当前位置:论文网 > 论文宝库 > 理学类 > 化学论文 > 正文

生物表面活性剂研究进展

来源:UC论文网2019-04-15 11:01

摘要:

  摘要:指出了微生物产生的生物表面活性剂是一类天然两亲化合物生物,含有亲水基、疏水基结构,是一类绿色表面活性剂,具有高表面活性、高抗碱、高抗盐、无污染等特点,对其在医药行业、农业、化学工业、食品工业等领域的研究进展进行了论述。  关键词:生物表面活性剂;微生物;绿色表面活性剂  作者:向攀  1引言  生物表面活性剂是20世纪70年代后期国际生物工程领域中发展起来的一个新课题。细菌、真菌、酵母菌...

  摘要:指出了微生物产生的生物表面活性剂是一类天然两亲化合物生物,含有亲水基、疏水基结构,是一类绿色表面活性剂,具有高表面活性、高抗碱、高抗盐、无污染等特点,对其在医药行业、农业、化学工业、食品工业等领域的研究进展进行了论述。


  关键词:生物表面活性剂;微生物;绿色表面活性剂


  作者:向攀


  1引言


  生物表面活性剂是20世纪70年代后期国际生物工程领域中发展起来的一个新课题。细菌、真菌、酵母菌等多种微生物在一定条件培养时,产生的含有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列并使表面张力显著下降的次级代谢产物,称为生物表面活性剂(Biosurfactants)。由于微生物较动植物而言,具有传代速度快,更易大规模生产,另外还可在分子中引入化学方法难以合成的复杂基团等优点,为许多领域提供新可能。目前,在可持续发展道路上,绿色表面活性剂的研发刻不容缓,而生物表面活性剂以其独特优势在该领域地位崇高。


  2微生物产生的生物表面活性剂


  生物表面活性剂主要由微生物在好氧或厌氧条件下在不同的培养基中发酵产生的,大多数生物表面活性剂由绝对的亲水基和亲油基团组成:前者由单体、双体、聚糖、羧酸、氨基酸或肽组成;后者由饱和、不饱和或羟基脂肪酸组成。根据生物表面活性剂的化学结构,可将其分为5类:糖脂(glycolipids)、脂肽(lipoptides)和脂蛋白(lipoproteins)、磷脂(phospholipids)、中性脂(neutrallipids)和脂肪酸(fattyacids)、聚合表面活性剂(polymericbiosurfactant)与颗粒表面活性剂(particulatebiosurfactant)等五类。


  2.1生物表面活性剂的分类


  具有代表性的生物表面活性剂及其微生物来源列出见表1。


  2.1.1糖脂类生物表面活性剂


  糖脂是含糖而不含磷酸的脂类,由碳水化合物与长链脂肪酸或羟基脂肪酸以共价键形式连接在一起组成的,种类众多。目前,研究深入的是鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂。阴离子型鼠李糖脂是由假单胞菌在限制生长条件下的胞外代谢产物,具有很好的分散、乳化、发泡、渗透、增溶效果。鼠李糖脂亲水基多由1~2分子的鼠李糖构成,憎水基由1~2分子具有不同碳链长度的脂肪酸构成。Jarvis和Johnson第一次报道了用绿脓假单胞菌(Pseudomomonasaeruginosa)产生鼠李糖脂。海藻糖脂具有免疫和对各种分枝杆菌或者霉菌的治病作用,主要用于石油开采,其优越的破乳性质有利于提高石油的开采率。槐糖脂主要由酵母菌产生,是糖脂中最有应用前途的一类生物表面活性剂。如假丝酵母菌(Candidasp.)、球拟酵母(Torulopsisbombicola)、嗜石油球拟酵母(T.petrophilum)和蜜蜂生球拟酵母(T.apicola)。


  表1生物表面活性剂及微生物来源


  生物表面活性剂1微生物来源糖脂1石蜡节杆菌(Arthrobactersp)鼠李糖脂1铜绿假单胞杆菌(Pseudomonasaeruginosa)海藻糖脂1红串红球菌(Rhodococcucuserythropolis)海藻糖脂1灰暗诺卡氏菌(Nocardiaerythropolis)槐糖脂1球拟酵母(Torulopsisbombicola)槐糖脂1(尖型)球拟酵母(Torulopsisapicola)纤维二糖脂1玉米黑粉菌(Ustilagozeae)脂蛋白1枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)脂蛋白1地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)枯草菌素1枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)短杆菌肽1短芽孢杆菌(B.brevis)多粘菌素1多粘芽孢杆菌(B.polymyxa)脂肽1地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)粘液菌素1荧光假单胞菌(P.fluorescens)脂肪酸、磷脂1红串红球菌(Rhodococcucuserythropolis)多聚表面活性剂1热带假丝酵母(Candidatropicalis)多聚表面活性剂1乙酸不动杆菌(Acinetobactercalcoacetius)棒杆霉菌酸1野兔棒杆菌(Corynebacteriumlepus)鸟氨酸脂1浅红假单胞菌(Pseudomonasrubescens)鸟氨酸脂1氧化硫硫杆菌(Thiobacilusthiooxidan)


