生物表面活性剂

生物表面活性剂在环境工程中的应用生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时，在代谢过程中分泌的具有表面活性的代谢产物。

与化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有许多独特的属性，如：结构的多样性、生物可降解性、广泛的生物活性及对环境的温和性等。

由于化学合成表面活性剂受原材料、价格和产品性能等因素的影响，且在生产和使用过程中常会严重污染环境及危害人类健康，因此，随着人类环保和健康意识的增强，近二十多年来，对生物表面活性剂的研究日益增多，发展很快，国外已就多种生物表面活性剂及其生产工艺申请了专利，如乙酸钙不动杆菌生产的一种胞外生物乳化剂已经有了成品出售。

国内对生物表面活性剂的研制和开发应用起步较晚，但近年来也给予了高度重视，其中研究最多的就是生物表面活性剂在提高石油采收率以及生物修复中的应用。

一、生物表面活性剂的种类及其生产菌1、生物表面活性剂的种类化学合成表面活性剂通常是根据它们的极性基团来分类，而生物表面活性剂则通过它们的生化性质和生产菌的不同来区分。

一般可分为五种类型：糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊表面活性剂。

2、生物表面活性剂的生产菌大多数生物表面活性剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。

这些生产菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中筛选得到的。

如banat等从油泥污染的土壤中分离得到两株生物表面活性剂的菌株：芽孢杆菌ab-2和y12-b。

表1列出了一些主要的生物表面活性剂的种类及其生产菌。

二、生物表面活性剂的生产目前，可以通过两种途径生产生物表面活性剂:微生物发酵法和酶法。

采用发酵法生产时，生物表面活性剂的种类、产量主要取决于生产菌的种类、生长阶段，碳基质的性质，培养基中n、p和金属离子mg2+、fe2+的浓度以及培养条件(ph、温度、搅拌速度等)。

如davis等在成批培养枯草芽孢杆菌时发现，在溶解氧耗尽和限氮条件下可得最大浓度(439.0mg/l)的莎梵婷。

kitamoto等利用南极假丝酵母的休止细胞生产甘露糖赤藓糖醇脂，对培养条件进行优化后，最高产量可达140g/l。

生物表面活性剂及其应用谈到学科知识应用，我第一反应是把其与人或自然界中实际存在的生物联系在一起，进而得出既有意义又有趣的结论和现象。

在学习完物理化学表面化学部分后我们知道，表面活性剂(surfactant)是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。

具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。

表面活性剂的分子结构具有两亲性。

表面活性剂分为离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂）、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。

但是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。

因此寻找一种新型高效低污染的表面活性剂是一个尤为重要的举措。

生物表面活性剂就是一类性能较为优异的表面活性剂。

查阅文献可知他们是指利用酶或微生物通过生物催化和生物合成法得到的具有一定表面活性的代谢产物。

它们在结构上与一般表面活性剂分子类似，即在分子中不仅有脂肪烃链构成的非极性憎水基，而且含有极性的亲水基，如磷酸根或多烃基基团，是集亲水基和憎水基结构于一身的两亲化合物。

它们不仅具有化学表面活性剂具有的各种表面性能,而且还拥有下列优点:①选择性广,对环境友好;②庞大而复杂的化学结构使得表面活性和乳化能力更强;③分子结构类型多样,具有许多特殊的官能团,专一性强;④原料在自然界广泛存在且价廉;⑤发酵生产是典型的“绿色”工艺等。

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。

于是我们可以明显知道这些生物表面活性剂是对生物和环境极其友好，相较与普通的化学表面活性剂有更广阔的应用范围。

微生物强化采油(MEOR技术)是生物表面活性剂最为重要的应用领域。

在油田中注入一些微生物和其生长所必须的营养物质，微生物在生长的同时，可以产生生物表面活性剂，这些生物表面活性剂能降低原油和水两相界面的张力，从而提高原油的开采量。

专论与综述生物表面活性剂对微生物生长和代谢的影响钱欣平1　阳永荣　孟　琴(浙江大学联合化学反应工程研究所　杭州　310027)摘要:综述了生物表面活性剂在微生物生长和代谢过程中的影响。

根据其分子结构特征,系统分析了生物表面活性剂通过与难溶底物和微生物细胞之间的相互作用促进烷烃摄取的机理,利用该机理可以合理解释生理现象。

生物表面活性剂还在参与细胞代谢活动的过程中发挥特殊功能。

关键词:生物表面活性剂,糖脂,鼠李糖脂,烃类发酵中图分类号:Q93 文献标识码:A 文章编号:025322654(2002)0320075204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[1]。

