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生物表面活性剂的制备、提纯及其应用
摘要:生物表面活性剂是由微生物产生的天然产物,具有表面活性高、对环境无污染、生物可降解性及良好的抑菌作用等优于化学合成的表面活性剂的独特性质。本文对生物表面活性剂的合成方法进行了介绍,对生物表面活性剂在石油工业、环境工业、医药、食品、农业和化妆品工业等领域的应用进行了总结,展望了生物表面活性剂的良好应用前景。
关键词:生物表面活性剂制备提纯应用
生物表面活性剂主要是由微生物在好氧或厌氧条件下在碳源培养基中生长时产生的。这些碳源可以是碳水化合物、烃类、油、脂肪或者是它们的混合物。生物表面活性剂可分为非离子型和阴离子型,阳离子型较为少见。像其它表面活性物质一样,生物表面活性剂由一个或多个亲水性和憎水性基团组成,亲水基可以是酯、羟基、磷酸盐、或羧酸盐基团、或者是糖基,憎水基可以是蛋白质或者是含有憎水性支链的缩氨酸。根据生物表面活性剂的结构特点,可将其分为5类:糖脂、脂肽、多糖蛋白质络合物、磷脂和脂肪酸或中性脂。
和传统的化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂有许多明显的优势:(1)更强的表面和界面活性;(2)对热的稳定性;(3)对离子强度的稳定性;(4)生物可降解性;(5)破乳性。
由于这些显著特点,使生物表面活性剂在一些方面可以逐渐代替化学合成的表面活性
剂,而且应用也越来越广泛。
1生物表面活性剂的性质、分类及制备
1.1生物表面活性剂的特性
生物表面活性剂分子结构包含极性基团和非极性基团,是一种具有亲水、疏水两性特点的生物大分子化合物。生物表面活性剂分子的亲水基和疏水基可以由不同的分子成分组成。
生物表面活性剂与其他表面活性剂比较,主要特性就是无毒性、稳定性好、耐酸耐盐性好、可以被生物降解、对环境无污染及抗菌性。
1.2生物表面活性剂的分类
生物表面活性剂根据其化学结构的不同,可以分为酰基缩氨酸系、糖脂系、磷脂系、高分子聚合物和脂肪酸系表面活性剂五类,如表1所示。
表1生物表面活性剂的分类
分类
典型产物
酰基缩氨酸系
脂蛋白、脂肽、脂氨基酸
糖脂
海藻糖脂、鼠李糖脂、槐糖脂
磷脂
磷脂酰乙醇胺
中性脂/脂肪酸
甘油脂、脂肪酸、脂肪醇、蜡
聚合物
脂杂多糖、脂多糖复合物、蛋白质-多糖复合物
1.3生物表面活性剂的制备方法
1.3.1微生物发酵法
生物表面活性剂多数由细菌、酵母菌、真菌等微生物产生。通过微生物发酵生产生物表面活性剂,微生物在不同的条件下产生各种类型的生物表面活性剂。其中,以微生物制备糖脂类生物表面活性剂为例,发酵法生产生物表面活性剂的具体方法一般分为3步,即培养发酵、分离提取和产品纯化。生物表面活性剂是一类结构多样的化合物,其发酵过程也随具体产物而不同,但大多数微生物发酵产生的表面活性剂的分离、提取和纯化都有一些类似的方法如萃取、盐析、离心沉淀、结晶以及冷冻干燥等,在技术和经济上非常适合大量生产。
1.3.2酶合成法
与微生物发酵方法相比较,酶合成法起步较晚,但发展迅速。由于酶在非极性溶剂中或微水条件下仍然能很好地发挥其催化功能,这极大地拓宽了酶作为催化剂催化合成生物表面活性剂的应用范围。另外酶法的生产条件不十分苛刻,反应具有专一性,可获得高含量的目标产物,且产物易回收。目前研究的外源多酶联合催化技术,在体外将多酶串联或共同作用,模拟内源多酶联合催化过程并使其处于可控状态,再将整胞微生物代谢法的优点嫁接到外源酶催化法上来,使得酶法合成生物表面活性剂具有更大的发展潜力。所以酶合成法也是生物表面活性剂生产和制备的主要方法之一。例如单甘脂、糖脂、磷脂、烷基糖苷和氨基酸等生物表面活性剂都是用酶法合成。近几年,酶合成法与微生物发酵法相结合成为了发展方向。
1.3.3其他制备法
天然生物提取法,例如磷脂、卵磷脂类等生物表面活性剂存在于蛋黄或大豆中天然生物原料中,现早已被提取而出应用到人们的生活与生产当中。从天然生物原料中提取有效的生物表面活性剂,分离提取相对较易,天然含量丰富,制备简单,成本低廉,但是受到原料的限制难以大量生产。
2生物表面活性剂的分离提纯
生物表面活性剂的分离提纯主要有以下一些方法:
2.1萃取
萃取是生物表面活性剂经典提取方法之一,特别是对于亲油性的生物表面活性剂。萃取方法经济可行,操作方法简便,因此在生物表面活性剂的提纯中得以较广泛的运用,各种有机溶剂,如甲醇、乙醚、乙酸乙酯、戊烷、丁醇、氯仿等已被广泛运用于生物表面活性剂的提取,它们或者单独使用,或者被联合使用。实验室里,使用得最多的是氯仿和甲醇的各种比例的混合物,这种萃取剂的极性很容易调整到目标萃取物所需的极性,因而
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