生物表面活性剂

生物表面活性剂目录生物表面活性剂概念生物表面活性剂的结构生物表面活性剂的制备方法生物表面活性剂的应用问题和发展前景表面活性剂是一类少量加入就能大幅度降低溶剂表面张力，并能明显改变体系的界面性质和状态，从而产生润湿、乳化、起泡、洗涤、分散、抗静电、润滑、加溶等作用的两性化合物。目前，大多数表面活性剂主要以石油为原料经化学合成而来，由于受化工原料、产品的理化特性及其在生产和使用过程对环境造成严重污染等原因，使表面活性剂的应用前景受到极大的挑战。背景生物表面活性剂是微生物或植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界面活性，集亲水基和疏水基结构于一分子内部的两亲化合物，如糖脂､多糖脂､脂肽或中性类脂衍生物等。它无毒，可以生物降解，对环境影响很小，具有高效的表面活性，因此是合成表面活性剂的理想代替品。生物表面活性剂概念微生物产生表面活性剂是细菌驱油的主要机制之一20世纪40年代Zobell提出利用假单胞菌生产生物表面活性剂鼠李糖脂。1949年首次从枯草芽胞杆菌发酵液中发现表面活性素，属于脂肽类表面活性剂。1968年Arima发现利用生物合成法生产生物表聚甘油脂肪酸酯。20世纪70年代后期发现重组枯草杆菌生产一种新型的Surfactin(表面活性肽)。1997年Nakayama出现了一些新型生物表面活性剂，如蔗糖酯是一种新型的多元醇型非离子表面活性剂等。近年生物表面活性剂研究进展生物表面活性剂的分类以糖为亲水基团糖脂。如海藻糖脂、鼠李糖脂根据其亲水基的不同，可将生物表面活性剂分为以下几类以低缩氨基酸为亲水基团的含氨基酸脂。如脂肽、脂蛋白等以磷酸基为亲水基团的磷脂。如磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油等。以羧酸基为亲水基团的脂肪酸中性脂。如脂肪酸、脂肪醇等结合多糖、蛋白质及脂的聚合物。如脂杂多糖、脂多糖复合物等。特殊型生物表面活性剂。如全胞、膜载体等。生物表面活性剂的分类生物表面活性剂的结构•如单糖、聚糖、磷酸基等亲水极性基团•如饱和或非饱和脂肪醇、脂肪酸等亲油非极性基团鼠李糖脂单、双结构表述1～2分子的鼠李糖（亲水基团）1～2分子具有不同碳链长度的饱和或不饱和脂肪酸（疏水基团）鼠李糖脂是由假单胞菌或伯克氏菌类产生的一种生物代谢性质的生物表面活性剂，同时也是一种研究时间最长、应用技术最为成熟的一种生物表面活性剂，它在土壤、水体和植物中都自然存在。它属于一种糖脂类的阴离子表面活性剂。生物表面活性剂的性质1.表面性能优良，能降低溶剂表面张力和界面能量，稳定乳化液和增加泡沫，具有渗透、湿润、乳化、增溶、发泡、消泡、洗涤、去污等表面性能2.热稳定性和化学稳定性较好1.化学结构发杂庞大，表面活性更高，乳化能力更强2.来源于微生物代谢产物，本身无毒，能完全降解，环境友好3.生物相容性好，可广泛用于化妆品、药物和食品4.分子结构类型多样。有特殊官能团，作用专一5.生产原料来源广泛，生产过程环保性好6.生产工艺先进，生产技术高科技化，生产成本适中与合成表面活性剂比较相同性质优越特性生物表面活性剂多数由细菌、酵母菌、真菌等微生物产生。通过微生物发酵生产生物表面活性剂，微生物在不同的条件下产生各种类型的生物表面活性剂。其中，以微生物制备糖脂类生物表面活性剂为例，发酵法生产生物表面活性剂的具体方法一般分为3步，即培养发酵、分离提取和产品纯化。生物表面活性剂是一类结构多样的化合物，其发酵过程也随具体产物而不同，但大多数微生物发酵产生的表面活性剂的分离、提取和纯化都有一些类似的方法如萃取、盐析、离心沉淀、结晶以及冷冻干燥等，在技术和经济上非常适合大量生产。微生物发酵法生物表面活性剂的生产和制备方法产品纯化分离提纯培养发酵凝聚沉淀、离心分离蒸馏水渗析、冷冻干燥得生物表面活性剂。萃取、盐析、渗析、沉淀、结晶、冷冻、离心真空过滤等方法分离菌体与产物。培养能分泌表面活性剂的微生物，可在普通温度压力下进行，产品易于回收。发酵法与微生物发酵方法相比较，酶合成法起步较晚，但发展迅速。由于酶在非极性溶剂中或微水条件下仍然能很好地发挥其催化功能，这极大地拓宽了酶作为催化剂催化合成生物表面活性剂的应用范围。