生物表面活性剂对微生物生长和代谢的影响_钱欣平
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用
陈坚;华兆哲;伦世仪
【期刊名称】《中国科技纵横》
【年(卷),期】1996(17)4
【摘要】生物表面活性剂是由细菌、酵母或真菌生成的天然产物，由于其化学结构和物理性质相近或优于许多人工合成表面活性剂，并且对淡水、海水及地球生态系统毒性较低，因而在环境污染的治理方面，特别是对石油和有机溶剂类污染现场的生物补救，具有极大的应用潜力。
此外，生物表面活性剂对有毒杀虫剂的增溶与乳化作用也有助于在污染场地降解这些有害物质。
今后，生物表面活性剂技术要成功地应用于生物补救处理，需重点研究和开发与污染场地的物理条件和化学性质极其适应的生物表面活性剂系统。
【总页数】4页(P84-87)
【作者】陈坚;华兆哲;伦世仪
【作者单位】无锡轻工大学生物工程系
【正文语种】中文
【中图分类】X17
【相关文献】
1.生物表面活性剂在环境生物工程中的应用 [J], 张元峰
2.生物表面活性剂在环境生物工程中的应用 [J], 陈坚;华兆哲;伦世仪
3.生物表面活性剂在环境生物工程中的应用 [J], 陈坚;华兆哲;伦世仪
4.生物表面活性剂在环境生物工程中的应用 [J], 金文杰
5.生物表面活性剂在环境生物工程中的应用 [J], 陈坚;华兆哲;伦世仪
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表面活性剂对土壤微生物的影响及其生态效应
表面活性剂对土壤微生物的影响及其生态效应表面活性剂是一类具有高表面张力降低和起泡力等特征的化学物质，广泛应用于化妆品、洗涤剂、农药和工业防腐剂等领域。
然而，表面活性剂的广泛使用也引起了人们对其对环境的潜在危害的关注。
尤其是在土壤环境中，表面活性剂的长期使用可能会对土壤微生物群落和生态系统产生影响。
本文将探讨表面活性剂对土壤微生物的影响及其生态效应。
表面活性剂对土壤微生物的影响表面活性剂的存在可能会对土壤微生物的生态系统、群落和代谢过程产生不同程度的影响。
具体来说，表面活性剂可能会对土壤微生物对有机物的生物降解、氮循环、微生物群落组成和土壤酶活性等方面产生影响。
首先，表面活性剂的存在可能会对土壤中的生物降解和生物处理能力产生影响。
表面活性剂可以通过促进微生物的代谢活动和生物质转化来改善土壤中的有害物质。
但是，表面活性剂具有较高的毒性，在一定浓度下会抑制微生物的降解能力。
实验结果表明，部分阴离子表面活性剂可以抑制土壤微生物代谢和降解有机物的通路。
这可能导致有机物的积累，进而影响土壤的品质和肥力。
其次，表面活性剂可能会影响土壤中氮素转化的生物过程。
氮素是土壤生态系统的重要组成部分，其转化对土壤肥力、植物生长和有机物的降解都具有重要的影响。
通过加入表面活性剂，可以提高土壤微生物对氨的利用效率，促进氨的硝化过程。
但在长期使用情况下，表面活性剂可能会改变土壤微生物群落结构和资源的利用方式。
这可能导致土壤氮素经过转化过程变得不稳定，进而影响土壤肥力和作物生长。
表面活性剂的存在也可能影响微生物群落组成和土壤酶活性。
微生物群落结构的改变可能会影响土壤生态系统的整体稳定性和耐荒性。
此外，表面活性剂也会影响土壤酶的结构和功能。
研究表明，长期使用表面活性剂的土壤和水环境中，酶活性明显降低，土壤中其他元素的利用率也明显降低。
表面活性剂的生态效应表面活性剂的广泛使用可能会对土壤微生物群落和整体生态系统产生一系列负面影响。
这包括：1. 土壤质量下降：表面活性剂的存在可能导致土壤微小孔隙的堵塞，影响土壤的通透性和空气透气性，进而限制根系生长和土壤肥力。
生物表面活性剂对微生物生长和代谢的影响
专论与综述生物表面活性剂对微生物生长和代谢的影响钱欣平1 阳永荣 孟 琴(浙江大学联合化学反应工程研究所 杭州 310027)摘要:综述了生物表面活性剂在微生物生长和代谢过程中的影响。
根据其分子结构特征,系统分析了生物表面活性剂通过与难溶底物和微生物细胞之间的相互作用促进烷烃摄取的机理,利用该机理可以合理解释生理现象。
生物表面活性剂还在参与细胞代谢活动的过程中发挥特殊功能。
关键词:生物表面活性剂,糖脂,鼠李糖脂,烃类发酵中图分类号:Q93 文献标识码:A 文章编号:025322654(2002)0320075204生物表面活性剂是生物(主要是微生物)生成的低分子量表面活性剂,包括糖脂、多糖脂、脂肽、脂蛋白以及中性类脂衍生物等。
它们的分子结构由两部分组成,一部分是疏油亲水的极性基团,如单糖、聚糖、氨基酸、肽和磷酸基等,另一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团,如饱和或非饱和的脂肪醇及脂肪酸等。
正是由于具有这种既亲油又亲水的两亲性分子结构,生物表面活性剂才能具有分散、加溶、润湿、渗透等性能,但它们的生理功能还不是很清楚[1]。
虽然大多数的生物表面活性剂被看作是次级代谢产物,但它们对微生物的生长却具有重要作用。
例如,烃类的难溶性使得摄取烃类的微生物在生长过程中往往伴随着生物表面活性剂的生成,它们的作用主要是使烃类在水溶液中有效扩散,并渗入细胞内部被同化分解。
另一方面,生物表面活性剂可以通过调节细胞表面的疏水性能来影响微生物细胞与烃类之间的亲和力。
除此之外,很多生物表面活性剂具有杀菌活性,并在细菌滑动穿越界面的活动中以及适应恶劣环境的代谢过程中发挥特殊作用。
几乎所有这些生物功能均与它们的两亲性分子特征相关。
1 促进难溶底物的分散与吸收烃降解酶往往嵌入于细胞质膜中或存在于细胞内,烃类底物必须通过外层亲水细胞壁进入细胞内,才能被烃降解酶作用。
因此,烃的疏水性是限制烃被摄取的主要因素,而生物表面活性剂的作用正是促使烃被动扩散进入细胞内部。
生物表面活性剂研究
生物表面活性剂研究生物表面活性剂是指天然有机大分子化合物，能在生物体表面形成具有表面活性的亲水性和疏水性的结构。
它能够在生物体表面形成一层稳定的薄膜，调节细胞的菌落形成、降低细胞受到外界环境的损害和细胞膜的液态性质，它的功能十分重要。
近年来，随着科技的不断进步，生物表面活性剂研究的意义更加突出。
广泛应用于食品工业、日化用品、环境治理、医药领域以及油脂和气体开采等方面，它的研究将会对人类社会的发展带来极大的推动。
下面我们简单谈一谈生物表面活性剂研究的现状和前景。
生物表面活性剂的来源生物表面活性剂具有多个来源，包括微生物、普通草本植物、动物、环境等。
在微生物群体中，特别是革兰氏阳性菌中，生物表面活性剂的种类和含量都较高，被大量关注和应用。
除了微生物产生的表面活性剂外，一些天然植物，如咖啡豆壳等，也含有表面活性剂成分，草本植物中含有大量的黄酮类化合物和角鲨烷类化合物，这些化合物可以提取到表面活性剂成分。
动物中代表性物种是皮脂，其组成部分相似于一些表面活性剂，可以提取到皮脂酸等表面活性剂成分。
研究现状生物表面活性剂的研究始于20世纪，然而表面活性剂的结构与性质在很长一段时间内并不清楚。
直到近年来，随着基础科学的不断深入，人们开始关注生物表面活性剂的兴趣。
研究人员首先寻找生物体中的表面活性剂成分，并对成分进行分离、提取、纯化和表征，获得了对表面活性剂分子结构与性质的深入认识。
人们开始逐步探索表面活性剂的制备工艺、应用范围以及安全性等问题。