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。

生物表面活性剂在油田中的应用生物表面活性剂是指有严格的亲水基团和疏水基团、由微生物产生的化学物质。

这种微生物生长在水不溶的物质中并以它为食物源,适应环境并产生这些物质。

它们能吸收、乳化、润湿、分散、溶解水不溶的物质。

生物表面活性剂在工业上有很大的用途,可用于油的开采、油管套清洗、纺织工业、制药业、化妆品、家用清洁剂、造纸业、陶瓷和金属工业。

然而最有前景的应用是用于清理污染的油罐、油轴的清洗、重油的运移、提高采收率、在污泥中和被碳、重金属离子和其他污染剂污染的区域采取生物补救措施开采原油。

已经证明生物表面活性剂是微生物采油的重要机理。

1 生物表面活性剂的特点生物表面活性剂和化学表面活性剂一样具有驱油能力,而且生物表面活性剂还具有如下特点:(1)水溶性好,在油-水界面有高的表面活性。

(2)在含油岩石表面润湿性好,能剥落油膜,分散原油,具有很强的乳化原油的能力。

(3)固体吸附量小。

(4)反应的产物均一,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。

(5)生物表面活性剂无毒、安全。

(6)生物表面活性剂生产工艺简单,在常温、常压下即可发生反应。

若用化学生产条件极为复杂,有些需要苛刻的条件,如高温、高压。

研究表明,生物表面活性剂的驱油效率比人工合成的表面活性剂的驱油效率高3.5倍～8倍,而价格却为人工合成的表面活性剂的30%。

许多国家已经把产生生物表面活性剂的微生物采油作为长期开采油田项目的一部分。

2筛选产生生物表面活性剂的菌种菌种生长在水不溶的物质中,如石油烃、聚苯乙烯、橄榄油、煤油、甲苯、凡士林、二甲苯,并以它们为食物源。

提高采收率的生物表面活性剂,多数是从被原油污染的土壤、海水、地表废水中分离出来的。

这些微生物能有效地降解脂肪族和芳香族的烃类化合物,它们利用这些化合物,在微生物细胞和烃接触的界面上产生生物表面活性剂。

3生物表面活性剂的类型目前,生物表面活性剂主要有4类:糖脂类、磷脂类、脂蛋白或缩氨酸脂和聚合物类。

基金项目：安徽省自然科学基金资助项目（10000007）作者简介：张慧娟（1988－）,女,安徽合肥人,合肥工业大学硕士生；惠爱玲（1978－）,女,安徽合肥人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师生物表面活性剂的活性提取张慧娟 惠爱玲（合肥工业大学农 产品生物化工教育部工程研究中心 合肥 230009）摘 要：生物表面活性剂是一类由微生物产生的具有表面活性的物质，与化学表面活性剂相比，具有无二次污染、环境友好等显著优点。

生物表面活性剂在医药、农业、石油开采、环境修复等方面的应用潜力，已引起人们的广泛关注。

本文对生物表面活性剂的提取方法及近年来生物表面活性剂的研究进展进行了总结，并对未来的发展方向作了展望。

关键词：生物表面活性剂；提取；前景The Isolation of BiosurfactantsZHANG Hui-juan ，HUI Ai-ling(Engineering Research Center of Bio-process in Ministry of Education , Hefei University of Technology, Hefei23009，China)Abstract ：Biosurfactants are natural surface-active compounds mainly synthesized by microorganisms, which have distinct advantages like no secondly pollution and friendly to environment compared with chemical surfactants. With the development of modern biological technology, biosurfactants have been shown a variety of potential applications, including medicine, agriculture, oil production and environmental remediation, so it has already caused many researchers a strong interest in the production of biosurfactants making use of biological technology. A review is made from the isolation of biosurfactants. In addition, on the foundation of the analysis,several suggestions about the development of biosurfactants are proposed. Key words ： Biosurfactant ；Isolation ；1 生物表面活性剂 表面活性剂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[1]。

它们主要是利用碳氢化合物的微生物产生，通过生物表面活性剂的作用使碳氢化合利用吸收生物表面活性剂发酵条件的优化、提取与分析摘要：生物表面活性剂是由微生物产生的具有高表面活性的生物分子。

相对于化学合成的表面活性剂,生物表面活性剂对生态系统的毒性较低,且可生物降解。

它可以应用在如采油和能源工业、药物和化妆品、食品、环境工程等各个工业领域。

本文讲述了生物表面活性剂从生产菌的筛选到培养条件的优化以及生物表面活性剂的提取的全过程。

从污水、污泥样品中经过富集培养、血平板分离、摇瓶培养和排油活性测定等方法筛选筛选出了可以产生生物表面活性剂的1株细菌和2株酵母菌，并对其中的1株酵母菌的发酵条件如碳源，氮源，初始pH值，溶氧量这些分别进行单因素优化的讨论，并通过萃取的方法得到生物表面活性剂产物。

关键词：生物表面活性剂，筛选，发酵，优化，提取Abstract：Biosurfactant is a high surface-active agent synthesized by microorganism. Compared with themical surfactant, biosurfactant has a low toxicity to ecological system of Earth. The applications of biosurfactants in some fields such as enhanced oil recovery, energy industry, pharmaceuticals and cosmetics, food and environmental control are presented. This review is made from several aspects: screening of biosurfactant-producing microorganism, optimization of culture brooth, isolation of biosurfactant. Microorganisms capable of producing biosurfactants can be isolated by a series of steps including hydrocarbon enrichment culture, hemolytic activity assay on blood agar plates and oil displacement activity assay etc. the strains were isolated from waste soil and waste water. We screen one strain of bacteria and two strains of yeasts.Keywords: Biosurfactant, screening, fermentation, optimization, isolation1 引言1．1 生物表面活性剂的概述概述生物表面活性剂的产生、分类、特点以及应用。

