生物活性劑是微生物 在一定條件下培養(yǎng)時,在其代謝過程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產(chǎn)物,如糖脂､多糖脂､脂肽或中性類脂衍生物等。化學合成的表面活性劑受到原材料､價格､產(chǎn)品性能等因素影響,同時在生產(chǎn)和使用過程中常常會帶來嚴重的環(huán)境污染問題。而利用現(xiàn)代生物技術生產(chǎn)的活性高､具有特效的表面活性劑,將能有效地解決這些問題。
一､生物表面活性劑的制備
常見的生物表面活性劑有纖維二糖脂､鼠李糖脂､槐糖脂､海藻糖二脂､海藻糖四脂､單､二､三糖脂､表面活性蛋白等。這些表面活性劑的制備主要有培養(yǎng)發(fā)酵､分離提取､產(chǎn)品純化三大步驟:
1.培養(yǎng)發(fā)酵 細菌種類成千上萬,每種可分泌生成表面活性劑的細菌,由于其要求的碳源和輔助成分不同,以及所要求的發(fā)酵條件不同,所以細菌的培養(yǎng)發(fā)酵應根據(jù)實際情況確定。發(fā)酵法是一種活體內(nèi)生產(chǎn)方法,條件要求嚴格,產(chǎn)物提取較難。而新發(fā)展起來的酶促進反應合成生物表面活性劑,是一種體外生產(chǎn)方法,條件相對粗放,反應具有專一性,可在通常溫度和壓力下進行,產(chǎn)物易于回收。
2.分離提取 對大多數(shù)細菌分泌形成的表面活性劑的分離提取､產(chǎn)品純化均有一些類似的方法 ,如 萃 取 ､鹽 析 ､滲 析 ､離 心 ､沉淀 ､結 晶 以 及 冷 凍 ､干 燥 ,還 有 靜置､浮選､離心､旋轉真空過濾等。
3.粗產(chǎn)品純化 取一定量的粗產(chǎn)品溶于水中,在室溫下加入十六烷基三甲基溴化銨,使其凝聚沉淀,然后進行離心分離,沉淀部分用蒸餾水清洗,再溶于硫酸鈉溶液中,然后加碘化鉀,形成的十六烷基三甲基碘化胺沉淀通過離心除去,所剩的清液用水滲析,然后經(jīng)冷凍干燥,獲得純凈的生物表面活性劑固體。
二､生物表面活性劑的性能
同化學合成的表面活性劑一樣,生物表面活性劑分子中也含有憎水基和親水基兩部分,憎水基一般為脂肪酰基鏈,極性親水基則有多種形式,如中性脂的酯或醇官能團。脂肪酸或氨基酸的羥基､磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基等。生物表面活性劑能量著降低表面張力和界面張力。除此之外,還具 有 其 它 特 有 的 性 能 ,如Pseudom onas Sp產(chǎn)生的鼠李糖酯的乳化性能很好,優(yōu)于常用的化學合成乳化劑吐溫(Tween)。生物表面活性劑還具有良好的抗菌性能,這是一般化學合成的表面活性劑難以匹敵的,如日本的實驗室從Pseudom onas Sp得到的糖脂具有一定的抗菌､抗病毒和抗枝原體的性能等。有些生物表面活性劑可以耐強堿､強酸,如O,O-D-海藻糖-6-棒桿霉菌酸酯,在 0.1摩爾/升鹽酸中浸泡70個小時,僅有10%的 糖 脂 被 降 解 。Pseudom onas aeruginosa S7B2 , 產(chǎn)生的類蛋白活化劑在PH為1.7～11.4范 圍 內(nèi) 非常穩(wěn)定。還有許多生物表面活性劑耐熱性非常好,如果糖脂､蔗糖脂､槐糖脂､酸性槐糖脂､鼠李糖脂等。生物表面活性劑由于是天然產(chǎn)物,還具有更好的生物降解性。
三､生物表面活性劑的應用
生物表面活性劑具有特殊的功能,在石油化工方面有著廣泛的應用,目前,國外許多石油公司都 采 用 了MEOR(microbial enchanced oil recovery)技術。例如由Acinetovacter SP.ATCC31012分泌而制備的一種聚合糖類的生物表面活性劑,可以在高濃度鹽的環(huán)境中,有效地將一采､二采后仍遺留在油井中的脂肪烴､芳香烴和環(huán)烷烴徹底乳化,同時其本身基本不會被地層中泥沙､砂石所吸收,甚至在地下高溫環(huán)境中仍能發(fā)揮其作用。這種表面活性劑用于清洗貯油罐､油輪貯倉､輸油管道以及各種運油車非常有效,首先其用量極少,且最后形成的乳液用通常的物理和化學方法便可以破乳,洗下的油可以回收。生物表面活性劑還大量應用于乳化､破乳､潤濕､發(fā)泡及抗靜電等方面。在處理煉油廠廢水時,若在活性污泥處理池中加入生物表面活性劑,能大大加快正構烷烴的生物降解過程,在油水乳化燃料中可作為高效乳化穩(wěn)定劑。生物表面活性劑在紡織､醫(yī)藥､化妝品､食品等工業(yè)領域中都有重要作用。
化學合成的表面活性劑具有一定的毒性,且不易被生物降解,而生物表面活性劑是完全可以被生物降解,且基本是無毒的。若將煉油廢棄的油作為烴基用來培養(yǎng)微生物,既可解決煉油時的環(huán)境污染問題,又可獲得有使用價值的生物表有面活性劑。幾乎所有大石油分司和跨國化學公司都在積極地計劃發(fā)展生物技術,生物表面活性劑的開發(fā)將是其重要組成部分。
四､生物表面活性劑的發(fā)展趨勢
隨著生物表面活性劑的廣泛應用。人們要求表面活性劑不僅需具備優(yōu)良的化學性質(zhì),而且對人體､牲畜盡可能無毒無害,對人類賴以生存的環(huán)境無污染,其排放物能很快被生物降解等。同時生物表面活性劑的生產(chǎn)也可以說是一個環(huán)境凈化､廢油利用､變廢為寶的過程。開發(fā)生物表面活性劑不僅要考慮其生產(chǎn)技術的可行性,市場價格也是一個重要因素。生物表面活性劑必須與化學合成表面活性劑以相同或稍低的價格出售,才能獲明顯的優(yōu)點,其價格可以高于化學合成的表面活性劑,由于生物表面活性劑的生產(chǎn)是一個以廢油為基質(zhì)的生物工程,加上環(huán)境保護因素,它的生產(chǎn)便具有很好的前景和巨大的市場。
總體上講,化學合成表面活性劑生產(chǎn)目前還是薄利行業(yè),只有開發(fā)新型､特種､小量､高附加值品種才能取得更好的經(jīng)濟效益。今后,隨著人們對環(huán)境意識的增強和環(huán)境法規(guī)的日益完善,“ 綠色表面活性劑” 將是表面活性劑行業(yè)的發(fā)展趨勢。目前,各行業(yè)按照生態(tài)學的規(guī)定對表面活性劑提出了嚴格的要求,即開發(fā)和選用的表面活性劑必須安全無毒,生物降解性好。因此,開發(fā)生物表面活性劑將給整個表面劑工業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)和機遇,前景廣闊。