现在，生物表面活性剂已被广泛应用于海洋油污、污泥处理、食品添加剂等多个领域。
研究前景开发生物表面活性剂是一项有前途的研究，在生物界中，表面活性剂与超分子化学的关系十分密切，因为它们都涉及分子间的相互作用。
生物表面活性剂的研究将增加表面活性剂的来源，产生新的表面活性剂成分，同时也可以提高表面活性剂的使用效率。
开发生产和应用生物表面活性剂的技术和产品将会推动科学和技术的发展，为复杂的环境中提供保护和改善措施。
简述生物表面活性剂在环境生物工程中的应用
简述生物表面活性剂在环境生物工程中的应用摘要：地球正在以各种方式向人们释放信号，对环境污染造成的严重后果进行警告，环境生物工程建设在保护自然、治理污染、美化环境等方面发挥着重要作用。
表面活性剂是环境生物工程处理各种问题经常用到的一种物质，有的是通过化学反应将化学成分合成的，有的是生物代谢过程中产生，也就是生物表面活性剂。
两者相比，生物表明活性剂具有多方面的优势，比如效率高、成本低、不会破坏环境等等，提高了环境工程建设的质量和效益。
关键词：生物表面活性剂；环境生物工程；应用引言化学表面活性剂在过去的环境工程中发挥着重要的作用，但是其对周围环境的破坏和对人们生活的不利影响不容忽视，同时无法充分保障环境工程的效益。
目前，无论是国家层面，还是普通百姓，对环境问题的重视程度和认知都在不断加强，化学表面活性剂正在逐渐失去市场，取而代之的是更为生态、环保的生物表面活性剂，不仅在功能、效果上不输于甚至更强于化学表面活性剂，在成本方面也更低，而且生物作为大自然生物链中的一环，其参与到环境处理中是符合自然发展规律的，能够最大程度的减少对环境的不良影响。
一、生物表面活性剂概述生物表面活性剂作为一种微生物的代谢产物，是微生物在不断进化和运动的过程中产生的具有表面活性的物质，其不仅具有传统活性剂的功能，还具有很多传统活性剂不具备的优势，使用范围广泛，比如工业生产、农业生产、食品工程、环境工程等领域。
其最突出的价值就是在环境保护、污染处理方面的应用，可对有机污染进行降解，且不会产生其他有害环境的物质。
那么，哪些微生物可以代谢生成这种物质呢，据研究，这样的微生物主要包括三类：细菌、真菌、酵母菌，其生产菌一般可从被油类污染的自然环境中获取，比如遭受油污染的海洋或其他水域以及油污染的土壤，通过科学的筛选方式就可以得到[1]。
由此可见，微生物的获得渠道并不难找，也无需耗费大量资金。
本文对生物表面活性剂的种类以及微生物来源进行了总结，如图1。
生物表面活性剂及其应用
生物表面活性剂及其应用*马歌丽1**彭新榜1 马翠卿2 许 平2(1郑州轻工业学院食品与生物工程系 郑州 450002 2山东大学微生物技术国家重点实验室 济南 250100)摘要 生物表面活性剂是由微生物产生的一类具有表面活性的生物化合物,除具有化学合成表面活性剂的理化特性外,还具有无毒、能生物降解等优点,其应用前景非常广阔,并有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代品。
简述了生物表面活性剂的历史、特性、种类及应用研究进展。
关键词 生物表面活性剂收稿日期:2002-07-10*河南省教育厅自然科学研究项目资助(20011800006)**电子信箱:mageli123@表面活性剂(Surfac tants)是一类重要的化工原料,素有/工业味精0之称,它在石油工业、环境工程、食品工业、精细化工等许多领域中占有特殊和重要的地位[1]。
目前,几乎所有的表面活性剂都是以石油为原料化学合成而来,化学合成的表面活性剂在生产和使用过程中常常会带来严重的环境污染问题。
生物表面活性剂(Biosurfactants)是表面活性剂家族中的后起之秀,它是由微生物所产生的一类具有表面活性的生物大分子物质[2]。
与化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂除具有降低表面张力、稳定乳化液和增加泡沫等相同作用外,还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的无毒、能生物降解等优点。
生物表面活性剂的这些特性尤其适合于石油工业和环境工程,如石油的生物降粘、提高原油采收率、重油污染土壤的生物修复等[3]。
另外,生物表面活性剂作为天然添加剂,在食品工业、精细化工、医药和农业等工业方面也愈来愈受到人们的青睐。
随着人们崇尚自然和环保意识的增强,生物表面活性剂将有更加广阔的应用前景,并有可能成为化学合成表面活性剂的替代品或升级换代品。
1 生物表面活性剂的研究历史[4]早在20世纪40年代,Zobell 在研究硫酸盐还原细菌从沙粒中释放原油的机制时就指出,微生物产生表面活性剂是细菌驱油的主要机制之一。
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用摘要：本文探讨了生物表面活性剂在环境生物工程中的应用，包括其基本概念、应用领域、难点和问题，以及加强其应用的有效策略。
生物表面活性剂是一类具有广泛用途的生物分子，可用于改善环境生物工程过程的效率和环境友好性。
然而，应用过程中存在一些挑战，如生物表面活性剂的生产和稳定性问题。
本文强调了合理设计和选择生物表面活性剂、优化生产过程以及监测环境影响的重要性，以促进其在环境生物工程中的应用。
关键字：生物表面活性剂；环境生物工程；应用引言生物表面活性剂是一类具有生物活性的化合物，可以在界面上降低表面张力，广泛应用于环境生物工程中。
这些分子可以改善污水处理、油污清洁、生物降解等过程的效率，从而有助于环境保护和可持续发展。
本文将探讨生物表面活性剂的基本概念、在环境生物工程中的应用、面临的挑战以及加强其应用的策略。
一．生物表面活性剂的基本概念生物表面活性剂是一类分子，它们在生物体内发挥关键的结构和功能调节作用。
这些分子通常具有双亲性质，即同时具有亲水性和疏水性。
生物表面活性剂的分子结构通常由一个亲水性头部和一个疏水性尾部组成。
头部通常是极性或带电的，而尾部通常是非极性的。
这种结构使得它们能够在生物体内调节液体界面的性质，包括细胞膜、胶体系统和组织液中的界面。
这些分子在生物体内有多种功能。
它们可以降低液体界面的表面张力，使得生物体内的液体能够更容易流动，有助于维持正常的生理过程。
生物表面活性剂在细胞膜中起着关键作用，帮助维持细胞结构和功能。
它们形成脂质双层，是细胞膜的主要组成部分之一。
生物表面活性剂还可以稳定胶体系统，如乳液和胶体悬浮液，通过包裹和分散疏水性颗粒或分子，防止它们聚集和沉淀。
这对于维持某些生物体内的液体结构至关重要。
生物表面活性剂通常对生物体相容性较高，因为它们在生理条件下能够与生物体的其他分子相互作用，不会引起严重的毒性或免疫反应。
二．生物表面活性剂在环境生物工程中的应用2.1油污染治理生物表面活性剂可以与石油烃类物质相互作用，改善石油烃类物质与水相互作用的特性，从而增强微生物对油污的降解能力。
环境工程中生物表面活性剂的应用彭诗阳
环境工程中生物表面活性剂的应用彭诗阳发布时间：2021-08-18T07:10:09.865Z 来源：《防护工程》2021年13期作者：彭诗阳[导读] 二十一世纪之后，中国出现了越来越多的关于生物表面活性剂的调查，该领域得到了突飞猛进的成长。