新型⽣物表⾯活性剂-槐糖脂（sophorolipid）⽣物表⾯活性剂,是微⽣物在⼀定条件下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。

槐糖脂（sophorolipid）是由假丝酵母菌以糖和植物油为碳源，经⼀定条件的发酵⼯艺产⽣的⼀种糖脂类⽣物表⾯活性剂。

槐糖脂是⼀种环境友好、⽆毒、⽆污染的⽣物表⾯活性剂，不仅可以⽤于⾷品⼯业、环境保护等领域，并且在医学和免疫学上也有⼴泛的应⽤价值，具有抗炎、抗肿瘤、抗病毒的作⽤。

最新研究表明，槐糖脂也可应⽤于纳⽶技术中，作为昂贵材料的原材料，有很好的应⽤前景。

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⼀、槐糖脂介绍：槐糖脂由亲⽔性的槐糖( 2 个葡萄糖分⼦以β-1，2糖苷键结合) 和疏⽔性的饱和或不饱和的长链ω-( 或ω-1) 羟基脂肪酸两部分构成。

不同结构的槐糖脂具有不同的理化性质。

槐糖脂主要两种类型: 内酯型和酸型。

⼯业化⽣产的槐糖脂⼀般为混合结构产品，因发酵过程的不确定性，每批次的产品组成都会略有差异。

如果经过提纯处理，也只是酸型和内酯型两类分开，除试剂⽤途外，通常很少有单⼀结构产品。

⼆、槐糖脂应⽤⼯业品的槐糖脂是各种构型的混合物，主要分为酸型和内酯型。

其可将⽔的表⾯张⼒降⾄30~40mN/m，与其他成份进⾏复配后的驱油产品可将界⾯张⼒降低到10-3甚⾄10-4mN/m，其临界胶束浓度为40-100mg/L，远远低于⼀般的化学表⾯活性剂。

槐糖脂在120的⾼温条件下、⾼盐条件下其表⾯活性不受影响。

另外，槐糖脂具有100%的可降解性，不会对⽯油、储层等带来⼆次污染，在⽯油⽣产过程中可以减少化学品⽤量；不带来⼆次污染，减轻污⽔处理压⼒，降低环保成本。

2农作物在⽣产过程中会⼤量使⽤农药，农药⼤多组分是亲脂性的，所以会⽤到⼤量的乳化剂，以保证产品稳定和利于喷施使⽤。

生物表面活性剂的标准和检测方法目录欧洲前言 (3)引言 (4)1 范围 (6)2 参考规范 (6)3 专业术语和定义 (6)4 表面活性剂概述 (7)5 性能 (7)5.1 一般性能 (7)5.2 技术性能指标 (8)5.2.1 化学组成 (8)5.2.2 溶解度 (8)5.2.3 表/界面张力 (8)5.2.4 发泡性能 (8)5.2.5 湿润性 (8)5.2.6 乳化性能 (9)6 健康、安全和环境要求 (9)7 与化学品或表活相关的其他欧盟法规 (9)7.1概论 (9)7.2表面活性剂的分类 (10)7.3分析方法 (11)8可持续性 (11)9 降解性 (11)10 声明和产品标签 (12)欧洲前言这份文档由法国标准协会组织的技术委员会CEN/TC 276“表面活性剂”秘书处编制。

本文档目前已经递交投票。

本文档已被欧洲委员会和欧洲自由贸易协会授权给欧洲标准化委员会（CEN）。

本文档已被授权给欧盟委员会寄至欧洲标准化委员会以用于生物基产品溶剂和表面活性剂的欧洲标准发展。

引言生物基材料已经在表面活性剂生产上应用了数千年。

例如，人类所使用的第一种表面活性剂，就是完全基于生物性的肥皂。

随着二十世纪初现代表面活性剂的出现，以石油化工为主的原材料也成为人们关注的热点。

他们提供了更广泛的意义上调整表面活性剂各种应用性能的机会。

在过去的几十年中，出现了新的生物基表面活性剂原料。

对生物基产品潜在利益兴趣增加的原因与化石资源的消耗和气候变化相关。

由于对生物基产品在能源应用方面不同于食品、饲料以及生物生物质的关注，意识到对生物基产品通用标准的需求，欧洲委员会发布了M/492命令，从而由CEN/TC 411开发了一系列的标准。

CEN/TC 411“生物基产品”的标准在以下方面提供一个共同的基础：—常用术语—生物基含量测定—生命周期评价（LCA）—可持续性方面的问题—申报工具。

重要的是要了解是“生物基产品”涵盖了什么以及如何使用。