生物表面活性剂和高分子表面活性剂摘要：表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子，一种粒子具有极强的亲油性，另一种则具有极强的亲水性。
溶解于水中以后，表面活性剂能降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。
本文将就生物表面活性剂和高分子表面活性剂进行具体介绍，并且列举了部分它们在社会中的应用以及它们存在的问题和发展前景进行了简单的介绍。
关键词：表面活性剂；生物表面活性剂；高分子表面活性剂Biological surfactant and polymer surfactantAbstract:Surfactant is composed of two distinct particles, a kind of particle has extremely strong lipophilicity, the other with strong hydrophilic. Dissolved in water, surfactants can reduce the surface tension of the water, and increase of soluble organic compounds. This article will discuss biosurfactant and polymeric surfactants are detailed introduction, and lists the part of their application in society and their existing problems and development prospects were simply introduced.Keyword:The surfactant; Biosurfactant; Polymer surfactant引言传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。
1、表面活性剂表面活性剂是分子中具有亲溶剂基与疏溶剂基,能富集(吸附)于界面,使界面性质发生显著改变而出现界面活性的物质。
通常所说的表面活性剂是指水中的表面活性剂。
其分子常被称作“双亲分子”，因为表面活性剂的特有结构通常称之为“双亲结构”。
表面活性剂分子的一端为亲油的疏水基，分子的另一端为极性亲水的亲水基。
两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，但又不是整体亲水或亲油的特性。
1.1分类表面活性剂的性能取决于其亲水基和亲油基的构成，但亲水基在种类和结构上的改变远较亲油基的改变对表面活性剂性质的影响大.最常用的分类法是按分子结构中亲水基团的带电性分为阴离子、非离子、阳离子和两性表面活性剂四大类。
1.1.1阴离子表面活性剂最常见的阴离子表面活性剂是烷基苯磺酸盐(ABS)，阴离子表面活性剂中亲水基的引入有直接连接法和问接连接法。
所谓直接连接法是用亲油基物料与无机试剂直接反应，按引入亲水基的小同，可分为皂化、磺化、硫酸醋化和磷酸醋化。
而所谓问接连接就是利用两个以上的多功能、高反应性化合物使亲油基与亲水基相连接，比如以含活性基的小饱和化合物、环状化合物、多元醇作为连接剂所合成的表面活性剂。
而正是由于阴离子表面活性剂有上述性质以及它在性能和价格方面的优势，所以它应用最广泛。
但它同时也是造成水质污染的主要因素之一。
1.1.2非离子表而活性剂非离子表面活性剂在水中小离解成离子状态，其表面活性是由中性分子体现出来的。
合成非离子表面活性剂所用主要单元反应有乙氧基化、酯化、聚合反应等。
非离子表面活性剂具有很高的表面活性、良好的乳化能力和洗涤作用。
主要类型有聚氧乙烯型、多元醇型和烷醇酞胺型，以及聚醚型、氧化胺型等。
1.1.3阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂疏水基的结构和阴离子表面活性剂相似，且疏水基与亲水基的连接方式也很类同，一种是亲水基直接连在疏水基上，另一种是亲水基通过醋、酞胺、醚键等形式与疏水基问接相连；所小同的是，阳离子表面活性剂溶于水时，其亲水基呈现正电荷，亲水基主要为碱性氮原子。
目前工业上所有阳离子表面活性剂均为含氮有机物的衍生物，主要有胺盐型阳离子表面活性剂和季钱盐型表面活性剂两大类。
1.1.4两性表面活性剂[1]两性表面活性剂的特点在于其分子结构中含有两个小同的官能团，并分别具有阴离子和阳离子的特性。
两性表面活性剂有着优异的表面性能。
这一性能在表面张力以及临界胶束浓度CMC上得到了体现。
大多数的清洁用品都要求有良好的润湿性和渗透性。
两性表面活性剂在整个pH范围内都体现了优良的润湿能力。
1.2结构特点表面活性剂是一种两亲性物质，一部分是与油有亲和性的亲油基(也称憎水基)，另一部分是与水有亲和性的亲水基(也称憎油基)。
其亲水基和疏水基分处两端，形成小对称结构。
表面活性剂的这种结构特点使它溶于水后，亲水基受到水分子的吸引，而亲油基受到水分子的排斥。
为了克服这种小稳定状态，就只有占据到溶液的表面，将亲油基伸向气相，亲水基伸入水中。
肥皂的亲水基来自亲水基团竣酸钠(- COONa)；洗衣粉(烷基苯磺酸钠)的亲Na)，分别示于图1和图2中。
亲水基有许多种，而实际能水基是磺酸钠(- S03做亲水基原料的只有较少的几种，能做亲油基原料的就更少。
图1肥皂的亲油基和亲水基示意图图2洗衣粉有效成分的亲油基和亲水基示意图从某种意义来讲，表面活性剂的研制就是寻找价格低廉、货源充足而又有较好理化性能的亲油基和亲水基原料。
亲水基(如羧酸基等)常连接在表面活性剂分子亲油基的一端(或中间)。
