表面活性劑是一類能顯著降低溶劑表面張力的物質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應用越來越廣泛。然而目前使用的絕大多數(shù)表面活性劑都是采用化學方法合成的，往往會對人類生存環(huán)境和身體健康產(chǎn)生很大威脅。隨著生物工程技術的不斷發(fā)展和人們環(huán)保意識的不斷增強，生物表面活性劑取代化學合成表面活性劑將成為必然趨勢。
生物表面活性劑是微生物或植物在一定條件下培養(yǎng)時，在其代謝過程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產(chǎn)物。與化學合成表面活性劑類似，生物表面活性劑的分子結構主要由2部分組成：一部分是疏油親水的極性基團，如單糖、聚糖、磷酸基等；另一部分是由疏水親油的碳氫鏈組成的非極性基團，如飽和或非飽和的脂肪醇及脂肪酸等。生物表面活性劑除具有降低溶劑表面張力、界面能量、穩(wěn)定乳化液和增強泡沫等與化學合成表面活性劑相同的作用外，還具有無毒、可生物降解、無污染、生物相容性好等優(yōu)點，而且有良好的選擇性和專一性，逐漸在石油、醫(yī)藥、食品、化妝品等領域得到應用和開發(fā)，因此，對生物表面活性劑的應用研究成為了熱點之一。
1 生物表面活性劑的分類
生物表面活性劑有多種來源，可用不同的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出不同化學結構和用途的產(chǎn)品，因而可以以不同的原則進行分類，以滿足不同要求。按用途可將生物表面活性劑分為生物表面活性劑和生物乳化劑。按來源，生物表面活性劑主要由整胞生物轉(zhuǎn)換法（發(fā)酵法）和酶促反應法2種途徑獲得。現(xiàn)在使用較多的是按生物表面活性劑的化學結構來進行分類，主要可分為6類：①糖脂；②含氨基酸類脂；③磷脂；④脂肪酸中性脂；⑤結合多糖、蛋白質(zhì)的高分子生物表面活性劑；⑥特殊性生物表面活性劑。
2 生物表面活性劑的合成方法
2.1 天然物生物提取法
磷脂、卵磷脂類等生物表面活性劑是從蛋黃或大豆中分離提取而來，皂角苷是從植物體內(nèi)提取的，這類生物表面活性劑的來源都是天然生物原料，受到原料的限制，難以大量生產(chǎn)。
2.2微生物發(fā)酵法
生物表面活性劑多數(shù)由細菌、酵母菌、真菌等微生物產(chǎn)生。通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)生物表面活性劑，根據(jù)不同的微生物和目標分子，生產(chǎn)表面活性劑的微生物發(fā)酵法可分為4種：生長細胞法，代謝控制的細胞生長法，休止細胞法以及加入前體法。與其他合成方法相比，微生物發(fā)酵法合成生物表面活性劑具有以下幾種優(yōu)點：①微生物發(fā)酵生成的生物表面活性劑一般結構都較復雜，表面活性高，用其他方法難以得到。David Gutnick等以乙酸不動桿菌RAG在常溫下合成了類似一種生物聚合物的大分子生物表面活性劑，乳化性能好，產(chǎn)量高，可作為生物乳化劑；②原料來源廣泛，生成的表面活性劑也可以完全降解，對環(huán)境不會造成危害。例如脂肽類生物表面活性劑的主要生產(chǎn)菌種枯草芽孢桿菌，可利用葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉等碳源發(fā)酵生成③工藝簡單，成本低，具有很高的經(jīng)濟價值，適合大量生產(chǎn)。Dogan等將透明顫菌血紅蛋白基因插入到污泥戈登氏菌中，并使其進行穩(wěn)定表達，發(fā)酵實驗顯示，其產(chǎn)物海藻糖脂的產(chǎn)量提高了4倍多。
2.3酶催化合成法
酶催化合成法主要應用于合成一些結構較簡單而表面活性高的生物表面活性劑。酶催化法在常溫常壓下就能進行，反應產(chǎn)率高，副反應少，后處理過程簡單，產(chǎn)物易回收，而且酶在非極性溶劑中或微水條件下仍能很好地發(fā)揮其催化作用，這極大地拓展了酶催化法合成生物表面活性劑的應用范圍。固定化酶技術和非水介質(zhì)酶催化技術是目前最重要的兩種酶技術。Pernilla Turner等為了增加反應物在非水介質(zhì)正己醇中的溶解度，以烷基糖苷的形式對糖基進行修飾，然后使用伊葡萄糖苷酶B作為催化劑進行反應，得到了糖脂衍生物。
