表面活性剂的活性提取(论文写作课)

基金项目：安徽省自然科学基金资助项目（10000007）

作者简介：张慧娟（1988－）,女,安徽合肥人,合肥工业大学硕士生；

惠爱玲（1978－）,女,安徽合肥人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师

生物表面活性剂的活性提取

张慧娟 惠爱玲

（合肥工业大学农 产品生物化工教育部工程研究中心 合肥 230009）

摘 要：生物表面活性剂是一类由微生物产生的具有表面活性的物质，与化学表面活性剂相比，具有无二次污染、环境友好等显著优点。生物表面活性剂在医药、农业、石油开采、环境修复等方面的应用潜力，已引起人们的广泛关注。本文对生物表面活性剂的提取方法及近年来生物表面活性剂的研究进展进行了总结，并对未来的发展方向作了展望。 关键词：生物表面活性剂；提取；前景

The Isolation of Biosurfactants

ZHANG Hui-juan ，HUI Ai-ling

(Engineering Research Center of Bio-process in Ministry of Education , Hefei University of Technology, Hefei

23009，China)

Abstract ：Biosurfactants are natural surface-active compounds mainly synthesized by microorganisms, which have distinct advantages like no secondly pollution and friendly to environment compared with chemical surfactants. With the development of modern biological technology, biosurfactants have been shown a variety of potential applications, including medicine, agriculture, oil production and environmental remediation, so it has already caused many researchers a strong interest in the production of biosurfactants making use of biological technology. A review is made from the isolation of biosurfactants. In addition, on the foundation of the analysis,several suggestions about the development of biosurfactants are proposed. Key words ： Biosurfactant ；Isolation ；

1 生物表面活性剂 表面活性剂是一类重要的化工原料, 素有工业味精之称, 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。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[2]。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[3]。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[4]。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。 生物表面活性剂是微生物代谢过程的产物，与传统的化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂有很多明显优势在某些方面可逐渐取代化学合成表面活性剂，但在实际生产过程中也有制约其发展的瓶颈。 1.1 生物表面活性剂的优点 1.1.1 更强的表面和界面活性

生物表面活性剂比合成表面活性剂化学结构更为复杂，单个分子占据更大的空间，因而显示出较低的临界胶束浓度，表面活性高，乳化能力强[5]。

1.1.2 对离子强度的稳定性

1.1.3 结构复杂，专一性强

分子结构多样，可以合成化学方法无法引入的特殊官能团，对待萃取生物物质的专一性强。

1.1.4 良好的破乳性

形成的乳状液，用通常的理化方法就可破乳。

1.1.5 无毒生物可降解，对环境友好

生物表面活性剂本身是一种生物活性物质，有生理和免疫等功能，能完全被微生物降解，对环境无污染。

1.2 制约因素

生物表面活性剂的产量少、结构复杂、性能有较大差异从而给分离提纯带来了较大难度使生产成本相对于化学合成表面活性剂大大提高[6]。

这些缺点应可以从菌种，发酵调控，分离工艺等方面寻求解决。

首先，对于发酵菌种可通过生物工程手段如诱变、转基因等手段对生物表面活性剂生产菌株进行人工改造获得高产菌株，最好能特异性表达某一种活性成分并且在胞外积累不与细胞紧密结合。

在发酵过程中通过控制培养基成分，对工程菌的合成代谢流的调控从而优化发酵工艺流程，从而提高发酵液中生物表面活性剂的浓度与纯度[7]。

开发出简单、高效的生物表面活性剂分离提纯技术，并使其产业化，降低生产成本。

2 生物表面活性剂的提取

生物表面活性剂提取、纯化方法较多，但不存在一定的规则，必须视待分离物的性质（离子或非离子、胞外或胞内产物）而定[8]。一般情况下，应首先对微生物的发酵液通过离心、超滤等方法将菌体与培养液分离。如果微生物分泌的生物表面活性剂是胞内产物，则要通过一定方法破壁释放产物，然后除去细胞碎片，再进行分离纯化；如果是胞外产物，可直接利用除菌后的发酵液进行后续的分离纯化。目前，研究提取生物表面活性剂的方法主要有以下几种。

2.1 沉淀法

沉淀法是提取生物表面活性剂的经典方法之一，利用各组分在溶剂中的溶解度差异，使某些组分从溶液中形成沉淀分离出来，然后通过离心或过滤即可得到目的产物，必要时可用重结晶或重沉淀进一步纯化，是一种很有效的提取方法[9]。如鼠李糖脂的提取，先用盐酸将上清液调pH值为2.0~3.0，低温（4℃）放置过夜，鼠李糖脂可形成沉淀物，再通过离心分离即可得到粗提物，此法提取率可达90%以上。另外，由枯草芽孢杆菌产生的脂肽类生物表面活性剂也可以通过上述方法进行提取[10]。

2.2 萃取法

溶剂萃取也是一种常用的提取方法，常用的有机溶剂有甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、二氯甲烷和乙酸乙酯，这些溶剂既可以单独使用，也可以按一定的比例混合使用[11]。甲醇和氯仿以不同比例的混合液是实验室常用的一种比较有效的萃取剂，这种萃取剂的极性能与目标萃取物的极性相协调，达到较高的提取率。对鼠李糖脂的萃取，一般先将发酵液离心除菌体，并将上清液的pH值调为2～3，再加入等体积的氯仿/甲醇(V/V，2/1)溶液进行萃取，多次萃取后合并有机相，用旋转蒸发器挥发掉溶剂即得鼠李糖脂粗提物。但对于大规模的工业生产来说，需要大量的氯仿和甲醇做萃取剂，这不仅在经济上不合理，而且这两种有机溶剂都是高毒性有机物，对人体和环境危害很大。因此，寻找一种既便宜又无毒的萃取剂是必要的。Kuyukina等人用甲基-叔丁基醚萃取红球菌产生的生物表面活性剂，通过和其它常用溶剂比较，发现用甲基-叔丁基醚做萃取剂可以获得较高的提取率[12]。另外，很多研究者使用乙酸乙酯作萃取剂提取鼠李糖脂，提取率也较高。

2.3 超滤法

超滤(Ultrafiltration)是提取生物表面活性剂的一种新方法，是一种在压力差作用下根据膜孔径大小进行物质筛分的分离过程。