生物表面活性劑是一種可降解的表面活性劑。生物表面活性劑不僅具有增溶、乳化、潤濕、發(fā)泡、分散、降低表面張力等表面活性劑所共有的性能，與其他通過化學(xué)合成或石油煉制法生產(chǎn)的表面活性劑相比，還具有無毒、可生物降解、生態(tài)安全以及高表面活性等優(yōu)點(diǎn)，在石油領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。生物表面活性劑作為生物表面活性劑毒性低，與人體和環(huán)境相容性好，具有良好的乳化、分散、增溶等特性，在石油鉆采等領(lǐng)域具有研究和開發(fā)價值，目前已應(yīng)用于石油工業(yè)。
生物表面活性劑是微生物在一定條件下代謝過程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產(chǎn)物，如糖脂?多糖脂?棘白菌素B或中性類脂衍生物等。
特點(diǎn)
生物表面活性劑不僅具有化學(xué)表面活性劑具有的各種表面性能，而且還擁有下列優(yōu)點(diǎn)：
1、適應(yīng)范圍廣，幾乎可以用于各種領(lǐng)域；
2、分子結(jié)構(gòu)類型多樣，部分類型具有許多特殊的官能團(tuán)，表面性能優(yōu)異；
3、生物毒性極低、對環(huán)境友好，100%可生物降解；
4、適用于極端溫度、pH和鹽度。
除此之外，能稱得上生物表面活性劑它必須具備以下條件：
1、生物來源
生物表面活性劑是指微生物來源的表面活性劑，而非用化學(xué)合成方法制得的產(chǎn)品，其一般為某種功能微生物的代謝產(chǎn)物，經(jīng)提純而得。
2、原料天然綠色
從工業(yè)化角度而言，生物表面活性劑一般采用糖或植物油等植物來源的原料作為主要碳源（少數(shù)使用醇類）。方便微生物利用，產(chǎn)率高，最主要是安全易得，成本相對較低。而科研方向有可能會采用礦物油來源的長鏈烷烴等。
3、“綠色”工藝
生物表面活性劑的生產(chǎn)工藝采用發(fā)酵+物理提取才是最“綠色”的保證，任何化學(xué)合成、或發(fā)酵后采用有機(jī)溶劑萃取的工藝都不能稱為“綠色”工藝。
雖然生物表面活性劑是“可生物降解的表面活性劑”，但“可生物降解表面活性劑”并非只有生物表面活性劑，最典型的當(dāng)屬烷基糖苷（APG）。很多APG生產(chǎn)企業(yè)標(biāo)稱產(chǎn)品為生物表面活性劑，而APG是完全的化學(xué)合成產(chǎn)品，只能稱為可降解綠色合成表面活性劑。
只有生物來源，采用天然原料，經(jīng)“綠色”工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品才可保證其低生物毒性及無化學(xué)殘留。
分類
生物表面活性劑包括許多不同的種類。依據(jù)他們的結(jié)構(gòu)特征和微生物來源可分為糖脂、棘白菌素B和脂蛋白、脂肪酸和磷酸甘油酯、中性脂以及聚合物表面活性劑。大部分已知的生物表面活性劑屬于糖脂類。
結(jié)構(gòu)特征
與合成表面活性劑相類似，生物表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：一部分是疏油親水的極性基團(tuán)，如單糖、聚糖、磷酸基等；另一部分是由疏水親油的碳?xì)滏溄M成的非極性基團(tuán)，如飽和或非飽和的脂肪醇及脂肪酸等。疏水基一般為脂肪酰基鏈，極性親水基則有多種形式，如中性脂的或醇官能團(tuán)。
常見活性劑
1. 已工業(yè)化的生物表面活性劑
①槐糖脂
槐糖脂（sophorolipid）是由假絲酵母菌以糖和植物油等為碳源，經(jīng)一定條件的發(fā)酵工藝產(chǎn)生的微生物次級代謝產(chǎn)物。其具有常規(guī)表面活性劑所具有的增溶、乳化、潤濕、發(fā)泡、分散、降低表面張力等通用性能，而且還具有無毒、100%可生物降解、耐溫、耐高鹽、適應(yīng)PH范圍廣及對環(huán)境友好等特性。槐糖脂與常見的鼠李糖脂比，性能相近，分子量較大，屬一種低泡型表面活性劑，相比更適用于工業(yè)和民用清洗、化妝品等領(lǐng)域。
槐糖脂由親水性的槐糖( 2 個葡萄糖分子以β-1，2糖苷結(jié)合) 和疏水性的飽和或不飽和的長鏈ω-( 或ω-1) 羥基脂肪酸兩部分構(gòu)成。不同結(jié)構(gòu)的槐糖脂具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)。槐糖脂主要兩種類型: 內(nèi)酯型和酸型。