酶催化法優(yōu)點很多，但是酶制劑價格昂貴，成本太高，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展。目前，正在研究的外源多酶聯(lián)合催化，在體外將多酶串聯(lián)或共同作用，模擬了內(nèi)源多酶聯(lián)合催化過程，并使其處于可控狀態(tài)，將整胞微生物代謝法的優(yōu)點嫁接到外源酶催化法上來，使得酶法合成生物表面活性劑具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?SPAN lang=EN-US>
3 生物表面活性劑的應用
3.1在石油化工中的應用生物表面活性劑應用
最早的領域是石油工業(yè)，通過篩選合適微生物和改變生長條件可以生產(chǎn)出各種生物表面活性劑以滿足不同原油和不同地質(zhì)條件的需要。如紫紅諾卡氏菌產(chǎn)生的海藻糖脂可使地下采油的出油率提高30%。用生物表面活性劑處理重油，重油的黏滯度從200000cp降低到100cp，這就使得處理過的重油可用普通輸油管道輸送。利用來自美國Petrogen公司的生物表面活性劑合成菌株處理科威特石油公司原油罐的污泥，可以回收90%以上的沉積于污泥中的原油。由地衣芽孢桿菌NK-X3產(chǎn)生一種脂肽類生物表面活性劑，在pH為4～12和鈣離子質(zhì)量濃度為4000mg/L的條件下，于
3.2在醫(yī)藥中的應用
生物表面活性劑具有化學合成表面活性劑很難具有的特殊結構，因而表現(xiàn)出一定的生理活性，具有作為藥物開發(fā)的潛能。生物表面活性劑對HIV、皰疹病毒和流感病毒、煙草花葉病毒和馬鈴薯X病毒等都具有抑制作用。
脂肽類生物表面活性劑Surfactin對脂包膜病毒的滅活比對非脂包膜病毒的滅活效率還高，尤其對皰疹病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒的滅活效率更高。此外，Surfactin還可以與病毒脂膜相互作用來破壞病毒脂膜和衣殼，從而表現(xiàn)出抗病毒、抗腫瘤、抗支原體、抗真菌和一定程度的抗細菌活性。Vollenbro-ich等發(fā)現(xiàn)，Surfactin能夠徹底而持久地滅活哺乳動物細胞培養(yǎng)中支原體的活性，提高被支原體感染的哺乳動物細胞的增殖率。而且，Surfactin對哺乳動物細胞的低毒性，使得它在特異性滅活支原體時對細胞的生長沒有明顯的影響。
Mittenbuhler等發(fā)現(xiàn)從細菌中分離的脂肽作為無毒、無熱原應急性的免疫佐劑，能夠與常規(guī)抗原混合使用。人類脂肽P3 CS能與Th細胞表面的抗原決定基P3CS-Th結合，從而有效地提高P3CS-Th對不同種類的低分子量物質(zhì)的特異免疫應答反應。南極假絲酵母可產(chǎn)生2種甘露糖赤蘚糖醇脂MEL-A和MEL-B，他們都有抗菌活性，尤其是抗革蘭陽性菌活性。另外，MEL-A還能用做親和配體。Im等將MEL-A、MEL-B和MEL-C分別與聚2一羥乙基甲基丙烯酸(PHEMA)連接形成MEL-PHEMA復合物，測試他們與人免疫球蛋白G (HIgG)的黏附能力，發(fā)現(xiàn)由MEL-A形成的復合物與HIgG具有很高的親和力。而且，被吸附的HIgG能在溫和的洗脫條件下重新回收，表明糖脂類生物表面活性劑有可能用做HIgG的一種安全的親和配體。Joachim等發(fā)現(xiàn)，從石油淤泥中分離獲得的枯草桿菌Cl株能產(chǎn)生脂肽Nl，Nl能夠抑制多種革蘭陽性菌的活性，包括金黃色葡萄球菌和恥垢分枝桿菌，是一種非常有潛力的抗菌劑。
3.3在食品中的應用
