生物表面活性剂应用研究进展

生物表面活性剂应用研究进展刘江红陈逸桐贾云鹏芦艳（东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省高校重点实验室大庆163318）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特性、分类及其制备方法进行了介绍，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特性分类应用Progress on the Applications of BiosurfactantsLiu Jianghong，Chen Yitong，Jia Yunpeng，Lu Yan（Provincial Key Laboratory of Oil＆Gas Chemical Technology，College of Chemistry＆Chemical Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing163318）Abstract Biosurfactants are natural products produced by microorganisms．The biosurfactants have unique properties，such as，high surface activity，environmental friendliness，biodegradable and good anti-microbial activity，which chemical surfactants do not have．Herein the properties，classifications and preparation methods of biosurfactants are introduced in brief．The applications of biosurfactants in various fields such as petroleum exploit，environmental protection，preparation of medicals，food products as well as agriculture and cosmetics are summarized．The prospect in the development of the biosurfactants is predicted．Keywords Biosurfactant，Property，Classification，Application生物表面活性剂是利用可再生的资源如植物油、碳水化合物等为原料，由不同的微生物生产代谢得到的。

与其他表面活性剂相比，具有耐酸、耐盐、可生物降解、低毒性、抗菌性、对环境无污染和生物相容性好等优点，同时生物表面活性剂兼备降低溶剂表面张力、稳定乳化液及增加泡沫等其他表面活性剂的特点，因此生物表面活性剂逐渐在石油工业、环境工业、医药、食品、农业和化妆品工业等领域得到广泛的应用，在未来有逐步替代化学合成的表面活性剂的趋势。

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。

刘江红女，47岁，硕士，副教授，主要从事生物化工研究。

E-mail：ljhread@126．com国家863计划项目（2008AA06Z304）和黑龙江省教育厅科技攻关项目（1153005）资助2012-11-09收稿，2013-03-31接受表1生物表面活性剂的分类Tab．1The classification of biosurfactants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生物表面活性剂的制备方法包括全微生物细胞代谢法、酶合成法和天然生物材料提取法。

其中，全微生物细胞代谢法是一种在细胞内部进行的利用多种酶联合催化的生物转化活动；酶合成法是利用外源酶催化合成的有机反应；天然生物材料提取法是利用天然的动植物材料，从中提取生物表面活性剂的方法。

生物表面活性剂的3种制备方法的比较如表2所示。

由表2可知，3种制备方法各有优缺点。

在未来如果能将微生物细胞代谢法和酶合成法联合起来制备生物表面活性剂，就可以兼具原料价格低廉、生物表面活性剂产量高、种类丰富等优点，为生物表面活性剂大规模工业化提供条件。

表23种生物表面活性剂制备方法的优缺点Tab．2The advantages and disadvantages of the three kinds of biosurfactants preparation method 制备方法优点缺点全微生物细胞代谢法生物表面活性剂种类多种多样、原料廉价生物表面活性剂浓度低、提取费用高酶合成法产量高、生产条件简单生物表面活性剂结构简单，种类单一天然生物材料提取法工艺简单、成本低廉、分离提取容易原料资源受限难以大量生产2生物表面活性剂应用研究进展2.1在石油工业的应用生物表面活性剂的应用最早最广泛的就是在石油工业。

就提高原油采收率而言，加入生物表面活性剂可以降低油水界面的界面张力，使原油具有较强的乳化、降粘效果，同时可以增加含油岩石的润湿角，使得岩石孔隙中的残余油从中脱附出来，从而提高原油采收率，因此生物表面活性剂在三次采油方面具有应用潜力。

Wagner实验室［1］研究出一种由紫红诺卡氏菌（Nocardia rhodochrous）产生的海藻糖脂，Wintershall公司将其应用于北海油田，结果表明当添加50mg/L海藻糖脂时，原油采收率提高了30%。

生物表面活性剂在清除原油中的沥青质和石蜡上也有广泛应用，沥青质和石蜡在油井和输油管道中沉积会给原油的开采带来很大的影响。

Lazar等［2］研究表明，采用热洗清蜡或者化学清蜡的方法来去除原油中的沥青质和石蜡会使其后续处理困难、伤害地层且成本较高，生物表面活性剂可以解决这个难题。

胜利油田孤岛采油厂用生物表面活性剂成功地解决了油井结蜡问题［3］。

生物表面活性剂还用于处理原油罐中原油的回收。

高分子生物表面活性剂Emulsan［4］，因其具有的牢固附着在油/水界面的特性，用很少的Emulsan就能使水包油（O/W）型乳状液稳定，因此可用于油罐中污泥的清洗和清洗后的原油回收方面。

