基尔利安的碎颅锤在:生物表面活性剂的发展史

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、环境保护、食品加工业等许多领域中占有特殊的地位。化学合成的表面活性剂，在生产和使用过程中常常会带来严重的环境污染问题，而生物表面活性剂是由微生物所产生，是一类具有表面活性的天然添加剂，它除了具有与化学合成表面活性剂相同的作用外，还以其安全、无毒、能生物降解等优点受到人们的青睐。

1 生物表面活性剂的来源和分类

生物表面活性剂多数由细菌、酵母菌、真菌等微生物产生。微生物发酵法生产生物表面活性剂的生产菌种大致可分为三类：一类是严格以烷烃作为碳源的微生物，如棒状杆菌；一类是以水溶性底物为碳源的微生物，如杆菌；另一类可以烷烃和水溶性底物两者作为碳源，如假单孢菌。

微生物产生的生物表面活性剂种类很多，依据它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。

2 生物表面活性剂结构特点和理化性能

生物表面活性剂的分子结构中既有极性基团又有非极性基团，是一类中性两极分子。亲水集团可以是离子或非离子形式的单糖、二糖、多糖、羧基、氨基或肽链；疏水基团则由饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸或带羟基的脂肪酸组成。对于像蛋白质-多糖复合物等一些分子量较大的生物表面活性剂分子，其亲水和疏水部分可以由不同的分子组成。

生物表面活性剂能在两相界面定向排列形成分子层，能降低界面的能量，即表面张力，多数生物表面活性剂可将表面张力减小至30mN/m。它们在决定界面的流变学特性以及在两相物质传递方面起着十分重要的作用。另外，生物表面活性剂具有良好的热及化学稳定性，如由地衣芽孢杆菌产生的脂肽在75C时至少可耐热140h。生物表面活性剂在ph5.5-12之间保持稳定，当ph小于5.5时，会逐渐失活[1]。生物表面活性剂反应产物均一，可引进新类型的化学基团，这些都是化学表面活性剂所无法比的。生物表面活性剂安全、无毒、生产工艺简单，常温常压下即可发生反应。

3 生物表面活性剂的应用

3.1 在环保上的应用

工农业生产的发展所带来的环境污染日趋严重，人们越来越关心生活环境的质量问题。就土壤污染来说，土壤微生物降解烷烃化合物是烷烃污染物从土壤中消失的基本原理。研究表明：加入微生物或表面活性剂，能够增强憎水性化合物的亲水性和生物可利用性，使进入环境的污染物不断地降解，该技术称为生物修复。糖脂类生物表面活性剂不仅可以提高烷烃的去除率，而且可加速烷烃的矿化程度。另外，生物表面活性剂同样也可用于修复受重金属等其他化学物质污染的土壤。

3.2 在食品加工业上的应用

随着人们的健康意识不断提高，对食品的要求也越来越高，一日三餐既要营养丰富又要安全可靠，生物表面活性剂作为天然添加剂已在食品加工业广泛使用。如蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工业常用的乳化剂，蔗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，另外，它还对水果的保鲜取得良好效果。

3.3 在石油开采业上的应用

这是生物表面活性剂应用的一个重要领域。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须的营养物质，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。由于石油工业对生物表面活性剂的纯度和专一性要求不高，所以可直接使用含完整微生物细胞的生物表面活性剂发酵液，此技术就是微生物强化采油技术。

3.4 在其他方面的应用

农业方面，生物表面活性剂除可用于土壤改良外，还可用作肥料、植物保护以及杀虫剂等，在医疗卫生方面，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。

此外，生物表面活性剂还能用于杀菌剂、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。最有应用前景的是清除污染的油罐、重油的运移和提高原油开采率[2]。

4 研究现状

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。因此，如何选育高产菌株、改进发酵工艺、提高其附加值是进一步研究开发生物表面活性剂的应用潜力，降低其生产成本主要目标。

总之，生物表面活性剂是最近发展起来的一类新型表面活性剂，目前除了在石油工业和环保等一些特殊领域受到重视外，相信随着生物技术和相关技术的快速发展，生物表面活性剂会很快投入大规模的生产，服务于更多的领域，应用前景将会更加广阔。