生物表面活性剂

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。

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。

生物表面活性剂在老化油处理中的应用随着我国石油资源的开采，大部分油田逐漸进入了中后期开采阶段，这就使得老化油的含量明显提升，长此以往，不仅会带来资源的浪费，还会给整个油田的运输系统带来负担。

生物表面活性剂具有绿色、环境友好的特点，对老化油的处理也十分有效。

为此，本文首先分析了生物表面活性剂的产生及特性，而后给出了两项生物表面活性剂在老化油处理中的应用，希望能给同行提供借鉴。

标签：生物表面活性剂;老化油处理;应用引言生物表面活性剂在石油开采、环境治理、食品工业、造纸工业、生物医药等领域应用越来越广泛口，尤其在微生物采油方面具有重要的利用价值。

目前已报道的生物表面活性剂的种类有糖脂、磷脂、脂肽、脂蛋白以及其他脂衍生物等。

其中，糖脂类生物表面活性剂是国内外研究最多、应用最广泛的一类。

研究这一类生物表面活性剂的特性及机理，对微生物采油技术的提高以及稠油的降黏具有十分重要的理论和实际意义。

一、生物表面活性剂的来源及理化特征1、生物表面活性剂的来源在解决原油污水问题中，在对物理方法和化学方法的应用后取得的效果不是特别理想，还产生了此类环境污染。

在这样的背景下，人们开始对处理原油污水问题的方法进行的深入的研究，看有什么方法既可以解决掉所原油污水问题又不会再次造成次生环境问题。

与此同时，各国对生物实用技术的研究日益成熟，发现了生物活性剂这一物质。

并对它的性质进行了科学深入的研究，发现其性质在处理原油污水方面应该有一定效果。

自此，生物表面活性剂开始在对原油污水处理中进行尝试和应用。

2、生物表面活性剂的理化特征生物表面活性剂的特征很多，接下来就对其特性进行详细的介绍。

活性剂在油—水的界面中具有一定的溶解度，该溶解度能够使这个油—水面保持相应的稳定性;然后生物表面活性剂的另一个特性就是价格低廉。

这类活性剂就是通过利用生物特性和生命活动规律结合原油污水的特性进行组合来解决类似的环境问题，这就是生物表面活性剂的工作原理。

生物表面活性剂胡磐沈阳工业大学石化学院应用化学0801 辽阳邮编111003关键词表面活性剂生物应用摘要生物表面活性剂是一类由微生物产生的应用潜力巨大的新型的表面活性剂,具有降低表面张力的作用,对环境无毒害,且生物降解性能好,其应用研究将有广阔的发展前景。

关键词:生物表面活性剂;应用;食品工业与合成表面活性剂相类似，生物表面活性剂的分子结构主要由两部分组成：一部分是疏油亲水的极性基团，如单糖、聚糖、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。

疏水基一般为脂肪酰基链,极性亲水基则有多种形式,如中性脂的酯或醇官能团。

定义: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。

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应用概况表面活性剂已广泛应用于日常生活、工农业及高新技术领域,是当今最重要的工业助剂,其应用已渗透到几乎所有的工业领域,如石油开采业、环境工程、食品工业、农业和精细化工,被誉为“工业味精”。

由于食品中使用新的添加剂需经过长期考察和多种毒性试验后才能被批准,故食品工业中还没有大规模使用生物表面活性剂。

由发酵法生产的生物表面活性剂,如糖酯可能较易被接受作为食品添加剂,这是因为其结构与化学合成的糖酯十分相似,而化学合成的糖酯已经广泛地使用在食品中。

日本对食品工业中使用生物技术制造的新产品不像其它国家那样严格,专利申请了槐糖脂作为面粉质量改良剂,70份面粉加入0.1份槐糖脂或其内酯,可延长焙烤食品的货架寿命。

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。

生物表面活性剂优点与应用生物表面活性剂是指由细菌、酵母、真菌等微生物和其它生命体系产生的表面活性物质。

微生物以各种化学物质为食，副产生物表面活性剂，因此生物表面活性剂是微生物的代谢产物。

如果使这一生物合成过程在体外进行，例如通过在含有营养物质的培养液中发酵，就能以工业级的规模生产生物表面活性剂。

近年来采用休止细胞、固相细胞和代谢调节等手段，可使代谢产物的产率大大提高，从而使工艺简化，成本降低，相关产品可与一些化学法生产的表面活性剂相竞争，还可以合成难以用化学方法合成的产物，以及引进新的化学基团等。

生物表面活性剂是一种可降解的表面活性剂。

生物表面活性剂不仅具有增溶、乳化、润湿、发泡、分散、降低表面张力等表面活性剂所共有的性能，与其他通过化学合成或石油炼制法生产的表面活性剂相比，还具有无毒、可生物降解、生态安全以及高表面活性等优点，在石油领域具有广阔的应用前景。

生物表面活性剂作为生物表面活性剂毒性低，与人体和环境相容性好，具有良好的乳化、分散、增溶等特性，在石油钻采等领域具有研究和开发价值，已应用于石油工业。

生物表面活性剂易于被生物完全降解，无毒性，在生态学上是安全的。

因此生物表面活性剂较合成表面活性剂更易被接受，在许多行业领域具有很大吸引力，例如在农业、建筑业、食品与饮料、工业清洗、皮革工业、乳液聚合、造纸与金属业、纺织品加工、化妆品配方、制药石油和石油化工以及三次采油(EOR)等行业。

