表面活性剂是一类能显著降低溶剂表面张力的物质，在工业生产和日常生活中的应用越来越广泛。然而目前使用的绝大多数表面活性剂都是采用化学方法合成的，往往会对人类生存环境和身体健康产生很大威胁。随着生物工程技术的不断发展和人们环保意识的不断增强，生物表面活性剂取代化学合成表面活性剂将成为必然趋势。
生物表面活性剂是微生物或植物在一定条件下培养时，在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物。与化学合成表面活性剂类似，生物表面活性剂的分子结构主要由2部分组成：一部分是疏油亲水的极性基团，如单糖、聚糖、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。生物表面活性剂除具有降低溶剂表面张力、界面能量、稳定乳化液和增强泡沫等与化学合成表面活性剂相同的作用外，还具有无毒、可生物降解、无污染、生物相容性好等优点，而且有良好的选择性和专一性，逐渐在石油、医药、食品、化妆品等领域得到应用和开发，因此，对生物表面活性剂的应用研究成为了热点之一。
1 生物表面活性剂的分类
生物表面活性剂有多种来源，可用不同的生产方法生产出不同化学结构和用途的产品，因而可以以不同的原则进行分类，以满足不同要求。按用途可将生物表面活性剂分为生物表面活性剂和生物乳化剂。按来源，生物表面活性剂主要由整胞生物转换法（发酵法）和酶促反应法2种途径获得。现在使用较多的是按生物表面活性剂的化学结构来进行分类，主要可分为6类：①糖脂；②含氨基酸类脂；③磷脂；④脂肪酸中性脂；⑤结合多糖、蛋白质的高分子生物表面活性剂；⑥特殊性生物表面活性剂。
2 生物表面活性剂的合成方法
2.1 天然物生物提取法
磷脂、卵磷脂类等生物表面活性剂是从蛋黄或大豆中分离提取而来，皂角苷是从植物体内提取的，这类生物表面活性剂的来源都是天然生物原料，受到原料的限制，难以大量生产。
2.2微生物发酵法
生物表面活性剂多数由细菌、酵母菌、真菌等微生物产生。通过微生物发酵生产生物表面活性剂，根据不同的微生物和目标分子，生产表面活性剂的微生物发酵法可分为4种：生长细胞法，代谢控制的细胞生长法，休止细胞法以及加入前体法。与其他合成方法相比，微生物发酵法合成生物表面活性剂具有以下几种优点：①微生物发酵生成的生物表面活性剂一般结构都较复杂，表面活性高，用其他方法难以得到。David Gutnick等以乙酸不动杆菌RAG在常温下合成了类似一种生物聚合物的大分子生物表面活性剂，乳化性能好，产量高，可作为生物乳化剂；②原料来源广泛，生成的表面活性剂也可以完全降解，对环境不会造成危害。例如脂肽类生物表面活性剂的主要生产菌种枯草芽孢杆菌，可利用葡萄糖、蔗糖和可溶性淀粉等碳源发酵生成③工艺简单，成本低，具有很高的经济价值，适合大量生产。Dogan等将透明颤菌血红蛋白基因插入到污泥戈登氏菌中，并使其进行稳定表达，发酵实验显示，其产物海藻糖脂的产量提高了4倍多。
2.3酶催化合成法
酶催化合成法主要应用于合成一些结构较简单而表面活性高的生物表面活性剂。酶催化法在常温常压下就能进行，反应产率高，副反应少，后处理过程简单，产物易回收，而且酶在非极性溶剂中或微水条件下仍能很好地发挥其催化作用，这极大地拓展了酶催化法合成生物表面活性剂的应用范围。固定化酶技术和非水介质酶催化技术是目前最重要的两种酶技术。Pernilla Turner等为了增加反应物在非水介质正己醇中的溶解度，以烷基糖苷的形式对糖基进行修饰，然后使用伊葡萄糖苷酶B作为催化剂进行反应，得到了糖脂衍生物。