虽然进步明显，但是国内外发展状况差距较大，在国外已经有很多国家申请了关于生物表面活性剂的专利,像是作为胞外生物乳化剂的物质乙酸钙不动杆菌，现已在市面上销售；湖南鑫恒环境科技有限公司摘要：所谓的生物表面活性剂，指的是微生物存在于合适的生长环境内，在其代谢环节产生的代谢物质具有表面活性的特征。
和那些化学合成表面活性剂的物质对比发现，生物表面活性剂的优势十分明显。
因为化学合成表面活性剂会被原材料、价格、产品性能影响，此外其生产和应用都会对环境带来危害，还会损伤人们身体健康。
此次研究的重点就是对生物表面活性剂应用到环境工程的情况进行探究。
关键词：生物表面活性剂；环境工程；环保二十一世纪之后，中国出现了越来越多的关于生物表面活性剂的调查，该领域得到了突飞猛进的成长。
虽然进步明显，但是国内外发展状况差距较大，在国外已经有很多国家申请了关于生物表面活性剂的专利,像是作为胞外生物乳化剂的物质乙酸钙不动杆菌，现已在市面上销售；而中国关于生物表面活性剂的调研时间晚，不过好在中国对该领域的研究十分重视,现在我国取得成果最丰硕的当属“生物表面活性剂在提高石油采收率以及生物修复中的应用”。
1生物表面活性剂的种类及其生产菌1.1生物表面活性剂的种类通常情况下化学合成表面活性剂的分类方式是判断它们极性基团性质，如果是生物表面活性剂就依靠它们生化性质、生产菌差异加以区分。
目前的生物表面活性剂基本由以下几种，分别是糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊表面活性剂。
1.2生物表面活性剂的生产菌细菌、酵母菌、真菌代谢物共同组成了大部分的生物表面活性剂。
以上生产菌的来源基本上是从被油污染的湖泊、土壤、海洋等环境得到的。
生物表面活性剂的研究与开发
生物表面活性剂的研究与开发随着科技的不断发展，对生物表面活性剂的研究越来越深入。
生物表面活性剂是指广泛存在于各种微生物表面的一类化合物, 它们具有表面活性性质，可以在水溶液中形成胶束结构。
相较于化学合成表面活性剂，生物表面活性剂具有生物可降解性、毒性低以及在处理某些废弃物流程中的优点。
因此，逐渐成为一种非常热门的研究领域，也被广泛应用于医药、农业、环保等领域。
1. 生物表面活性剂的征象生物表面活性剂是一群以羟基脂肪酸和脂肪酸类球形分子为主要成分的高分子物质。
常见的产生表面活性剂的微生物有绿脓杆菌、乳杆菌、假单胞菌等。
生物表面活性剂通常可以分为两类，一类是内生菌株产生的表面活性剂，另一类就是外源菌株产生的表面活性剂。
2. 生物表面活性剂的优点由于其与化学合成表面活性剂在生产、使用等方面存在巨大的差异，使得在生物组中应用生物表面活性剂具有如下优点：(1) 生物可降解性：生物表面活性剂是由微生物生产合成的统合物质, 与化学合成表面活性剂不同, 其降解成产物有机溶剂和二氧化碳等,降解过程无需其他辅助物质, 不会对环境造成二次污染;(2) 对环境、机体的污染低：其降解产物为二氧化碳和水等生物体正常代谢产物，因此不会对环境造成二次污染;(3) 生产成本低：与传统的化学合成表面活性剂不同，生物表面活性剂以廉价的油脂、废油为基础原料, 避免了环境污染;(4) 应用范围广: 由于生物表面活性剂之间可以相互调节，且应用领域五花八门（医药、环保、农业等），因此应用范围较为广泛。
3. 生物表面活性剂在医药领域的应用生物表面活性剂在医药领域中的应用一直受到广泛关注。
研究表明，生物表面活性剂具有良好的抗菌、抗病毒等生物学活性；可以促进药物吸收，增强药效；缓释剂量；对组织细胞有保护作用。
4. 生物表面活性剂在环境领域的应用目前应用生物表面活性剂处理油污、色谷醇类农药、重金属离子以及印染废水等领域得到广泛运用，并且取得了应用效果良好的应用效果。
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用微探
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用微探摘要：生物表面活性剂是一种生物制剂物品，具有天然保护作用，其源于特殊条件下对生物进行培养，由生物产生的代谢产物。
在环境生物工程中具有重要应用价值，不仅能够减少环境污染，改善水源，优化生态，还可以提升我国环境生物工程研究水平。
基于此，本文对生物表面活性剂在环境生物工程中的应用进行分析，希望促进生态环境质量和生物研究工作的提升关键词：生物表面活性剂；环境生物工程；污染；应用生物表面活性剂具有发泡、分散、乳化、增溶等特性，对土壤污染、水源污染、生物修复以及含油污泥等方面的处理效果显著。
且具有低成本、高效率等优势，受到各行各业的广泛关注，尤其受到生物系统、水资源、植物资源等领域的重视。
其可以维护生态环境，净化污染，实现人与自然的和谐相处。
在化学物品和工业污染物的大肆污染下，加强生物表面活性剂的应用有着重要的现实意义。
1.污水处理在环境工程当中，生物表面活性剂对于废水处理具有独特优势。
具体污水处理原理为：利用活性污泥微生物菌裙，将废水中的重金属离子消除，并中和水中毒性元素，进而实现污水预处理[1]。
通过生物表面活性剂与吸附-浮选法的充分结合，将污水中含有的镉离子等元素有效去除。
且利用生物活性剂化除污水的离子浮选，进而全面消除污水中的污染物质。
从当前污水整体处理情况来看，对于污水中的重金属离子，一般使用氢氧化物沉淀法进行处理。
具体原理为：氢氧化物对重金属离子进行溶解。
但实际应用上看，污水处理效果较差，不符合处理标准。
有人尝试着使用浮选法对重金属离子进行溶解，溶解效果达到预期，但是水源出现二次污染。
这两种方法都有局限，不能充分满足污水处理要求。
而生物表面活性剂可以实现两者的优势统一。
其不仅能够有效去除重金属离子，而且不会导致水源二次污染。
随着研究不断深入，生物表面活性剂的应用优势受到越来越广泛的关注和重视。
1.生物修复生物表面活性剂对微生物修复方面也有巨大作用，其可以改善污染物-水-微生物细胞界面的接触行为，进一步提升疏水性有机物质的亲水性、细胞膜的疏水性，从而有效提升土壤中微生物对污染物质的降解速度和利用效果，且不会破坏土壤结构和微生物的生长[2]。
生物表面活性剂的研究
生物表面活性剂的研究作者：陈曦来源：《商情》2013年第39期【摘要】生物表面活性剂（Biosurfactant）是由微生物产生的具有高表面活性的生物分子。
相对于化学合成的表面活性剂，生物表面活性剂对生态系统的毒性较低，且可生物降解。
微生物降解是修复多环芳烃（PAHs）污染环境的主要途径之一。
添加表面活性剂可提高多环芳烃释放速率，通过减小张力而促进多环芳烃的流动性，从而提高生物可利用性。
选择合适的表面活性剂是目前表面活性剂增效修复技术中最为关注的问题。
本文以菲为多环芳烃的代表，考察了阴离子型生物表面活性劑鼠李糖脂对水相和泥浆相中菲生物降解作用的影响。
【关键词】生物表面活性剂；微生物；降解；皂角苷；增溶作用前言多环芳烃广泛分布于环境中。
由于其潜在毒性、致癌性和致突变效应，对人类健康和生态环境具有很大的危害。
生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时，在代谢过程中分泌的具有表面活性的代谢产物。
本文以菲为多环芳烃的代表，考察了生物表面活性剂对水相和泥浆相中菲生物降解作用的影响。
