生物表面活性剂

98-25：脂肽

H：环脂肽

【内容】

所有的生物都是由细胞所构成，细胞中70％的是水分，蛋白质、核酸、糖类、脂类等各种物质通过细胞内的精细结构进行着有序的活动。表面活性剂作为控制细胞界面秩序而不可缺少的物质起着重要作用。

由于生物体内的表面活性剂是在极其复杂的生物物质群中微量地存在，因此大量提取纯制品非常困难。近来发现微生物在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂。这已在石油三次回收剂、石油环境污染的无公害处理剂及功能性表面活性剂等许多领域得到应用和开发。

生物表面活性剂具有合成表面活性剂所没有的结构特征，大多有着发掘新表面活性功能的可能性，人们正希望开发出生物降解性和安全性及生理活性都好的生物表面活性剂。

1．生物表面活性剂分类

生物表面活性剂根据其亲水基的类别，分为以下五种类型：①以糖为亲水基的糖脂系生物表面活性剂；②以低缩氨酸为亲水基的酰基缩氨酸系生物表面活性剂；③以磷酸基为亲水基的磷脂系生物表面活性剂；④以羧酸基为亲水基的脂肪酸系生物表面活性剂；⑤结合多糖、蛋白质及脂的高分子生物表面活性剂(生物聚合体)。

(1)糖脂系生物表面活性剂糖脂与磷脂形成复合脂成为连接脂和糖的桥梁，从化学结构来看，它们是由脂肪醇或脂肪酸形成的复杂脂。根据这种糖脂的结构和分布可分为四类：鞘氨糖脂，植物糖脂，甘油糖脂，结构单元中无鞘氨醇和甘油的其他糖脂。

鞘氨糖脂是动物糖脂的代表性物质，存在于动物组织，特别是动物的脑神经组织中。植物糖脂主要存在于植物中。

甘油糖脂广泛存在于高等植物、藻类和能进行光合作用的细菌中，既有植物性又有微生物性糖脂的特性。

属于结构单元中无鞘氨醇和甘油的糖脂有来自高好碱性菌的硫糖脂，及源于植物的有代表性的皂草苷生物表面活性剂。以前，人们常用皂草苷作洗涤用品，从结构上看，它是由以甾族化合物或三萜系化合物为非糖部分(皂草配基)与低聚配糖体构成的。皂草苷具有生物活性，如具有溶血、强心和免疫等作用。

(2)酰基缩氨酸系生物表面活性剂大致分为硫放线菌素类和脂氨基酸类，这类物质以氨基酸或低聚缩氨酸作亲水基。它广泛存在于各种微生物、植物、无脊椎动物的消化液、鸡的卵管、人的皮肤等中。虽然对脂氨基酸的生理意义还不了解，但作为生物膜的存在，它与维持膜结构及膜机能有关，而且存在于皮肤的角质层中，也与保湿作用有关。硫放线菌素类是微生物的产物，有高表面活性。

(3)磷脂系生物表面活性剂这是磷脂与糖脂在复合脂中形成的一大领域。大致分为甘油磷脂和鞘氨磷脂。

甘油磷脂是以磷脂酰酸作基本骨架，由具有羟基的各种化合物构成，结构式如下：

鞘氨磷脂是由具有脂肪酸鞘氨醇盐和胆碱乙醇胺的化合物构成，结构式如下：

磷脂是构成生物体膜的成分，广泛存在于微生物、植物和动物体内，但从微生物制取见于报道的甚少。

大豆卵磷脂是典型磷脂生物表面活性剂。大豆卵磷脂具有高安全性和生物降解性，广泛用于食品、医药和化妆品生产。

(4)其他生物表面活性剂这类生物表面活性剂包括脂肪酸系生物表面活性剂和高分子系生物表面活性剂。

脂肪酸系生物表面活性剂包括所有的脂肪酸类，如动物体分泌的胆汁中存在的胆汁酸即属于这类生物表面活性剂。

高分子系生物表面活性剂代表物有烃类化合物转化细菌产生的生物乳化剂和烃类乳化剂。前者的主要成分为多糖蛋白质-脂质，后者为多糖-脂质。

2．源于微生物的生物表面活性剂

由微生物开发生物表面活性剂不同于由植物和动物开发，在制备技术及经济效果方面非常有利，并且可以大量生产。

(1)糖脂系生物表面活性剂这类糖脂系生物表面活性剂有鼠李糖脂、藻蛋白糖脂、槐糖脂和其他糖脂。

鼠李糖脂是由微生物产生的具有表面活性的物质。鼠李糖脂有多种，其结构式如下：

1949年，加尔维斯(Jarvis)对绿脓杆菌N0.141、N0.142产生的具有抗生活性糖月旨迸行了研究，该物质是由2mol鼠李糖作糖基，2molβ-羟基癸酸作脂肪酸基构成的酯结合型糖脂，即鼠李糖脂Ⅱ。它对革兰阳性菌有抗生性，对革兰阴性菌无抗生性。