酶催化法优点很多，但是酶制剂价格昂贵，成本太高，限制了其在工业生产中的发展。目前，正在研究的外源多酶联合催化，在体外将多酶串联或共同作用，模拟了内源多酶联合催化过程，并使其处于可控状态，将整胞微生物代谢法的优点嫁接到外源酶催化法上来，使得酶法合成生物表面活性剂具有更大的发展潜力。
3 生物表面活性剂的应用
3.1在石油化工中的应用生物表面活性剂应用
最早的领域是石油工业，通过筛选合适微生物和改变生长条件可以生产出各种生物表面活性剂以满足不同原油和不同地质条件的需要。如紫红诺卡氏菌产生的海藻糖脂可使地下采油的出油率提高30%。用生物表面活性剂处理重油，重油的黏滞度从200000cp降低到100cp，这就使得处理过的重油可用普通输油管道输送。利用来自美国Petrogen公司的生物表面活性剂合成菌株处理科威特石油公司原油罐的污泥，可以回收90%以上的沉积于污泥中的原油。由地衣芽孢杆菌NK-X3产生一种脂肽类生物表面活性剂，在pH为4～12和钙离子质量浓度为4000mg/L的条件下，于
3.2在医药中的应用
生物表面活性剂具有化学合成表面活性剂很难具有的特殊结构，因而表现出一定的生理活性，具有作为药物开发的潜能。生物表面活性剂对HIV、疱疹病毒和流感病毒、烟草花叶病毒和马铃薯X病毒等都具有抑制作用。
脂肽类生物表面活性剂Surfactin对脂包膜病毒的灭活比对非脂包膜病毒的灭活效率还高，尤其对疱疹病毒、逆转录病毒的灭活效率更高。此外，Surfactin还可以与病毒脂膜相互作用来破坏病毒脂膜和衣壳，从而表现出抗病毒、抗肿瘤、抗支原体、抗真菌和一定程度的抗细菌活性。Vollenbro-ich等发现，Surfactin能够彻底而持久地灭活哺乳动物细胞培养中支原体的活性，提高被支原体感染的哺乳动物细胞的增殖率。而且，Surfactin对哺乳动物细胞的低毒性，使得它在特异性灭活支原体时对细胞的生长没有明显的影响。
Mittenbuhler等发现从细菌中分离的脂肽作为无毒、无热原应急性的免疫佐剂，能够与常规抗原混合使用。人类脂肽P3 CS能与Th细胞表面的抗原决定基P3CS-Th结合，从而有效地提高P3CS-Th对不同种类的低分子量物质的特异免疫应答反应。南极假丝酵母可产生2种甘露糖赤藓糖醇脂MEL-A和MEL-B，他们都有抗菌活性，尤其是抗革兰阳性菌活性。另外，MEL-A还能用做亲和配体。Im等将MEL-A、MEL-B和MEL-C分别与聚2一羟乙基甲基丙烯酸(PHEMA)连接形成MEL-PHEMA复合物，测试他们与人免疫球蛋白G (HIgG)的黏附能力，发现由MEL-A形成的复合物与HIgG具有很高的亲和力。而且，被吸附的HIgG能在温和的洗脱条件下重新回收，表明糖脂类生物表面活性剂有可能用做HIgG的一种安全的亲和配体。Joachim等发现，从石油淤泥中分离获得的枯草杆菌Cl株能产生脂肽Nl，Nl能够抑制多种革兰阳性菌的活性，包括金黄色葡萄球菌和耻垢分枝杆菌，是一种非常有潜力的抗菌剂。
3.3在食品中的应用