  2.1.2脂肽和脂蛋白类生物表面活性剂


  脂肽是微生物在发酵过程中产生的次级代谢产物,脂肽生物表面活性剂通常是由β-氨基或β-羟基脂肪酸(亲油基团)与肽链或肽环(亲水基团)构成的一类生物表面活性剂,具有两亲性,是一类新型的天然表面活性剂。从结构上可以分为线性脂肽和环状脂肽,两种结构活性最好。脂肽生物表面活性剂主要来源于芽孢杆菌、链霉素、假单胞菌、沙雷氏菌属、曲霉菌和游动放线菌的菌属。1968年,Arima等首次从枯草芽孢杆菌的发酵液中分离纯化出脂肽类生物表面活性剂,呈晶体状结构,是迄今为止报道的效果最好的生物表面活性剂之一,名为表面活性素(Surfactin),属于表面活性素类。其次还有伊枯草素类、多粘菌素类、大侧柏素、芬芥素及地衣素等。


  2.1.3磷脂、中性脂和脂肪酸


  磷脂可由细菌和酵母在烷烃培养基上生长产生,是以磷酸基为亲水基团的一类生物表面活性剂,分为甘油磷脂和鞘磷脂,脑磷脂、卵磷脂和磷脂酰丝氨酸是构成机体最重要的3种甘油磷脂。不动杆菌(Acinetobactersp)HO1-N可产生磷脂酰乙醇胺,有乳化作用;曲霉(Aspergillusspp.)的一些种和硫氧化硫杆菌可产生大量磷脂;节杆菌菌株AK-19和绿脓芽孢杆菌(P.aeruginosa)44T1在十六烷和橄榄油上生长能分别积累40%和80%(wt/wt)的磷脂;红串红球菌在正烷烃中生长时也可产生磷脂酰乙醇胺,能将水和十六烷之间的界面张力降到1Mm/m以下。脂肪酸是以羧酸基为亲水基的一类生物表面活性剂,是脂类分子中重要的组分,包括亲酶孢子酸和覆盖霉菌酸。2014年11月绿色科技第11期3.6降解残留农药


  在农药污染的土壤中添加生物表面活性剂或表面活性剂产生菌,能降解有害成分。Awashti等研究表明由枯草芽孢杆菌MTCC2423产生的surfactin能够提高对农药硫丹杀虫剂的降解能力,使降解率提高30%~45%。


  3.7在生物修复方面的作用


  用生物表面活性剂修复被烃类和原油污染的土壤是一项新技术。生物修复是治理石油污染土壤的一种经济环保又高效的方法,国内外已有许多生物修复石油污染土壤的成功事例的报道。吴涛博士等通过从黄河三角洲长期受盐渍化石油污染土壤中筛选出1株高效耐盐石油降解菌Bm38和一株产生物表面活性剂耐盐菌BF40,通过液体培养实验,研究了Bm38和BF40相关特性,并确定它们的生物修复功能。


  3.8在洗涤工业和化妆品工业的应用


  Surfactin具有优良的表面活性,可以用作洗涤用品和化妆品的添加剂,增强去污能力。Mukherjee研究证实BacillussubtilisDM-03和DM-04产生的环状肽具有耐热性和在极端酸碱条件下稳定,低毒易生物降解,污染性小,将其添加入洗涤剂中能提高洗涤能力。脂肽类生物表面活性剂在化妆品工业中作为乳化剂、起泡剂、分散剂、增溶剂柔软剂、杀菌剂、清洗剂等助剂,这类生物表面活性剂在使用过程中对人体无毒害或低毒作用,但均达到安全指标。


  3.9在纺织工业的应用


  据估计,表面活性剂总产量的一半用于纺织业,因此,表面活性剂对纺织工业的贡献巨大,而且在高级纺织品工业中有着越来越重要的作用。纤维制品的印染织造加工过程,基本上都是在水相乳液中进行,因此常遇三种界面表象,这为充分发挥表面活性剂的作用提供了有利条件。表面活性剂及含表面活性剂的助剂的大量使用,也为提高和改善纺织品的质量和性能,缩短创造了条件。


  3.10在纳米材料方面的应用


  纳米材料研究是目前国内外材料学方面研究的一个方向,纳米材料研究被公认为是21世纪最具有前途的科研研究。表面活性剂在纳米材料的研究和应用领域已经不可或缺。在其制备领域,纳米粒子的表面由于缺少邻近配位的原子,而具有很高的活性,使得纳米粒子彼此极其容易团聚,利用表面活性剂分子在分散体系中形成的有序聚集体如胶束、反胶束及微乳相等性质成功制备出各种纳米材料;阳离子表面活性剂作为作为无机硅酸盐的插层改性剂在聚合物纳米复合材料的制备中能发挥重要作用;表面活性剂还被应用于纳米材料的检测方面。从纳米材料制备、表征到应用,表面活性剂都发挥着重要作用。


  3.11在生命科学方面的应用


  血细胞计数仪又称血液分析仪,在各大医院均广泛使用。溶血剂是血细胞计数仪白细胞计数的关键试剂,其主要成分为表面活性剂。它的作用原理为通过与血细胞的膜脂质作用,破坏膜的双层脂质结构,使脂质的排列秩序混乱,然后渗入到双层脂质之间和脂质层内,使两层脂质之间距离增大,结构疏松肿胀,脂质层局部乳化断裂。由于各种血细胞的膜脂蛋白含量存在差异,控制合适的表面活性剂浓度和作用时间,可以使红细胞膜溶解,并使血液中的淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞等的白细胞的体积发生规律性变化,从而可将白细胞分类。


  4结语


  本文通过对生物表面活性剂在各领域的应用展开了深入分析和研究,当中主要选用了现阶段应用生物表面活性剂的热点问题进行分析,主要包括生物表面活性剂在石油工业的应用、在食品方面的应用以及在环境保护方面的应用等,相关问题希望能够成为后续研究与实践工作的开展提供一定的参考与借鉴。


核心期刊推荐