不仅如此，近年来生物表面活性剂又开辟了许多新的应用领域，如用于生物修复，作为抗菌剂和免疫调节剂，在基因治疗中作为便利的DNA释放剂等。

生物表面活性剂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）适应范围广，几乎可以用于各种领域；（2）分子结构类型多样，部分类型具有许多特殊的官能团，表面性能优异；（3）生物毒性极低、对环境友好，100%可生物降解；（4）适用于极端温度、pH和盐度。

除此之外，能称得上生物表面活性剂它必须具备以下条件：A、生物来源生物表面活性剂是指微生物来源的表面活性剂，而非用化学合成方法制得的产品，其一般为某种功能微生物的代谢产物，经提纯而得。

BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY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30 mN/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；⑥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。

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。

98-25：脂肽H：环脂肽【内容】所有的生物都是由细胞所构成，细胞中70％的是水分，蛋白质、核酸、糖类、脂类等各种物质通过细胞内的精细结构进行着有序的活动。

表面活性剂作为控制细胞界面秩序而不可缺少的物质起着重要作用。

由于生物体内的表面活性剂是在极其复杂的生物物质群中微量地存在，因此大量提取纯制品非常困难。

近来发现微生物在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂。

这已在石油三次回收剂、石油环境污染的无公害处理剂及功能性表面活性剂等许多领域得到应用和开发。

生物表面活性剂具有合成表面活性剂所没有的结构特征，大多有着发掘新表面活性功能的可能性，人们正希望开发出生物降解性和安全性及生理活性都好的生物表面活性剂。

1．生物表面活性剂分类生物表面活性剂根据其亲水基的类别，分为以下五种类型：①以糖为亲水基的糖脂系生物表面活性剂；②以低缩氨酸为亲水基的酰基缩氨酸系生物表面活性剂；③以磷酸基为亲水基的磷脂系生物表面活性剂；④以羧酸基为亲水基的脂肪酸系生物表面活性剂；⑤结合多糖、蛋白质及脂的高分子生物表面活性剂(生物聚合体)。

(1)糖脂系生物表面活性剂糖脂与磷脂形成复合脂成为连接脂和糖的桥梁，从化学结构来看，它们是由脂肪醇或脂肪酸形成的复杂脂。

根据这种糖脂的结构和分布可分为四类：鞘氨糖脂，植物糖脂，甘油糖脂，结构单元中无鞘氨醇和甘油的其他糖脂。

鞘氨糖脂是动物糖脂的代表性物质，存在于动物组织，特别是动物的脑神经组织中。

植物糖脂主要存在于植物中。

甘油糖脂广泛存在于高等植物、藻类和能进行光合作用的细菌中，既有植物性又有微生物性糖脂的特性。

属于结构单元中无鞘氨醇和甘油的糖脂有来自高好碱性菌的硫糖脂，及源于植物的有代表性的皂草苷生物表面活性剂。

以前，人们常用皂草苷作洗涤用品，从结构上看，它是由以甾族化合物或三萜系化合物为非糖部分(皂草配基)与低聚配糖体构成的。

皂草苷具有生物活性，如具有溶血、强心和免疫等作用。

(2)酰基缩氨酸系生物表面活性剂大致分为硫放线菌素类和脂氨基酸类，这类物质以氨基酸或低聚缩氨酸作亲水基。

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。

生物表面活性剂摘要：关键词：随着人类生活水平和坏境意识的提高，人们对食品和环境的关注也进一步加强。

近年来作为食品和环境中极其重要的一种物质—表面活性剂也受到人们的关注，传统的表面活性剂（多指化学表面活性剂）在食品中的安全隐患和在环境污染也被越来越重视，进而促进新型表面活性剂的出现，生物表面活性剂应运而生。

生物表面活性剂（biosurfactant）是指利用酶或微生物等通过生物催化和生物合成等生物技术从微生物、植物和动物上得到的集亲水和憎水基结构于一体的具有表面活性的天然表面活性剂[1]。

与化学合成的表面活性剂相比，它具有降低表面张力、分散性、生物降解性、环境相容性等特性，同时还具有低毒或无毒、化学结构多样、在极端温度、pH等极限条件下也具有更好的选择性和专一性。

由于这些优点，生物表面活性剂具有广阔的应用前景。

1 生物表面活性剂的分类生物表面活性剂种类繁多，按其不同的作用有以下分类方式：2 生物表面活性剂的特性生物表面活性剂是一类两亲分子，其中含有亲水基团和亲脂基团。

亲水基团主要是极性基团，如单糖、多糖、羧基、氨基等离子或分离子形式；而疏水基团主要是非极性基团，如长链烃类、饱和或不饱和脂肪酸等。

由于其特殊化学结构所以能在两相界面（如水油界面、水汽界面等）定向排列形成分子层，降低其界面张力或表面张力。

例如这种性质在乳制品中具有十分重要的作用，它改善物质起泡性和泡沫稳定性，同时还具有无毒、口感好的优点。

与合成表面活性剂相比较，它也有自己的独特之处。

2.1 具有良好的化学稳定性和热稳定性。

如由地衣芽孢杆菌(Bacillus licheni formis)产生的脂肽在75℃时至少可耐热140h。

生物表面活性剂在pH5.5~12保持稳定，当pH小于5.5时，会逐渐失活。

2.2 生物表面活性剂化学结构更为复杂，空间构象多而具有更大的开发潜力，如改性技术改善其溶解性、乳化性等。

由于其种类繁多，弥补了部分化学不能合成的复杂大分子活性剂或化学不能合成的新型化学基团。