同时以新配制的菲污染底泥和陈化一段时间的菲污染底泥为研究对象，以考察对污染物解吸附和生物降解作用的影响。
1.材料与方法1.1 材料1.1.1 主要实验材料蛋白膝（BR）、琼脂（BR）、牛肉膏（BR）、正十六烷（AR）、乙酸乙脂（AR）、盐酸（AR）、浓硫酸（AR）、葡萄糖（AR）、鼠李糖（AR）、蔗糖（AR）、菲等。
1.1.2培养基富集培养基、斜面培养基：固体牛肉膏蛋白膝培养基、复筛培养基：同富集培养基、2216E固体培养基等。
1.1.3主要试验仪器HZQ-F I 60恒温振荡培养箱、S W-CJ-1 F超净工作台、DNP-9082型电热恒温培养箱、JZ-200型表/界面张力仪等。
1.2实验方法1.2.1样品采集沈阳市大嗯拉窑地段细河，污染底泥中表层，置于已灭菌的带盖玻璃瓶中。
1.2.2菌种的富集和分离移取2g左右泥样和土样置于盛有生理盐水的三角瓶中，震荡摇匀后，静置10min，分别移取0.5mL上清液到富集培养基中，水样则直接吸取0.5mL至富集培养液中。
生物表面活性剂优点与应用
生物表面活性剂优点与应用生物表面活性剂是指由细菌、酵母、真菌等微生物和其它生命体系产生的表面活性物质。
微生物以各种化学物质为食，副产生物表面活性剂，因此生物表面活性剂是微生物的代谢产物。
如果使这一生物合成过程在体外进行，例如通过在含有营养物质的培养液中发酵，就能以工业级的规模生产生物表面活性剂。
近年来采用休止细胞、固相细胞和代谢调节等手段，可使代谢产物的产率大大提高，从而使工艺简化，成本降低，相关产品可与一些化学法生产的表面活性剂相竞争，还可以合成难以用化学方法合成的产物，以及引进新的化学基团等。
生物表面活性剂是一种可降解的表面活性剂。
生物表面活性剂不仅具有增溶、乳化、润湿、发泡、分散、降低表面张力等表面活性剂所共有的性能，与其他通过化学合成或石油炼制法生产的表面活性剂相比，还具有无毒、可生物降解、生态安全以及高表面活性等优点，在石油领域具有广阔的应用前景。
生物表面活性剂作为生物表面活性剂毒性低，与人体和环境相容性好，具有良好的乳化、分散、增溶等特性，在石油钻采等领域具有研究和开发价值，已应用于石油工业。
生物表面活性剂易于被生物完全降解，无毒性，在生态学上是安全的。
因此生物表面活性剂较合成表面活性剂更易被接受，在许多行业领域具有很大吸引力，例如在农业、建筑业、食品与饮料、工业清洗、皮革工业、乳液聚合、造纸与金属业、纺织品加工、化妆品配方、制药石油和石油化工以及三次采油(EOR)等行业。
不仅如此，近年来生物表面活性剂又开辟了许多新的应用领域，如用于生物修复，作为抗菌剂和免疫调节剂，在基因治疗中作为便利的DNA释放剂等。
生物表面活性剂不仅具有化学表面活性剂具有的各种表面性能，而且还拥有下列优点：（1）适应范围广，几乎可以用于各种领域；（2）分子结构类型多样，部分类型具有许多特殊的官能团，表面性能优异；（3）生物毒性极低、对环境友好，100%可生物降解；（4）适用于极端温度、pH和盐度。
除此之外，能称得上生物表面活性剂它必须具备以下条件：A、生物来源生物表面活性剂是指微生物来源的表面活性剂，而非用化学合成方法制得的产品，其一般为某种功能微生物的代谢产物，经提纯而得。
生物表面活性剂的研究与应用
生物表面活性剂的研究与应用第一部分：引言生物表面活性剂是一种具有高度表面张力降低作用的生物分子，包括脂质（lipids）和蛋白质（proteins），并且广泛存在于许多不同类型的生物体中，包括微生物，植物和动物。
由于其独特的垂直和水平自组装能力，生物表面活性剂被广泛地研究和应用于许多不同的领域，包括化妆品，医学，食品加工，制药和环境科学等。
本文将阐述生物表面活性剂的研究和应用，并探讨其未来的发展和挑战。
第二部分：生物表面活性剂的分类根据其化学性质，生物表面活性剂可以分为两类：疏水性表面活性剂和疏水性表面活性剂。
疏水性表面活性剂可以分为三类：脂肪酸和单体酰基转移酶（MAPEG）家族中的酰基转移酶；非离子表面活性剂，如脂质基聚乙二醇醇的表面活性剂（PEG-ylated lipids）和糖型脂肪酸酯类表面活性剂；以及阿拉伯酸类表面活性剂，如皂草素等。
疏水性表面活性剂则包括：肽类表面活性剂，如肺表面活性剂蛋白等；以及蛋白质类表面活性剂，如血清白蛋白等。
第三部分：生物表面活性剂的制备方法目前，制备生物表面活性剂的方法主要有两种：天然提取和化学合成。
天然提取的方法是将生物体中的表面活性剂高效提取出来，并经过分离纯化得到单一成分。
这种方法具有经济、高效、无污染、无残留等优点。
化学合成的方法是通过化学反应将原料转化为生物表面活性剂。
这种方法具有原料来源广泛、生产过程控制简单等优点。
第四部分：生物表面活性剂的应用4.1 化妆品生物表面活性剂被广泛应用于化妆品中，如洗发液、沐浴露、护肤品等。
其中，侵入性表面活性剂对皮肤刺激小，易于清洗，而非侵入性表面活性剂通常用于肥皂和清洗剂。
4.2 医学生物表面活性剂在医学领域的应用已经得到广泛的研究和实践。
例如，肺表面活性剂蛋白在临床上用于肺呼吸窘迫综合症的治疗，因其具有增强肺泡表面张力、改善肺功能等作用。
另外，含阴离子表面活性剂的药物在口服、静脉注射和局部使用等方面已得到广泛应用。
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用程佳
生物表面活性剂在环境生物工程中的应用程佳发布时间：2023-06-21T09:33:11.301Z 来源：《中国建设信息化》2023年7期作者：程佳[导读] 综述了生物固体表面活性剂的广泛应用和主要生产菌株，介绍了两种常用的药物生产和处理方法：微生物氧化发酵法和氧化酶法，以及生物表面活性剂专利合成方法。
本文概述了其在工业环境工程处理中的主要应用，如在工业废水处理中使用浮选去除其他重金属杂质，促进空气污染处理场中烷烃、多环芳烃和多环芳烃的生物降解，以及修复可能被其他重金属离子污染的沙质土壤，并对未来该方向的科学研究发展进行了深入探讨。
身份证号：61010319860521xxxx 摘要：综述了生物固体表面活性剂的广泛应用和主要生产菌株，介绍了两种常用的药物生产和处理方法：微生物氧化发酵法和氧化酶法，以及生物表面活性剂专利合成方法。
本文概述了其在工业环境工程处理中的主要应用，如在工业废水处理中使用浮选去除其他重金属杂质，促进空气污染处理场中烷烃、多环芳烃和多环芳烃的生物降解，以及修复可能被其他重金属离子污染的沙质土壤，并对未来该方向的科学研究发展进行了深入探讨。
关键词：生物表面活性剂；环境生物工程；应用1生物表面活性剂的种类及其生产菌1.1生物表面活性剂的种类生物合成表面处理表面活性剂的类型通常根据其化学极性和基团结构进行分类，而化学生物合成表面活性剂则根据其生化合成特性和产生细菌的不同特征进行区分。
一般来说，它可以分为五种化学类型：葡萄糖和脂质、磷脂和间质脂肪酸、脂肽和磷脂蛋白、聚合物和特殊材料表面处理表面活性剂。
1.2生物表面活性剂的生产菌在生物应用中产生表面活性剂的大多数真菌生产菌株是各种细菌、酵母和其他真菌的天然代谢结合产物。
这些产生真菌的细菌大多是从淡水湖、土壤或其他被泥浆和石油生物污染的海洋中筛选和分离出来的。
2生物表面活性剂的生产在生物和细菌培养物中培养表面细菌和表面生物活性剂。
目前，培养细菌的方法主要有两种：一种是通过微生物培养细菌基质，另一种是酶发酵。
脂肽生物表面活性剂在微生物采油中的应用研究
