生物活性剂是微生物 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,如糖脂､多糖脂､脂肽或中性类脂衍生物等。化学合成的表面活性剂受到原材料､价格､产品性能等因素影响,同时在生产和使用过程中常常会带来严重的环境污染问题。而利用现代生物技术生产的活性高､具有特效的表面活性剂,将能有效地解决这些问题。
一､生物表面活性剂的制备
常见的生物表面活性剂有纤维二糖脂､鼠李糖脂､槐糖脂､海藻糖二脂､海藻糖四脂､单､二､三糖脂､表面活性蛋白等。这些表面活性剂的制备主要有培养发酵､分离提取､产品纯化三大步骤:
1.培养发酵 细菌种类成千上万,每种可分泌生成表面活性剂的细菌,由于其要求的碳源和辅助成分不同,以及所要求的发酵条件不同,所以细菌的培养发酵应根据实际情况确定。发酵法是一种活体内生产方法,条件要求严格,产物提取较难。而新发展起来的酶促进反应合成生物表面活性剂,是一种体外生产方法,条件相对粗放,反应具有专一性,可在通常温度和压力下进行,产物易于回收。
2.分离提取 对大多数细菌分泌形成的表面活性剂的分离提取､产品纯化均有一些类似的方法 ,如 萃 取 ､盐 析 ､渗 析 ､离 心 ､沉淀 ､结 晶 以 及 冷 冻 ､干 燥 ,还 有 静置､浮选､离心､旋转真空过滤等。
3.粗产品纯化 取一定量的粗产品溶于水中,在室温下加入十六烷基三甲基溴化铵,使其凝聚沉淀,然后进行离心分离,沉淀部分用蒸馏水清洗,再溶于硫酸钠溶液中,然后加碘化钾,形成的十六烷基三甲基碘化胺沉淀通过离心除去,所剩的清液用水渗析,然后经冷冻干燥,获得纯净的生物表面活性剂固体。
二､生物表面活性剂的性能
同化学合成的表面活性剂一样,生物表面活性剂分子中也含有憎水基和亲水基两部分,憎水基一般为脂肪酰基链,极性亲水基则有多种形式,如中性脂的酯或醇官能团。脂肪酸或氨基酸的羟基､磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基等。生物表面活性剂能量著降低表面张力和界面张力。除此之外,还具 有 其 它 特 有 的 性 能 ,如Pseudom onas Sp产生的鼠李糖酯的乳化性能很好,优于常用的化学合成乳化剂吐温(Tween)。生物表面活性剂还具有良好的抗菌性能,这是一般化学合成的表面活性剂难以匹敌的,如日本的实验室从Pseudom onas Sp得到的糖脂具有一定的抗菌､抗病毒和抗枝原体的性能等。有些生物表面活性剂可以耐强碱､强酸,如O,O-D-海藻糖-6-棒杆霉菌酸酯,在 0.1摩尔/升盐酸中浸泡70个小时,仅有10%的 糖 脂 被 降 解 。Pseudom onas aeruginosa S7B2 , 产生的类蛋白活化剂在PH为1.7～11.4范 围 内 非常稳定。还有许多生物表面活性剂耐热性非常好,如果糖脂､蔗糖脂､槐糖脂､酸性槐糖脂､鼠李糖脂等。生物表面活性剂由于是天然产物,还具有更好的生物降解性。
三､生物表面活性剂的应用
生物表面活性剂具有特殊的功能,在石油化工方面有着广泛的应用,目前,国外许多石油公司都 采 用 了MEOR(microbial enchanced oil recovery)技术。例如由Acinetovacter SP.ATCC31012分泌而制备的一种聚合糖类的生物表面活性剂,可以在高浓度盐的环境中,有效地将一采､二采后仍遗留在油井中的脂肪烃､芳香烃和环烷烃彻底乳化,同时其本身基本不会被地层中泥沙､砂石所吸收,甚至在地下高温环境中仍能发挥其作用。这种表面活性剂用于清洗贮油罐､油轮贮仓､输油管道以及各种运油车非常有效,首先其用量极少,且最后形成的乳液用通常的物理和化学方法便可以破乳,洗下的油可以回收。生物表面活性剂还大量应用于乳化､破乳､润湿､发泡及抗静电等方面。在处理炼油厂废水时,若在活性污泥处理池中加入生物表面活性剂,能大大加快正构烷烃的生物降解过程,在油水乳化燃料中可作为高效乳化稳定剂。生物表面活性剂在纺织､医药､化妆品､食品等工业领域中都有重要作用。
化学合成的表面活性剂具有一定的毒性,且不易被生物降解,而生物表面活性剂是完全可以被生物降解,且基本是无毒的。若将炼油废弃的油作为烃基用来培养微生物,既可解决炼油时的环境污染问题,又可获得有使用价值的生物表有面活性剂。几乎所有大石油分司和跨国化学公司都在积极地计划发展生物技术,生物表面活性剂的开发将是其重要组成部分。
四､生物表面活性剂的发展趋势
随着生物表面活性剂的广泛应用。人们要求表面活性剂不仅需具备优良的化学性质,而且对人体､牲畜尽可能无毒无害,对人类赖以生存的环境无污染,其排放物能很快被生物降解等。同时生物表面活性剂的生产也可以说是一个环境净化､废油利用､变废为宝的过程。开发生物表面活性剂不仅要考虑其生产技术的可行性,市场价格也是一个重要因素。生物表面活性剂必须与化学合成表面活性剂以相同或稍低的价格出售,才能获明显的优点,其价格可以高于化学合成的表面活性剂,由于生物表面活性剂的生产是一个以废油为基质的生物工程,加上环境保护因素,它的生产便具有很好的前景和巨大的市场。
总体上讲,化学合成表面活性剂生产目前还是薄利行业,只有开发新型､特种､小量､高附加值品种才能取得更好的经济效益。今后,随着人们对环境意识的增强和环境法规的日益完善,“ 绿色表面活性剂” 将是表面活性剂行业的发展趋势。目前,各行业按照生态学的规定对表面活性剂提出了严格的要求,即开发和选用的表面活性剂必须安全无毒,生物降解性好。因此,开发生物表面活性剂将给整个表面剂工业带来新的挑战和机遇,前景广阔。