生物表面活性劑具有化學合成品很難具有的特殊結構，具有一定的生理特性和營養(yǎng)價值，可以生物降解而且降解產(chǎn)物無害，這是它在食品工業(yè)中可以廣泛應用的基礎。生物表面活性劑在食品工業(yè)中可作為食品添加劑、乳化劑、風味劑等。產(chǎn)朊假絲酵母產(chǎn)生的新生物乳化劑已應用于色拉調(diào)味上；牛乳嗜熱鏈球菌產(chǎn)生的生物表面活性劑可以阻止產(chǎn)生異味的嗜熱鏈球菌增殖；生物表面活性劑和蔗糖酯一起可以應用于果品保鮮，李江云等運用4.0%～4.5%的蔗糖酯和4.5%的鼠李糖脂分別和0.2%抗氧化劑2，6-=叔丁基對甲酚，0.5%左右的殺菌劑山梨酸鉀復配成涂膜保鮮劑，對柑桔、蘋果、梨等水果的保鮮已取得良好效果；鼠李糖脂可以生產(chǎn)香料，也可以作為食品添加劑加入高檔咖啡、飲料、面包、肉制品中。Meylheuc小組通過系統(tǒng)研究證明了生物表面活性劑能在食品加工過程中所用不銹鋼和聚四氟乙烯材料上吸附，并對微生物生長及細菌有抑制作用，表明其在食品加工過程中具有巨大的應用潛力。在人類崇尚健康至上的今天，符合功能性食品和綠色食品添加劑要求的生物表面活性劑必將成為一種廣泛應用的食品添加劑。
3.4在化妝品中的應用
表面活性劑具有潤濕、分散、發(fā)泡、穩(wěn)泡、去污、調(diào)理、抗靜電、乳化、增溶和滅菌等功能，可在多種化妝品中用做乳化劑、去污劑、發(fā)泡劑、增溶劑和調(diào)理劑等，是配制化妝品的一類重要原料。由于化妝品直接作用于人體皮膚表面，必須選用穩(wěn)定性好、對皮膚刺激小和無毒、安全性高的表面活性劑，生物表面活性劑的特性決定了其在化妝品領域中具有其他表面活性劑無法比擬的優(yōu)勢。
添加槐糖脂的化妝品具有良好的皮膚親和性，槐糖脂已被日本Kao公司作為一種保濕劑用于化妝品、口紅以及皮膚、頭發(fā)的保濕產(chǎn)品。日本花王公司將濃度為1 mol/L的槐糖脂作為保濕劑應用于化妝品中，商品名為Sofinac。法國Soliance公司利用槐糖脂生產(chǎn)槐糖脂衍生物，具有較溫和的殺菌功效，可高效抑制痤瘡丙酸桿菌及乳酸棒桿菌（除體臭），并同時抑制脂肪酶的活性，防止皮脂分解而產(chǎn)生游離的脂肪酸。近年來，由磷脂雙分子膜組成的新型載體脂質(zhì)體在化妝品中的應用越來越受到人們的重視。脂質(zhì)體含有豐富的不飽和脂肪酸，可以減少多余脂肪和毒素在皮膚上的沉積，與傳統(tǒng)護膚品相比，其護膚效力強幾十倍。國際上著名的化妝品公司，如蘭蔻、雅詩蘭黛和歐萊雅都投人大量人力和財力，集中研究開發(fā)脂質(zhì)體在化妝品中的應用，已不斷向市場推出新型含脂質(zhì)體化妝品。
3.5在其他領域中的應用
此外，生物表面活性劑在精細化工領域還可用做保濕劑、防腐劑、潤濕劑、起泡劑、增稠劑、潤滑劑等；在采礦業(yè)中可促進無機礦質(zhì)的分散；還可用于電鍍業(yè)、煤炭業(yè)、紡織業(yè)、涂料工業(yè)、陶瓷業(yè)、鈾礦加工及營養(yǎng)免疫品和作泥炭脫水劑等。Pellerin等成功地將Macrocystis pyrifera和棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)產(chǎn)的雜多糖作為分散劑，應用于陶瓷工業(yè)中。醋酸鈣不動桿菌A2產(chǎn)生的多聚體表面活性劑應用于涂料工業(yè)中。Beng-mark提出生物表面活性劑可應用于營養(yǎng)免疫品中。Mulligan等將生物表面活性劑用做泥炭脫水劑，在壓擠泥炭前加入，可以提高脫水率。
4展望
隨著世界各國對可持續(xù)發(fā)展的重視，以及人們對環(huán)境的日益關注，新型綠色生產(chǎn)及制造技術必將受到歡迎。生物表面活性劑雖然還處于探索和開發(fā)階段，生產(chǎn)成本較高，真正用于工業(yè)大生產(chǎn)的還很少，但由于其具有無毒、無污染、生物降解性好等優(yōu)點，隨著生物技術和相關技術手段的快速發(fā)展，生物表面活性劑的價格將逐漸降到消費者可以接受的水平，必將越來越廣泛地應用于食品工業(yè)、精細化工、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)，今后可能成為表面活性劑的升級替代產(chǎn)品。