脂肽生物表面活性剂在微生物采油中的应用研究摘要：微生物采油是一种利用微生物及其代谢产物改善油藏性质，提高原油采收率的技术。
微生物采油的原理主要是通过微生物的生长、繁殖和代谢活动，产生一些有利于提高油藏渗透率、降低原油黏度、增加原油流动性的物质，如二氧化碳、甲烷、乙醇、有机酸、表面活性剂等。
微生物采油的优点是成本低、效果持久、环境友好，但也存在一些挑战，如微生物的筛选、培养和注入，以及油藏的温度、压力、盐度和酸碱度等对微生物活性的影响等。
因此，寻找一种能够适应不同油藏条件，同时具有高表面活性、高乳化性和高生物相容性的微生物代谢产物，是微生物采油技术的关键。
本文旨在介绍脂肽生物表面活性剂的结构与性质，以及在微生物采油中的应用研究进展。
关键词：脂肽生物；表面活性剂；微生物采油引言：本文介绍了脂肽生物表面活性剂的结构与性质，以及在微生物采油中的应用。
脂肽生物表面活性剂是由亲水基团和亲油基团组成的两亲分子，具有高表面活性、高乳化性和高生物相容性。
在微生物采油中，脂肽生物表面活性剂能够降低原油的黏度和凝点，提高原油的流动性和采收率，改善油藏的渗透性和渗流能力，抑制油藏中的有害微生物的生长，促进油藏中的有益微生物的生长。
1微生物采油的基本概念微生物采油是一种利用微生物及其代谢产物改善油藏性质，提高原油采收率的技术。
其原理主要是通过微生物的生长、繁殖和代谢活动，产生一些有利于提高油藏渗透率、降低原油黏度、增加原油流动性的物质，如二氧化碳、甲烷、乙醇、有机酸、表面活性剂等[1]。
与其它采油方案相对比，微生物采油的优点是成本低、效果持久、环境友好，但也存在一些挑战，如微生物的筛选、培养和注入，以及油藏的温度、压力、盐度和酸碱度等对微生物活性的影响等。
2脂肽生物表面活性剂的结构与性质2.1基本结构脂肽生物表面活性剂是由亲水基团和亲油基团组成的两亲分子，亲水基团主要包括若干个氨基酸，以此连接而成肽链或肽环，而亲油基团则是由一个或多个脂肪酸链构成。
生物表面活性剂及其在生物降解中的应用
生物表面活性剂及其在生物降解中的应用摘要:生物表面活性剂在有机污染物的生物降解上具有广泛的运用潜力｡介绍了表面活性剂的作用机制,总结了生物表面活性剂的一般特征及其来源微生物,重点归纳了鼠李糖脂(Rhamnolipid)､槐糖脂(Sophorose lipids)和表面活性肽(Surfactin)3种常见的生物表面活性剂的研究进展,并对其在生产实践中的运用进行了介绍｡关键词:生物表面活性剂;鼠李糖脂;槐糖脂;表面活性肽;生物降解Biosurfactants and Its Application in BiodegradationAbstract: Biosurfactants could be widely used in the biodegradation of organic contaminants. The mechanism, common characteristics and microbial origin of biosurfactants were summarized. The research advance and environmental applications of three biosurfactants (rhamnolipid, sophorose lipids and surfactin) were introduced especially.Key words: biosurfactant; rhamnolipid; sophorose lipids; surfactin; biodegradation 由于工业化的发展越来越依赖于石油等有机能源,最近的20年内,土壤及水体的有机污染越来越受到人们的重视｡目前石油烃已经成为土壤及其含水层最主要的污染物[1],其他的有机污染物还包括水性有机废物(杀虫剂)和有机溶剂等｡这些污染物进入土壤后,不仅会影响植物的生长发育及生物群落的变化,导致粮食产量和质量的下降,对农产品安全构成严重威胁;还会对地表水､地下水等造成次生污染｡有机污染物往往是疏水性物质,如三氯乙烯(TCE)､多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCB)等都难溶于水,生物利用性低;而表面活性剂的加入可增加有机污染物在水相中的传递速率,是一种行之有效的生物降解强化手段,在土壤污染的生物修复及水体有机污染物的降解方面都有极大的利用潜力｡1表面活性剂作用机制表面活性剂是一种两性化合物,分子的一端为非极性的疏水基,另一端为极性亲水基,因而表面活性剂分子能够通过取代界面的高能体相分子,从而减少系统的自由能｡表面活性剂能够得到广泛的运用,在于其能够降低表面张力,增加溶解度,并具有除垢能力､润湿能力和起泡能力｡在有机污染物的生物降解中,表面活性剂主要通过3个方面的作用提高有机污染物的生物可利用性:乳化作用(Emulsification)､提高假相溶解度(Pseudosolubility)和增强降解微生物膜的通透性[2]｡对有机污染物的乳化和假增溶作用主要源于表面活性剂能够降低界面的表面张力｡增加表面活性剂的浓度会使溶液表面张力降低,当溶液达到临界胶束浓度(CMC)时,溶液的表面张力降至最低值,再提高表面活性剂浓度,溶液表面张力不再降低而是大量形成胶团,此时溶液的表面张力就是该表面活性剂能达到的最小表面张力,用临界胶束浓度表示(图1)｡图1显示了表面张力(指流体与空气或固体表面间的张力)､界面张力(两种不相溶流体之间的张力)和溶解度与CMC之间的关系[3]｡表面活性剂能够降低界面的表面张力,并可通过形成胶束的形式将有机污染物包裹在胶束内部,通过乳化或假增溶方式而脱附进入水相,增加了有机污染物的流动性｡而第三个方面的影响主要体现在表面活性剂对微生物细胞膜状态的改变;由于生物膜由大量磷脂分子组成,磷脂与表面活性剂有类似的结构和性能,所以细胞膜对表面活性剂具有较强的吸附作用｡这种吸附作用会在细胞膜和污染物之间起到架桥作用,进而可能影响到污染物的脱附速率,同时改变了细胞膜的通透性,使有机污染物和中间代谢物的跨膜速率加快,有助于提高降解速率｡Ortiz等[4]探索了生物表面活性剂与生物质膜的交互作用,研究发现红球菌属(Rhodococcus sp.)所产的表面活性剂海藻糖脂深入磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)双分子层,搅乱了膜结构,使得膜的功能发生变化,增加了脑磷脂膜的流动性｡2生物表面活性剂及其来源微生物生物表面活性剂作为表面活性剂的一种特殊类型,是由微生物(主要是细菌和酵母)对糖类､油类以及烷烃等有机物分解代谢的生化产物[5]｡生物表面活性剂按成分可分为糖脂､脂肽､磷脂､脂肪酸､中性脂肪等几类[3]｡阴离子或中性表面活性剂比较常见,而阳离子表面活性剂比较少｡生物表面活性剂分子的疏水部分主要由长链脂肪酸､羟基脂肪酸或α-烷基-β-羟基脂肪酸构成,亲水部分主要是碳水化合物､氨基酸､环肽､磷酸盐､羧酸､乙醇等｡产生物表面活性剂的微生物非常广泛,由表1可知,产生物表面活性剂的微生物包括细菌､真菌､放线菌和古菌｡生物表面活性的CMC范围通常是1~200 mg/L,而分子质量范围是500~1 500 Da之间[3]｡