和脂杂多糖。3生物表面活性剂在化妆品中的应用表面活性剂是配制香波、沐浴露和洗面奶等清洁类化妆品的基质原料。表面活性剂具有润湿、分散、发泡、稳泡、去污、调理、抗静电、乳化、增溶和灭菌等功能，可在多种化妆品中用作乳化剂、去污剂、发泡剂、增溶剂和调理剂等，是化妆品的一类重要原料。由于化妆品直接作用于人体皮肤表面，必须选用稳定性好、对皮肤刺激性小和无毒、安全性高的表面活性剂，生物表面活性剂的特性决定了其在化妆品领域中具有其他表面活性剂无法比拟的优势。化妆品中常用的生物表面活性剂主要有糖脂类、氨基酸类和磷脂类等。3.1烷基糖苷烷基糖苷是由可再生资源天然脂肪醇和葡萄糖合成的，其表面活性高，无毒，无害，对皮肤无刺激，生物降解迅速彻底，可与任何类型表面活性剂复配，具有较强的广谱抗菌活性，且耐强碱、强酸和硬水，抗盐性强，是国际公认的首选“绿色”4 北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY功能性表面活性剂，也有人称其为21世纪的表面活性剂。烷基糖苷可在较大的温度范围内较长时间存放，具有增湿的功能，完全符合化妆品用活性组分的性能要求。国内外已将烷基糖苷作为活性组分制成化妆品，这类新型化妆品显示出良好的皮肤保湿性和皮肤养护性能。例如，烷基糖苷可作为洗发香波、沐浴露和洗面奶等清洁类化妆品的主要原料。由烷基糖苷制成的化妆品具有良好的溶解性、温和性和脱脂能力，对眼睛和皮肤刺激性小，而且易漂洗，特别适用于如孕妇和婴儿等敏感类人群。3.2磷脂磷脂是含磷酸根的类脂类化合物，磷脂在化妆品中的应用，一方面是利用它的表面活性，即磷脂在皮肤上可形成薄的单分子膜或低聚分子膜，这些膜具有胶体性质，保护皮肤不受洗涤剂的脱脂影响；另一方面是利用它为皮肤细胞的固有成分，对生物膜的生理活性和机体的正常代谢有重要的调节功能，对人体肌肤有较好的保湿性和渗透功能。应用在化妆品中的磷脂主要是大豆磷脂和卵磷脂。大多数磷脂都具有良好的乳化作用、抗氧作用及分散作用，是理想的天然优质化妆品的原料，可广泛用于生产护肤、洁肤膏霜、洗脱剂及防晒剂等护肤产品，洗发香波、烫发、染发及护发素等发用化妆品，口红、睫毛膏及香粉等美容用化妆品。4生物表面活性剂清洗有机污染物的应用表面活性剂在土壤有机污染物清洗中,主要作为清洗剂用于去除土壤中的非水相液体。治理土壤的有机污染主要利用了表面活性剂的两种功能。一是利用胶束的溶解作用提高难溶性有机污染物在土壤水中的表观浓度;二是通过降低表面张力,提高NAPLs的迁移能力。生物表面活性剂能显著增强有机污染土壤的洗脱效果。其机理如下:第一,生物表面活性剂减小了液、固相之间的表面张力,因此可以将阻塞在土壤孔隙中的油类物质分散并通过溶液本身将其洗脱出来;第二,低浓度的生物表面活性剂能显著降低两相的界面张力,使有机物得以扩散。同时,两相界面面积增大,便于细胞和油滴之间直接接触;第三,当生物表面活性剂浓度大于临界胶束浓度(CMC)时,便形成了胶团,同时将有机物分子加溶在此胶团中,胶束的内部具有憎水性,而外部则具有亲水性。难溶有机物的憎水性使得其很容易分配到胶核内核,从而使其在表面活性剂溶液中的溶解度大大提高,因而能更好地从土壤中被洗脱出来;第四,生物表面活性剂利用亲水基团固定在微生物细胞的表面,而另一端则暴露在外,从而可以控制细胞表面的疏水性或亲水性。微生物可以分泌生物表面活性剂于外部介质,改变吸附界面的特性来调节细胞与界面的亲和力,从而增强土壤中有机污染物的洗脱效果。4 北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY生物表面活性剂对土壤有机污染物的清洗技术目前主要运用于石油洗脱。石油中含有芳烃、有机酸和石油胶质,其中高碳链和芳香类物质比例较高且难于降解。石油降解菌虽然可以降解部分有机物但受环境的影响较大。生物表面活性剂具有亲水、亲油性,有降低表面张力的能力,能改善油水微生物细胞界面的接触行为,有助于碳氢化合物从土粒表面解脱进入液相,从而有利于细菌降解碳氢化合物,且加快微生物细胞对油类底物的利用速度,促进有机污染物的生物降解。生物表面活性剂在油污生物修复技术中至少起了二种作用:①增大烃类物质的比表面积;②增大烃类物质的生物可利用性。4结语目前，生物表面活性剂在食品工业、洗涤化妆品、环境工程、生物医疗和农业等领域的研究应用还处于初步研究阶段。今后，生物表面活性剂的发展方向主要是围绕在优化生产技术，降低成本，扩展应用范围，完善作用机理，消除可能造成的二次污染等问题上。随着科学技术的发展，生物表面活性剂在各领域的应用范围必将进一步扩大。参考文献：[1]陈文求，孙争光.生物表面活性剂的生产与应用[J].胶体与聚合物，2007，25（3）：45-46.[2]吴清平，蔡芷荷，张菊梅，等.表面活性素的结构特性及其生物合成机理[J].微生物学通报，1998（6）：351-353.[3]程军蕊,任茶仙.表面活性剂现场清洗土壤有机污染物研究[J].化工纵横,2003,17(10).[4]魏德洲,秦熠民.表面活性剂对石油污染物生物降解的影响[J].东北大学学报(自然科学版),1998,19(2).[5]束影,周培.生物表面活性剂及其在化妆品中的应用[J].日用化学品科学,2010,33(3).28-28[6]吴星杰.生物表面活性剂清洗土壤有机污染物的研究与展望[J].资源调查与环境,2009,30(4).　　4