绿脓杆菌SIB7残株对烃类化合物的发酵有促进作用，而这种促进物质即为鼠李糖脂Ⅱ。SIB7残株为工业用表面活性剂，它与吐温-20和壬基酚聚氧乙烯醚(Noigen EAl41)等具有同样的表面活性，这可从它对烃类化合物具有同样的乳化能力来佐证。除鼠李糖脂Ⅱ外，鼠李糖脂l、鼠李糖脂Ⅲ、鼠李糖脂Ⅳ对烃类化合物发酵亦都有促进作用。

藻蛋白糖脂是由节细菌属、短杆菌属、棒状杆菌属、诺卡菌属，以及分枝杆菌属的烃分解性细菌产生的，这种产物具有很强的乳化能力，称为藻蛋白糖脂I。具有酯结合的藻蛋白糖脂Ⅱ的乳化能力更强，可用作乳化剂，其结构式如下：

由烃分解性细菌产生的生物表面活性剂产量低，还没有达到实用的生产水平。以发酵生产的糖脂为起始物，用有机化学方法可生产出更有用的衍生物，但目前在技术上尚有困难，还不能应用于各种工业生产中。

从野草花蜂蜜中分离出来的槐糖脂有槐糖脂工和槐糖脂Ⅱ。槐糖脂I是由好渗透性酵母属Toru1opsis bombica1aATCC 22214产生的，槐糖脂Ⅱ是由Candida bogoriensis从葡萄糖产生的。下面为槐糖脂Ⅰ的结构式：

1．R1=R2=CUCH3；

2．R1=COCH3，R2=H

3．R1=H，R2=COCH3

4．R1=R2=H；

5．异构内酯；

6．R1=R2=COCH3；

7．R1=COCH3，R2=H

8．R1=H，R2=COCH3

9．R1=R2=H

槐糖脂利用其富有反应性的端羧基和槐糖的羟基，可制成各种烷基酯衍生物，或各种环氧乙烷加成衍生物。槐糖脂的结构稳定性高，由其可制得各种衍生物，是糖脂系生物表面活性剂中最有应用前途的。

由T．bombico1a KSM-36发酵产生的槐糖是混合脂，与酸或碱作用容易变为具有化学稳定的乙内酰醚键的单一糖脂。酸-槐糖脂与糖脂系工业表面活性剂--斯盘、吐温和糖脂比较，有非常高的HLB值，适合作洗涤剂。因此，将酸-槐糖脂中脂肪酸末端的游离羧基与甲醇或乙醇等低级醇等进行酯化后形成甲基槐糖脂或乙基槐糖脂，它们可用于洗涤剂的生产，其洗涤效果优于糖脂。

槐糖脂的羧基与高级脂肪醇进行酯化反应生成烷基-槐糖脂衍生物；槐糖脂的羟基与环氧乙烷或环氧丙烷进行加成反应则得到聚氧乙烯或聚氧丙烯衍生物。它们可用于增溶剂、润湿剂和乳化剂的开发。

C1～C18烷基-槐糖脂衍生物的HLB值从7～45。加成数摩尔环氧丙烷的聚氧丙烯-槐糖脂衍生物，其物理化学性质显著地不同于烷基-槐糖脂，它有较强的油性，为水中乳化油。

槐糖脂及其衍生物对皮肤有奇特的亲和性，赋予皮肤柔软性和湿润性。目前，利用发酵生产槐糖脂，由其获得的聚氧丙烯-槐糖脂已用于化妆品的生产。

其他糖脂有甘露糖赤藓醇脂和黑粉菌酸。前者在酸、碱介质中化学不稳定，易脱去脂肪酸基，所以用它来制备新的有用的表面活性剂是有困难的。黑粉菌酸是具有抗生性的糖脂，有良好的表面活性。

(2)酰基缩氨酸系生物表面活性剂属于酰基缩氨酸系生物表面活性剂的主要有硫放线菌素和脂氨基酸。

硫放线菌素是由枯草杆菌产生的，其表面活性相当于十二烷基硫酸钠，具有溶解血栓的性能，是一种优异的表面活性剂。但由于产量低，毒性强，限制了其开发。

脂氨基酸方面，已知的鸟氨酸酯和西利里平酯(cerieipin1ipid)的结构式如下：