工業(yè)化生產(chǎn)的槐糖脂一般為混合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，因發(fā)酵過程的不確定性，每批次的產(chǎn)品組成都會略有差異。如果經(jīng)過提純處理，也只是酸型和內(nèi)酯型兩類分開，除試劑用途外，通常很少有單一結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。
國內(nèi)某公司生產(chǎn)的槐糖脂工業(yè)品↑↑↑
②鼠李糖脂
鼠李糖脂是由假單胞菌感染【一般采用綠膿桿菌(Pseudomonase)】產(chǎn)生的一種生物代謝產(chǎn)物，主要是以植物油為碳源經(jīng)發(fā)酵工藝獲得。鼠李糖脂同樣是一種性能優(yōu)良的生物表面活性劑，在科研領(lǐng)域是一種研究時間最長且熱門的生物表面活性劑。鼠李糖脂與槐糖脂比，性能相近，分子量較小，屬一種低泡型表面活性劑，相比更適用于要求低泡的工業(yè)和民用領(lǐng)域中。
鼠李糖脂同樣不是一種單一的結(jié)構(gòu)，而是由很多種同族結(jié)構(gòu)組成的混合物，在已知的報道中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多達(dá)28種（另有說法為60種）不同結(jié)構(gòu)的鼠李糖脂結(jié)構(gòu)。其具備一般表面活性劑的基本特征，其親水基團(tuán)一般由1～2分子的鼠李糖環(huán)構(gòu)成，憎水基團(tuán)則由1～2分子具有不同碳鏈長度的飽和或不飽和脂肪酸構(gòu)成。在生物合成過程中，這些基團(tuán)之間可能相互鏈接而生成多種化學(xué)結(jié)構(gòu)相近的同系物。研究表明，發(fā)酵產(chǎn)物中一般含有兩種主要類型的鼠李糖脂，學(xué)術(shù)界一般稱為單糖或二糖結(jié)構(gòu)，其一般結(jié)構(gòu)為：
工業(yè)化生產(chǎn)的鼠李糖脂一般為混合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，因發(fā)酵過程的不確定性，每批次的產(chǎn)品組成都會略有差異。除試劑用途外，通常很少有單一結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。
國內(nèi)某公司生產(chǎn)的鼠李糖脂工業(yè)品↑↑↑
2. 其他類生物表面活性劑
① 海藻糖脂
一些結(jié)構(gòu)的微生物海藻糖脂表面活性劑已經(jīng)被報道過。在c-6和c-6′連接有分支菌酸的二糖海藻糖與大多數(shù)種類的分支桿菌、諾卡氏菌以及棒狀桿菌屬相關(guān)。分支菌酸是長鏈，α-支化-β-oh脂肪酸。不同來源的海藻糖脂從分支菌酸的大小和結(jié)構(gòu)、碳個數(shù)以及不飽和度加以區(qū)分。由紅串紅球菌產(chǎn)生的海藻糖二分枝菌酸脂已被廣泛地報道。
大量含有十肽抗生素（短桿菌肽）和脂肽抗生素（多黏桿菌素）的環(huán)狀脂肽分別由短芽孢桿菌和多粘芽孢桿菌產(chǎn)生得到。由枯草芽孢桿菌atcc 21332產(chǎn)生的環(huán)狀脂肽表面活性劑是一種很強(qiáng)功效的生物表面活性劑。用地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的幾種生物表面活性劑表現(xiàn)出了良好的協(xié)同作用和對溫度、pH值以及鹽的穩(wěn)定性。Yakimov等人已經(jīng)由地衣芽孢桿菌bas50生產(chǎn)了一種新型的脂肽表面活性劑----地衣多糖。
一部分細(xì)菌和酵母菌在正構(gòu)烷烴中發(fā)酵產(chǎn)生了大量的脂肪酸和磷脂表面活性劑。在不動桿菌屬菌株h01-n中，產(chǎn)生了大量的磷脂酰基乙醇胺泡囊。研究者觀察到這些泡囊在水中能產(chǎn)生光學(xué)透明的正烷烴微乳液，從而證明了這些泡囊具有很強(qiáng)的表面活性劑性能。紅平紅球菌在正構(gòu)烴中產(chǎn)生的磷脂基乙醇胺可以將水和十六烷界面張力降低至1mn/m以下，臨界膠束濃度(cmc)至30mg/l。
④ 聚合物表面活性劑
最好的用于研究的聚合物生物表面活性劑是生物乳化劑、甲殼質(zhì)、甘露糖蛋白以及其它的多糖蛋白質(zhì)配位化合物。Novonvenezia等人報道了alasan隔離體，它是一種含雜多糖蛋白質(zhì)生物表面活性劑的陰離子丙氨酸，其分子量為1mda，由抗輻射不動桿菌屬ka-53產(chǎn)生。由抗輻射不動桿菌株產(chǎn)生的alasan是陰離子多糖和蛋白質(zhì)的復(fù)合物。因?yàn)楹?a href="/hebeideji/7230673477303795724.html">共價鍵連接的丙氨酸，所以這種alasan多糖是不尋常的。