相对于普通的合成化学表面活性剂,生物表面活性剂具有更低的生物毒性;以萘的增溶试验为例,红球菌属产的糖脂比化学表面活性剂吐温80的生物毒性小50%[6]｡3几种常见的生物表面活性剂3.1鼠李糖脂生物表面活性剂中被研究较多的是铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,原称绿脓杆菌)产的鼠李糖脂｡鼠李糖脂往往具有多种同系物,Abalos等[7]报道了7种;梁生康等[8]利用GC-MS分析了铜绿假单胞菌以正十八烷为碳源所产鼠李糖脂,共检出21种同系物;Déziel等[9]在铜绿假单胞菌57RP的发酵液中检测到28种同系物,它们分别连着不同的脂肪酸链｡铜绿假单胞菌能够以烷烃C11和C12､琥珀酸､丙酮酸､柠檬酸､果糖､甘油､橄榄油､葡萄糖和甘露醇等作为碳源产鼠李糖脂,而鼠李糖脂的结构和产量取决于发酵工艺､pH值､营养成分､培养基以及温度等培养条件[10]｡Das等[11]报道了在45 ℃条件下利用两类铜绿假单胞菌株(产黏液及不产黏液)发酵产鼠李糖脂的相关研究,结果表明这两类菌株都具有很高的产量(5.0~6.5 g/L),在培养96 h后能够将表面张力从68mN/m降低到29 mN/m｡Lima等[12]利用大豆油为碳源,以铜绿假单胞菌发酵获得了鼠李糖脂,最高产量能达到3.3 g/L,最低表面张力为26 mN/m｡Lotfabada等[13]报道了铜绿假单胞菌产鼠李糖脂的研究,以葡萄糖为主要碳源,最高产量能达到2.1 g/L,最低表面张力为26 mN/m,对十六烷的乳化可达到E24-7｡Yin等[14]也报道了铜绿假单胞菌产鼠李糖脂的相关研究,并利用薄层色谱(TLC)和高效液相色谱-电喷雾质谱联用(HPLC-ESI-MS)分析了鼠李糖脂的结构｡Abdel-Mawgoud等[15]研究了铜绿假单胞菌产鼠李糖脂的化学特征,结果表明鼠李糖脂具有良好的稳定性,在高温(100 ℃保持 1 h,121 ℃保持10 min)､高盐度(NaCl浓度6 g/L以上)以及高碱性(pH值在13以上)条件下仍然具有良好的乳化能力｡Costa等[16]比较了鼠李糖脂和十二烷基硫酸钠在玻璃､聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)､PVC､PCL等聚合材料表面的润湿性,鼠李糖脂的润湿能力更强｡除了铜绿假单胞菌,Rooney等[17]利用甘油作为碳源从被污染的土壤中分离出了4种其他的产鼠李糖脂的微生物,分别是醋酸钙不动杆菌､阿氏肠杆菌､霍氏肠杆菌和玉米细菌性枯萎病菌,研究表明鼠李糖脂产量和性质都与铜绿假单胞菌非常接近｡Oliveira等[18]利用棕油作为碳源,以产碱假单胞菌也合成了鼠李糖脂,并研究了鼠李糖脂的乳化性能以及影响产量的外界条件｡3.2槐糖脂球拟酵母是一种重要的产生物表面活性剂的酵母菌,所产生物表面活性剂是槐糖脂[19]｡槐糖脂由槐糖和长链的脂肪酸结合而成,槐糖的碳糖苷与C18脂肪酸链倒数第2个碳的羟基相连｡Cooper等[19]报道了使用豆油和葡萄糖作为碳源具有很高的槐糖脂产量,在10 mg/L的浓度下,槐糖脂能够将溶液的表面张力降低至33 mN/m,十六烷与水的界面张力能从40 mN/m降低至5 mN/m｡槐糖脂的产量往往受到碳源､培养基成分､温度､pH值等参数影响,Shin等[20]以C18~C22之间的不同脂肪酸为碳源,利用球拟酵母发酵获得了槐糖脂,表明球拟酵母可利用的碳源非常广泛｡而在相同的培养条件下,以菜子油和乳糖作为碳源能够将槐糖脂的产量提高至150 g/L[21]｡3.3表面活性肽另一种典型产生物表面活性剂的微生物是枯草芽孢杆菌,所产生物表面活性剂属于脂肽,通常称为表面活性肽｡表面活性肽是一种功能非常强大的表面活性剂,在浓度只有0.5 mg/L的情况下仍然能将表面张力降低至27 mN/m[3]｡早在研究的初期,人们已经发现了表面活性肽是一个具有内酯环结构的β-羟基脂肪酸七肽,Bonmatin等[22]利用1H-NMR指纹图谱技术进一步报道了它的三维结构｡表面活性肽在空间上多呈β片状折叠结构,在水溶液及空气/水的界面看上去有点类似于马鞍状[23],而它的增溶和表面活性特征往往取决于分子的排列情况｡Hue等[24]通过液相二次离子质谱(LSIMS-MS)与高能串联质谱法(MS/MS)质谱研究了枯草芽孢杆菌产的表面活性肽混合物的特征,结果表明氨基酸或酰基长度为12~15个碳链,同时也鉴定出了亮氨酸和异亮氨酸成分｡4生物表面活性剂在生物降解中的应用生物表面活性剂发展至今,近来受到了更广泛的重视,相关的研究也越来越多,特别是在石油工业和环境工程等一些特殊领域｡与化学合成的表面活性剂相比,生物表面活性剂具有更强的生物降解能力､更低的生物毒性､更好的环境兼容性等优势｡化学表面活性剂往往对降解微生物具有抑制作用,从而影响了生物修复的效率｡在生物修复过程中加入化学合成表面活性剂往往会造成环境的二次污染问题,而生物表面活性剂不存在二次污染风险｡正是由于生物表面活性剂具有以上优势,因而十分适合在环境保护领域中应用,如利用生物表面活性剂及其产生菌进行石油烃的生物降解｡全球已有许多利用生物技术进行烃污染处理的成功案例｡1989年埃克森瓦尔德斯原油泄漏是美国国内最严重的原油泄漏事故,而通过加入铜绿假单胞菌合成的海藻糖脂,大大提高了埃克森瓦尔德斯原油泄漏所造成的阿拉斯加原油污染的降解速率[34]｡在成品油的降解方面,Whang等[35]研究了鼠李糖脂和表面活性肽在柴油降解中的影响,结果表明两者均能明显地提高柴油的乳化以及生物降解效率,而最佳的pH值为7.2,低于5.2或高于8.4均会产生抑制作用｡同时,添加200~300 mg/L的铵有利于提高生物表面活性剂的性能,但浓度不能超过450 mg/L｡大量的实践运用已经证明了生物表面活性剂能够强化微生物对有机污染物的降解,同时也能够用作乳化剂,从含焦油砂岩中洗脱出沥青｡生物表面活性剂Emulsan已被商业化,Emulsan包含一个连接着脂肪酸和蛋白质的多糖,在稠油管道运输和油罐清洗中具有广泛的用途[36]｡随着生物技术和相关技术手段的快速发展,生物表面活性剂已经不仅仅局限于生物修复领域,而是越来越广泛地应用在食品工业､精细化工､医疗卫生等行业｡5展望目前,在生物表面活性剂菌种的筛选､生物表面活性剂结构的测定和性能的评价､获得这些表面活性剂最适宜的生产条件等方面的工作正在开展｡与化学表面活性剂相比,生物表面活性剂成本高,高成本直接限制了运用范围,降低生产成本仍是生物表面活性剂研究开发的主要方向;此外应加强研究合理施用生物表面活性剂的方法,最大限度提高生物修复效果;同时应加强生物降解烃类的机制研究,使生物修复技术更加完善成熟｡参考文献:[1] SOLANO-SERENA F, MARCHAL R, CASAREGOLA S,et al. 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生物表面活性剂及其应用
生物表面活性剂及其应用
梅建凤;闵航
【期刊名称】《工业微生物》
【年(卷),期】2001(031)001
【摘要】生物表面活性剂主要是由微生物产生的一种生物大分子物质,具有或优于化学合成表面活性剂的理化特性,作为一种绿色天然产物,极有可能取代化学合成表面活性剂,其应用前景十分广阔.本文简述了生物表面活性剂的特点、种类,着重介绍它的潜在应用.