2.2在环境工业的应用生物表面活性剂在环境方面的应用越来越受到人们的重视。

就处理重金属方面而言，Ochoa-Loza 等［5］研究发现，鼠李糖脂易和Pb2+、Hg2+发生络合，达到去除重金属的目的。

Zouboulis等［6］研究表明，通过采用吸附-浮选法，可以达到去除工业废水中的Cr6+和Zn2+的目的，去除率最低可达90%。

Juwarker等［7］研究表明，在土壤结构未改变的条件下，用鼠李糖脂可以去除污染土壤中的Pb和Cd，Pb 的去除率为88%，Cd的去除率为92%。

在促进有机污染物的降解方面，华兆哲等［8］研究表明，生物表面活性剂甘露糖赤藓糖醇酯对正构烷烃具有良好的降解能力。

Harvey等［9］研究表明，生物表面活性剂海藻糖脂使阿拉斯加原油污染物的降解率大大提高。

Van Dyke等［10］研究表明，将鼠李糖脂加入到受污染的泥浆中，烃类的回收率提高了70%；加入到受污染的砂土中，烃类的回收率提高了80%。

就促进污染物的增溶、分散而言，刘辉等［11］研究表明，铜绿假单胞菌株代谢得到的生物表面活性剂，在不同条件下对萘、蒽、苯并蒽等具有增溶效果，当生物表面活性剂加入量为500mg/L时，其溶解效率均有显著的提高。

2.3在农业中的应用生物表面活性剂在农业方面也有广泛大量的应用，可以用于堆肥、土壤中有机农药的去除、土壤改良以及用作杀虫剂等。

戴芳等［12］以稻草秸秆和麸皮联合好氧堆肥过程，在添加鼠李糖脂后，可以促进其中有机质的降解，加快堆肥进程，缩短堆肥周期。

Mata-Sandoval等［13］研究表明，通过建立Langmuir 吸附模型，当被吸附的生物表面活性剂浓度超过临界胶束浓度（CMC）时，生物表面活性剂作为一种助溶剂，能够有效降解吸附在土壤中的杀虫剂，使得有机农药从土壤中去除。

2.4在医药行业中的应用生物表面活性剂最具潜力的应用领域是医药行业。

生物表面活性剂能作为杀菌剂，还能改善脂肪代谢和免疫功能。

在制药工程方面，卵磷脂类生物表面活性剂具有健脑、护肝、降血脂、抗衰老以及美容等作用［14］，是很好的药材。

生物表面活性剂作为杀菌剂，在抑制细菌生长以及抗病毒方面也颇具潜力。

Eshita等［15，16］研究发现，伊枯草菌素A具有良好的抗菌活性，类似的杆菌霉素（bacillomycin）D和Lc也能抑制细菌生长。

Joachim等［17］研究表明，枯草芽孢杆菌株代谢得到的脂肽类生物表面活性剂能够抑制多种革兰氏阳性菌的活性，是一种从被石油污染的淤泥中筛选分离得到的很有潜力的抗菌剂。

Uchida等［18］发现，红串红球菌合成的琥珀酰-海藻糖脂能够抑制流感病毒和单纯疱疹病毒。

生物表面活性剂在改善免疫功能和脂肪代谢方面也有所作用。

免疫球蛋白G是最主要和基本的免疫球蛋白，被广泛应用于免疫诊断与治疗应用［19］。

Im等［20］发现，人免疫球蛋白G与由甘露糖赤藓糖醇脂MEL-A形成的复合物具有很高的亲和力。

Inoh等［21］发现，MEL-A能够显著提高阳离子脂质体的基因转染效率。

Isoda等［22］报道，所有的糖脂类表面活性剂（除鼠李糖脂外）都可以诱导白血病细胞产生分化、增值。

2.5在化妆品中的应用在化妆品方面生物表面活性剂也有所涉及。

生物表面活性剂具有低毒性、抗菌性、皮肤的保湿能力及与皮肤的亲和性，在护理产品中进展迅速。

在用作皮肤保湿剂方面，磷脂类生物表面活性剂具有可以提高化妆品的分散性，保持皮肤的湿润，活化皮肤的呼吸，调整皮肤的酸度等作用。

槐糖脂的产品即使是在很低的浓度下也具有良好的皮肤亲和性，因此可作为一种皮肤保湿剂［23］。