另外酶法的生产条件不十分苛刻，反应具有专一性，可获得高含量的目标产物，且产物易回收。目前研究的外源多酶联合催化技术，在体外将多酶串联或共同作用，模拟内源多酶联合催化过程并使其处于可控状态，再将整胞微生物代谢法的优点嫁接到外源酶催化法上来，使得酶法合成生物表面活性剂具有更大的发展潜力。所以酶合成法也是生物表面活性剂生产和制备的主要方法之一。例如单甘脂、糖脂、磷脂、烷基糖苷和氨基酸等生物表面活性剂都是用酶法合成。近几年，酶合成法与微生物发酵法相结合成为了发展方向。酶合成法天然生物提取法，例如磷脂、卵磷脂类等生物表面活性剂存在于蛋黄或大豆等天然生物原料中，现早已被提取而出应用到人们的生活与生产当中。从天然生物原料中提取有效的生物表面活性剂，分离提取相对较易，天然含量丰富，制备简单，成本低廉，但是受到原料的限制难以大量生产。天然生物提取法生物表面活性剂的特性决定其具有广泛的应用，尤其适合于石油工业，如提高原油采收率、重油污染土壤的生物修复等。另外，生物表面活性剂作为绿色天然添加剂，在食品工业、农业和精细化工等工业方面也越来越受到人们的青睐。生物表面活性剂的应用在石油开采业中的应用微生物强化采油（MEOR）：开采石油时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，以地下石油为唯一碳源，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。优势: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。而生物表面活性剂可将遗留在油井中的脂肪烃、芳香烃、环烷烃彻底乳化，同时其本身基本不会被地层中泥沙、沙石所吸收，且用量小，甚至在地下高温环境中仍能发挥其表面活性作用。石油污染已成为世界性的公害之一，生物表面活性剂也适用于石油污染生物修复，可以增强土壤中疏水污染物的生物可利用性和生物降解的作用，能有效地将石油烃分散成水液滴并进一步降解，可促进石油污染的生物修复，减少对环境造成污染和破坏等作用。在石油污染生物修复技术中的应用在食品工业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。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。在化妆品中的应用生物表面活性剂在化妆品行业中常用作乳化剂、渗透剂、净洗剂、润湿剂、杀菌剂、抗氧化剂以及染发剂等化妆品助剂。它通过有力地释放化妆品中的活性组分来改变表面活性组分对人体的表面作用，更重要的是生物表面活性剂具有安全无毒性能，以及无累积毒害作用，对环境无污染，在生态学上是安全的。其良好的pH稳定性能，与表面活性剂的配伍性能及抗氧化性能，完全可将其应用于化妆品配方中。生物表面活性剂在农业领域的应用也日益增加，如卵磷脂、淀粉动植物胶类等在农业中的主要作用是土壤的改良。生物表面活性剂的渗透特性，促进了水分在堆肥颗粒中传输和分散，缩短水分渗透到堆肥深层的时间，起到了一定的疏水作用，而且生物表面活性剂良好的保湿性能，减缓了堆肥中水分的蒸发，有利于保持微生物的活性。在农业中的应用在其他方面的应用用于杀菌剂、杀虫剂效果的监测，以及发酵工业细胞数量随时监控等方面污水处理方面，生物表面活性剂的脱附作用促进了污水中有机物的降解，这样就间接减少了污水中降解时间，另外生物表面活性剂的抗菌、抗病毒等作用会对污水中的各种菌类起到一定的去除作用。医疗卫生方面，生物表面活性剂可用于治疗某些疾病，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。在造纸加工过程中，生物表面活性剂作为絮凝剂，可用于制浆造纸废水的脱色、固体悬浮物的去除、污泥的沉降等。问题和发展前景目前，生物表面活性剂大多数品种处于实验研究阶段，还没有进行大规模的生产，只有少数产品走向市场，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。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。谢谢观看！2020