蛋白質(zhì)組分在復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和活性方面都扮演了重要的角色。甲殼素是一種胞外水溶性乳化劑，它由解脂假絲酵母菌產(chǎn)生，含有83%的糖類和17%的蛋白質(zhì)，其中的碳水化合物是葡萄糖、半乳糖、半乳糖胺和半乳糖醛酸等組成的多糖。Kitamoto等人在南極洲假絲酵母菌t-34中制備了兩種甘露糖赤蘚糖醇脂。
應(yīng)用
生物表面活性劑產(chǎn)品因其性能良好，安全環(huán)保，在應(yīng)用方向有廣闊的前景。但其工業(yè)化仍是起步階段，目前全球生物表面活性劑的用量不足全球所有表面活性劑用量的2%，主要原因是綜合成本較高，工業(yè)化技術(shù)還不是很完美。已知最主要的生物表面活性劑產(chǎn)品工業(yè)化及應(yīng)用情況如下：
1. 槐糖脂
槐糖脂應(yīng)該是已知工業(yè)化最早的生物表面活性劑，目前已經(jīng)有工業(yè)化生產(chǎn)的包括中國、韓國、日本、比利時、德國、美國、法國的有關(guān)企業(yè)。但大部分企業(yè)并沒有將槐糖脂作為商品直接出售，而是開發(fā)成了終端應(yīng)用品。比如日本、德國、法國、比利時的某些企業(yè)將產(chǎn)品直接作為一種保密成份，生產(chǎn)出化妝品、民用洗護(hù)用品等大量出售，這其中就有幾家是國際知名品牌。目前有直接商品銷售的只有中國和日本各一家企業(yè)，比較常見的產(chǎn)品規(guī)格為50%含量的產(chǎn)品。
槐糖脂產(chǎn)品工業(yè)化主要采用發(fā)酵工藝和物理提純技術(shù)，產(chǎn)品純凈度及濃度是現(xiàn)有工業(yè)批量產(chǎn)品中最高的。這主要是因?yàn)槠浒l(fā)酵得率較高，提取容易。科研最高報道的發(fā)酵水平有400g/L，但工業(yè)化只能達(dá)到150-250g/L。
雖然這種生物表面活性劑的工業(yè)化起步較早，但由于被幾家大型國際企業(yè)保密使用，并未得以大面積應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域中。不過隨著生產(chǎn)企業(yè)的不斷增加及市場對環(huán)保產(chǎn)品的急迫需求，槐糖脂將很快得到廣范應(yīng)用。
2. 鼠李糖脂
鼠李糖脂工業(yè)化相對較晚，目前有美國、中國、印度、加拿大幾家企業(yè)在生產(chǎn)，真正的工業(yè)化規(guī)模最大的企業(yè)在中國陜西西安。鼠李糖脂是科研方向的熱門，是未來最有可能替代現(xiàn)有石油基表面活性劑的產(chǎn)品。以目前的技術(shù)其工業(yè)化產(chǎn)品已經(jīng)可以生產(chǎn)出高純度、定制型的鼠李糖脂，比較常見的工業(yè)化產(chǎn)品規(guī)格為鼠李糖脂純度95%、濃度50%的產(chǎn)品。
雖然鼠李糖脂的發(fā)酵過程比較難控制，發(fā)酵過程中其泡沫的量在發(fā)酵行業(yè)中極其罕見，而且從發(fā)酵到提取全程都是一個難題。但是隨著中國生物科技技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)今已經(jīng)解決了發(fā)酵過程的控制問題，可以高效的利用原材料，達(dá)到最大的轉(zhuǎn)化率。截止2017年文獻(xiàn)可查的發(fā)酵產(chǎn)率已經(jīng)達(dá)到120g/L~150g/L左右。
3. 應(yīng)用
生物表面活性劑可應(yīng)用于石油、環(huán)保、醫(yī)藥、食品、化妝品、日用化工、家居護(hù)理、農(nóng)業(yè)、飼料、水果保鮮等領(lǐng)域，可達(dá)到部分或完全替代化學(xué)合成表面活性劑使用。據(jù)已知的數(shù)據(jù)表明，槐糖脂和鼠李糖脂主要應(yīng)用方向還是油田開采領(lǐng)域，化妝、洗護(hù)等高附加值的領(lǐng)域，還有部分應(yīng)用于糧食增產(chǎn)、、飼料等行業(yè)。其他類生物表面活性劑多數(shù)還只是存在于實(shí)驗(yàn)室和論文中，沒有大面積的應(yīng)用。
參考資料 >
新型生物農(nóng)藥鼠李糖脂及其復(fù)配劑對甘藍(lán)蚜蟲的防治效果.中國知網(wǎng).2017-07-05