生物表面活性剂具有化学合成品很难具有的特殊结构，具有一定的生理特性和营养价值，可以生物降解而且降解产物无害，这是它在食品工业中可以广泛应用的基础。生物表面活性剂在食品工业中可作为食品添加剂、乳化剂、风味剂等。产朊假丝酵母产生的新生物乳化剂已应用于色拉调味上；牛乳嗜热链球菌产生的生物表面活性剂可以阻止产生异味的嗜热链球菌增殖；生物表面活性剂和蔗糖酯一起可以应用于果品保鲜，李江云等运用4.0%～4.5%的蔗糖酯和4.5%的鼠李糖脂分别和0.2%抗氧化剂2，6-=叔丁基对甲酚，0.5%左右的杀菌剂山梨酸钾复配成涂膜保鲜剂，对柑桔、苹果、梨等水果的保鲜已取得良好效果；鼠李糖脂可以生产香料，也可以作为食品添加剂加入高档咖啡、饮料、面包、肉制品中。Meylheuc小组通过系统研究证明了生物表面活性剂能在食品加工过程中所用不锈钢和聚四氟乙烯材料上吸附，并对微生物生长及细菌有抑制作用，表明其在食品加工过程中具有巨大的应用潜力。在人类崇尚健康至上的今天，符合功能性食品和绿色食品添加剂要求的生物表面活性剂必将成为一种广泛应用的食品添加剂。
3.4在化妆品中的应用
表面活性剂具有润湿、分散、发泡、稳泡、去污、调理、抗静电、乳化、增溶和灭菌等功能，可在多种化妆品中用做乳化剂、去污剂、发泡剂、增溶剂和调理剂等，是配制化妆品的一类重要原料。由于化妆品直接作用于人体皮肤表面，必须选用稳定性好、对皮肤刺激小和无毒、安全性高的表面活性剂，生物表面活性剂的特性决定了其在化妆品领域中具有其他表面活性剂无法比拟的优势。
添加槐糖脂的化妆品具有良好的皮肤亲和性，槐糖脂已被日本Kao公司作为一种保湿剂用于化妆品、口红以及皮肤、头发的保湿产品。日本花王公司将浓度为1 mol/L的槐糖脂作为保湿剂应用于化妆品中，商品名为Sofinac。法国Soliance公司利用槐糖脂生产槐糖脂衍生物，具有较温和的杀菌功效，可高效抑制痤疮丙酸杆菌及乳酸棒杆菌（除体臭），并同时抑制脂肪酶的活性，防止皮脂分解而产生游离的脂肪酸。近年来，由磷脂双分子膜组成的新型载体脂质体在化妆品中的应用越来越受到人们的重视。脂质体含有丰富的不饱和脂肪酸，可以减少多余脂肪和毒素在皮肤上的沉积，与传统护肤品相比，其护肤效力强几十倍。国际上著名的化妆品公司，如兰蔻、雅诗兰黛和欧莱雅都投人大量人力和财力，集中研究开发脂质体在化妆品中的应用，已不断向市场推出新型含脂质体化妆品。
3.5在其他领域中的应用
此外，生物表面活性剂在精细化工领域还可用做保湿剂、防腐剂、润湿剂、起泡剂、增稠剂、润滑剂等；在采矿业中可促进无机矿质的分散；还可用于电镀业、煤炭业、纺织业、涂料工业、陶瓷业、铀矿加工及营养免疫品和作泥炭脱水剂等。Pellerin等成功地将Macrocystis pyrifera和棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)产的杂多糖作为分散剂，应用于陶瓷工业中。醋酸钙不动杆菌A2产生的多聚体表面活性剂应用于涂料工业中。Beng-mark提出生物表面活性剂可应用于营养免疫品中。Mulligan等将生物表面活性剂用做泥炭脱水剂，在压挤泥炭前加入，可以提高脱水率。
4展望
随着世界各国对可持续发展的重视，以及人们对环境的日益关注，新型绿色生产及制造技术必将受到欢迎。生物表面活性剂虽然还处于探索和开发阶段，生产成本较高，真正用于工业大生产的还很少，但由于其具有无毒、无污染、生物降解性好等优点，随着生物技术和相关技术手段的快速发展，生物表面活性剂的价格将逐渐降到消费者可以接受的水平，必将越来越广泛地应用于食品工业、精细化工、医疗卫生等行业，今后可能成为表面活性剂的升级替代产品。