【总页数】4页(P54-57)
【作者】梅建凤;闵航
【作者单位】浙江大学生命科学学院,;浙江大学生命科学学院,
【正文语种】中文
【中图分类】TQ42
【相关文献】
1.生物表面活性剂及其在地下水污染修复领域的应用与展望 [J], 张文静;梁振天
2.复合生物表面活性剂在稠油含油污泥处理中的应用 [J], 周鹤;袁鹏;韩志强
3.微生物表面活性剂的生产和潜在生物技术应用(待续) [J], 肖进新
4.微生物表面活性剂的生产和潜在生物技术应用(待续) [J], 肖进新
5.微生物表面活性剂的生产和潜在生物技术应用(续完) [J], 肖进新
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专论与综述生物表面活性剂对微生物生长和代谢的影响钱欣平1 阳永荣 孟 琴(浙江大学联合化学反应工程研究所 杭州 310027)摘要:综述了生物表面活性剂在微生物生长和代谢过程中的影响。
根据其分子结构特征,系统分析了生物表面活性剂通过与难溶底物和微生物细胞之间的相互作用促进烷烃摄取的机理,利用该机理可以合理解释生理现象。
生物表面活性剂还在参与细胞代谢活动的过程中发挥特殊功能。
关键词:生物表面活性剂,糖脂,鼠李糖脂,烃类发酵中图分类号:Q93 文献标识码:A 文章编号:025322654(2002)0320075204生物表面活性剂是生物(主要是微生物)生成的低分子量表面活性剂,包括糖脂、多糖脂、脂肽、脂蛋白以及中性类脂衍生物等。
它们的分子结构由两部分组成,一部分是疏油亲水的极性基团,如单糖、聚糖、氨基酸、肽和磷酸基等,另一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团,如饱和或非饱和的脂肪醇及脂肪酸等。
正是由于具有这种既亲油又亲水的两亲性分子结构,生物表面活性剂才能具有分散、加溶、润湿、渗透等性能,但它们的生理功能还不是很清楚[1]。
虽然大多数的生物表面活性剂被看作是次级代谢产物,但它们对微生物的生长却具有重要作用。
例如,烃类的难溶性使得摄取烃类的微生物在生长过程中往往伴随着生物表面活性剂的生成,它们的作用主要是使烃类在水溶液中有效扩散,并渗入细胞内部被同化分解。
另一方面,生物表面活性剂可以通过调节细胞表面的疏水性能来影响微生物细胞与烃类之间的亲和力。
除此之外,很多生物表面活性剂具有杀菌活性,并在细菌滑动穿越界面的活动中以及适应恶劣环境的代谢过程中发挥特殊作用。
几乎所有这些生物功能均与它们的两亲性分子特征相关。
1 促进难溶底物的分散与吸收烃降解酶往往嵌入于细胞质膜中或存在于细胞内,烃类底物必须通过外层亲水细胞壁进入细胞内,才能被烃降解酶作用。
因此,烃的疏水性是限制烃被摄取的主要因素,而生物表面活性剂的作用正是促使烃被动扩散进入细胞内部。
生物表面活性剂促进烃吸收的作用在许多实验中均得到证实[2]。
例如,1,500mg/L 的十八烷烃在300mg/L鼠李糖脂的作用下,扩散浓度提高了4个数量级,使20%的十八烷烃在84h内被P.areuginosa降解,而在没有鼠李糖脂存在的情况下,仅有5%的十八烷烃被利用。
另外,P.areuginosa的一株缺陷型菌株无法利用石蜡进行生长,合成的鼠李糖脂明显较少,但加入少量鼠李糖脂可以修复它利用石蜡的能力。
实验发现[3],低浓度的鼠李糖脂促进十八烷烃扩散的能力明显优于高浓度的鼠李糖脂。
研究鼠李糖脂浓度与十六烷烃生物降解速率的关系曲线,结果在1～50mg/L范 收稿日期:2001201212,修回日期:2001203230围内与50～500mg/L范围内,呈现出两种不同的线性关系,在较低的浓度范围内,十八烷烃可以被更快地利用。
分析认为[4],生物表面活性剂可以通过两种途径来提高有机物的生物可利用率。
一种途径在较低浓度下,显著降低界面张力,使烷烃得以有效扩散,增大油/水界面面积,从而便于细胞与较大油滴之间的直接接触。
另一种途径是利用表面活性剂的增溶作用,即当活性剂浓度大于临界胶束浓度(C MC)时,自由单体浓度不再增加,而是形成胶团,将有机物分子加溶在胶团中,然后被细胞吸收并降解。
表面活性剂的浓度进一步增加时,溶液的表面张力几乎不再下降,而溶液中的胶团数目和尺寸却随之增加。
表面活性剂的浓度越大,胶团形成得越多,难溶物也就溶解得越多。
另外,微生物在烃类培养基中生长时,细胞结构明显不同[5]:胞内发生烷烃的累积,在它们的外面有一层特殊的膜状复合物;细胞的外表面变得不规整,出现褶皱。
根据以上事实推测,在生物表面活性剂的作用下,细胞壁的外表面出现一种特殊的吸收系统,将加溶了难溶底物的胶团直接运至与膜结合的酶系统或运入细胞内部。
生物表面活性剂胶团加溶难溶有机物的现象十分复杂,在不同条件下可以形成多种胶团结构,胶团的大小与形状主要取决于表面活性剂的分子结构与浓度[6]。
疏水基碳原子数的增加将导致表面活性剂的亲油性增加,在水溶液中的胶团尺寸相应增加, C MC也下降。
在活性剂浓度刚刚超过C MC时,胶团大多呈球状,极性基处在胶团外壳与水直接接触;当活性剂在溶液中的浓度为10倍于C MC或更高时,从能量角度来讲形成球状是不利的,这时棒状胶团具有更高的热力学稳定性;当活性剂的浓度更高时,就会形成巨大的层状胶团。
另一方面,活性剂分子中亲水头部与疏水尾部的相对大小决定了胶团的形状。
头部较大者易形成球状,头部较小、尾部较短者易形成棒状,而具有较长尾部的活性剂往往形成胶囊状胶团。
除了表面活性剂本身的性质与浓度之外,温度、无机盐、离子强度以及pH等均可以对C MC和胶团性质产生影响,进而影响烃类的分散及生物降解[7]。
例如,pH通过影响溶液中表面活性剂的聚集形式来影响烃类的扩散。