作为特殊用途，有时也用甘油、山梨醇、季戊四醇等多元醇的基团做亲水基。
亲水基多来自天然动植物油脂和合成化工原料它们的化学结构很相似只是碳原子数和端基结构不同。
1.3作用机理两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，以减少憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。
表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，或通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。
许多表面活性剂也能在本体溶液中聚集成为聚集体。
囊泡和胶束都是此类聚集体。
表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。
当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子／极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。
表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是反胶束。
在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。
临界胶束浓度越小，表面活性剂形成胶束和达到表面（界面）吸附饱和所需的浓度越低，改变表面（界面）性质，产生润湿、乳化、起泡和增溶等作用所需的浓度也越低。
1.3.1胶束的作用（1）乳化作用: 指将一种液体的细小颗粒分散于另一种不相溶的液体中，所得到的分散体系被称为乳液。
（2）泡沫作用: 泡沫实际是气体分散于液体中的分散体系，泡沫的形成涉及起泡和稳泡两个因素。
（3）分散作用: 增加固体粒子在溶液中的分散稳定性。
（4）增溶作用: 指水溶液中表面活性剂的存在能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加的现象，这种作用只有在表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度后才显现出来。
（5）催化作用: 表面活性剂胶束的直径通常为3～5nm，其大小、结构和性质与含酶球状蛋白相似，因此具有与酶类似的催化作用，合理选择表面活性剂可以使化学反应的速度显著提高。
2.生物表面活性剂生物表面活性剂(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[2]。
生物表面活性剂按其生化性质和生产菌种的不同，一般可分为五种类型:糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肤和脂蛋白、聚合物和全胞表面本身等。
生物表面活性剂的分子中既含有极性亲水基团，又含有非极性亲油基团，因此能在水油两相界面上定向排列形成整齐的分子层，从而显著降低界面的表面张力。
2.1生物表面活性剂的形成生物表面活性剂多数由细菌、酵母菌、真菌等微生物产生。
许多微生物都可能仅靠烃类为单一碳源而生长。
微生物要利用这些烃类，就必须使烃类通过外层亲水细胞壁进入细胞，由于烃基水溶性非常小，一些细胞和酵母菌分泌出离子型表面活性剂，另一些微生物产生非离子型表面活性剂。
有时候一种细菌在不同的培养基下和不同的环境中可分泌形成不同的表面活性剂。
2.2生物表面活性剂的制备生物表面活性剂主要采用微生物发酵、酶法和从动植物材料中提取三种方法，其中微生物发酵和酶法应用较为广泛。
2.2.1微生物发酵法产生生物表面活剂微生物在一定条件下进行培养后，分泌一种胞外两亲代谢物，如单糖脂类、多糖脂类、脂蛋白类或类脂衍生物等。
其中糖脂类是研究最广泛、最深入的一类生物表面活性剂，代表物有鼠李糖脂、2‒葡糖‒ ‒葡糖苷、海藻糖脂，其结构是如下：鼠李糖脂2‒葡糖‒ ‒葡糖苷2.2.2酶法合成生物表面活性剂酶合成法生产条件温和（可在常温和常压下进行），反应具有专一性，可获得高含量的目标产物且产物易回收，对环境污染少等特点，所以发展快速。
目前酶合成法的主流是以非极性溶剂和无溶剂法合成生物表面活性剂，并获得了较高产率。
特别是现代生物技术的发展，可以利用基因工程和蛋白质工程设计特定的、高效的酶具有重大意义，使酶合成具有较大的潜力。
2.2.3动植物材料中提取生物表面活性剂我国动植物资源丰富,蕴含丰富的表面活性剂，如我国古代皂角的使用。
现在从利用食用大豆油精炼副产品制取表面活性剂方法简介从，蛋黄分离提取磷脂、卵磷脂等表面活性剂，这些提取物已广泛应用于食品、医药、化妆品等工业。
但由于杂质较多、分离步骤较多、相对成本较高等原因，限制部分生物表面活性剂的大规模生产。
2.3生物表面活性剂的分离提纯在食品、医药等其它行业对生物表面活性剂的纯度要求较高，一般生产出来的产物都需要进行分离提纯。
工业大多数的产物分离提纯主要有以下几种方法：萃取、结晶与沉淀、超滤、泡沫色谱分离等。
其中萃取是经典的表面活性剂提取方法之一，特别是利用甲醇、乙醚、丁醇等有机溶剂对亲油性生物表面活性剂的提取。
结结晶与沉淀也是经典的表面活性剂提取方法之一，主要依据各组分在溶剂中溶解度的差异，使某些组分从溶液中结晶，用离心或过滤收集沉淀。
超滤法是从发酵液中提取生物表面活性剂的一种新方法。
泡沫是由于发酵过程的快速搅拌和好氧微生物培养液中充氧气等产生。
Davis等在这方面进行了研究。
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，认为泡沫分离是一种有效的生物表面活性剂分离方法。