在pH710,烷烃被插入胶团粒子中,烷烃的扩散最充分;在pH710～610,表面活性剂形成层状胶团,烷烃的扩散程度急剧下降;在pH610～515,表面活性剂形成胶囊状胶团,烷烃的扩散程度再次提高。
微生物在生长过程中,往往生成多种结构型式的表面活性剂,这可能是微生物适应环境能力的表现[8]。
由于环境对胶团的性质会产生影响,微生物便通过调节多种活性剂的组成分布,来保证烷烃得到最大程度的分散。
如鼠李糖脂具有脂肪酸型和甲酯型两种存在形式:脂肪酸型的疏水端含有羰基基团,它携带的一个负电荷增强了鼠李糖脂和水的作用,减弱了和烷烃的作用,因此其水溶性很好,但在降低界面张力方面不是很有效;相反,甲酯型的疏水端多一个碳原子,形成胶团的尺寸较大,具有较低的C MC,可以产生更低的表面和界面张力。
这样微生物就可以通过调节脂肪酸型和甲酯型两种形式鼠李糖脂的浓度,兼顾水溶性和亲油性两个矛盾,最大程度地适应各种不同环境。
2 调节细胞表面与难溶底物之间的亲和力一些菌种合成的生物表面活性剂对其它菌种在烃类培养基中的生长没有影响甚至产生抑制作用;烷烃的生物降解不仅取决于生物表面活性剂的性质与用量,还与细胞的性质和浓度密切有关;理想的分散状况并不总是对应着较高的生物降解速率[9]。
这些说明生物表面活性剂在微生物摄取烃类的过程中,不仅仅具有分散烃类的能力,还应该从细胞、生物表面活性剂、烃三个方面来分析。
油滴与细胞的直接接触常常是主要的烃吸收机制,而细胞表面的疏水性是决定细胞与烃类液滴接触的关键性质。
烷烃的快速降解者具有较高的细胞疏水性,对烃类具有更高的亲和性,可以更加有效地利用烃类。
而生物表面活性剂可以提高慢速降解者的细胞疏水性,并直接影响生物降解速率。
生物表面活性剂分子可以利用它们的亲水基或疏水基锚定于微生物细胞表面,将另一端暴露在外面,形成控制细胞表面疏水性或亲水性的调节膜。
微生物也可以分泌生物表面活性剂于外部介质中,通过改变吸附界面的特性来调节细胞与界面之间的亲和力。
如将疏水界面转换为亲水性质,使其只能与亲水细胞发生相互作用。
吸附于界面上的微生物能够通过释放细胞表面的全部或部分表面活性剂来实现脱附,这些表面活性剂将被留在界面上或介质中[10]。
3 其它生理功能生物表面活性剂并不一定要在难溶性烷烃诱导作用下才能合成[2]。
例如:Bacillus subtilis只能利用水溶性基质产生生物表面活性剂;而T1apicola产生的糖脂没有刺激菌种在烃类基质中生长的能力;不能利用十六烷烃生长的缺陷型菌株,当在葡萄糖培养基中生长时,却可以产生两倍数量的鼠李糖脂,而乳化作用在这一培养过程中显然是不必要的。
这些现象意味着生物表面活性剂除了可以促进难溶底物的摄取,还有其它生理功能。
生物表面活性剂往往具有抗菌活性。
如Itoh实验室分离得到的鼠李糖脂具有一定的抗菌、抗病毒和抗枝原体的性能[11]。
这可能仍与它们的两亲性分子特征直接相关。
即利用生物表面活性剂溶解异源细胞膜的主要成分来实现杀菌功能,或者通过改变环境的界面性质,使环境更有利于自身的生存。
生物表面活性剂的过量合成往往需要培养基中含有大量的碳源,以及一些限制性条件,如限制性氮源、限制性Mg2+等[12]。
从代谢的角度分析,培养基中碳比氮多时,细胞生长将持续到氮源耗尽。
当细胞不再生长,需氮的生物合成反应亦不再进行时,碳仍可运入细胞,在细胞中经糖解或烃氧化,发生脂肪酸的累积。
但当胞内脂肪酸浓度大于某一极限量时,细胞就不再能忍受其毒性。
因此,脂肪酸与糖苷、氨基酸、磷酸基等结合,从而生成了各种生物表面活性剂。
也就是说,生物表面活性剂是微生物调节自身代谢过程的一种产物。
以石蜡等烃类作为发酵基质的微生物在限制性生长条件下和代谢转换过程中,生物表面活性剂常常作为碳源和能量的储备物质发生累积,当细胞处于极度饥饿状态时,它们又会被氧化分解[13]。
这类物质包括海藻糖脂、脂肽、脂肪酸等。
而且微生物不能利用鼠李糖脂进行生长,但是它在生长后期也会发生降解,具体原因还不清楚。
另一方面,生物表面活性剂对微生物的生长并不总是有利的。
在中性环境中,低浓度的阴离子型表面活性剂与烃结合形成的复合物带有负电,它与带负电的细胞壁产生静电排斥,从而强烈抑制细胞与烃的亲和,反而抑制了细菌的生长[8]。
另外,细胞与生物表面活性剂分子长期接触,不仅会对膜结构造成一定的破坏,还将引起膜活性的改变,干扰正常的摄取同化机制。
借助于代谢工程和基因工程的相关知识,确定具体的生物合成路径将有助于了解生物表面活性剂的生理功能。
生物表面活性剂中脂肪酸部分的合成单体或者是乙酰C oA 或者是烃的氧化中间体,乙酰C oA 是关键的合成中间体。
在研究鼠李糖脂合成的相关基因时,利用分子克隆及核苷酸序列分析技术,首先选育出鼠李糖脂合成的缺陷型菌株,分离得到鼠李糖脂生物合成的相关基因,然后将其与野生型菌株的基因实行基因互补。
分析发现,当鼠李糖脂的合成单体(T DP -鼠李糖和相应的脂肪酸)在细胞内已经存在时,鼠李糖脂的最终合成将被鼠李糖苷转移酶所催化。
这类酶共有两种,负责催化四种鼠李糖脂的生成。
而鼠李糖苷转移酶由rhlAB 基因编码,与rhlAB 基因位于同一个操纵子上的rhlR 基因和rhlI 基因顺序排列,负责调控rhlAB 基因的表达。
RhlR 调控蛋白的活性受细胞密度以及由RhlI 蛋白形成的一种自诱导剂的影响。
rhlI 基因缺陷的变异菌株不能合成鼠李糖脂[14]。
目前,关于生物表面活性剂合成的分子生物学研究只是处于初期阶段,进一步的遗传学和酶学研究将有助于详细了解它们生物合成的调控机理,从而最终确定它们的生理功能。
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