生物表面活性劑

生物表面活性劑第1頁/共14頁定義：生物表面活性劑是指在一定條件下培養(yǎng)微生物時(shí)，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。分類：微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑種類很多，依據(jù)它們的化學(xué)組成和微生物來源可分為糖脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸和磷脂、聚合物和全胞表面本身等五大類。第2頁/共14頁一、生物表面活性劑的形成和制備形成：生物表面活性劑多數(shù)由細(xì)菌、酵母菌、真菌等微生物產(chǎn)生。許多微生物都可能僅靠烴類為單一碳源而生長(zhǎng)。微生物要利用這些烴類，就必須使烴類通過外層親水細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞，由于烴基水溶性非常小，一些細(xì)胞和酵母菌分泌出離子型表面活性劑，另一些微生物產(chǎn)生非離子型表面活性劑。有時(shí)候一種細(xì)菌在不同的培養(yǎng)基下和不同的環(huán)境中可分泌形成不同的表面活性劑。第3頁/共14頁制備：主要分為培養(yǎng)發(fā)酵、分離提純、粗產(chǎn)品純化三大步驟。培養(yǎng)發(fā)酵：酶促進(jìn)反應(yīng)合成生物表面活性劑,是一種體外生產(chǎn)方法，條件相對(duì)粗放，反應(yīng)具有專一性，可在普通溫度和壓力下進(jìn)行，產(chǎn)品易于回收分離提純:萃取、鹽析、滲析、離心、沉淀、結(jié)晶以及冷凍、干燥，還有靜置、懸浮、離心、旋轉(zhuǎn)、真空過濾等方法粗產(chǎn)品純化：粗產(chǎn)品加入十六烷基三甲基溴化銨凝聚沉淀離心分離沉淀部分蒸餾水清洗沉淀溶于硫酸鈉溶液離心液體磺化納離心清液蒸餾水滲析冷凍干燥生物表面活性劑第4頁/共14頁第5頁/共14頁二、生物表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)結(jié)構(gòu)：與合成表面活性劑相類似，生物表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：一部分是疏油親水的極性基團(tuán)，如單糖、聚糖、磷酸基等；另一部分是由疏水親油的碳?xì)滏溄M成的非極性基團(tuán)，如飽和或非飽和的脂肪醇及脂肪酸等。疏水基一般為脂肪?；?極性親水基則有多種形式,如中性脂的酯或醇官能團(tuán)。第6頁/共14頁性質(zhì)生物表面活性劑與合成表面活性劑的比較：與化學(xué)合成的表面活性劑相近的性質(zhì)1.表面性能優(yōu)良，具有滲透、濕潤(rùn)、乳化、增溶、發(fā)泡、消泡、洗滌、去污等表面性能2.熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較好，能忍受75℃，140h;耐受酸堿PH：1.7-1.4，不變性優(yōu)于化學(xué)合成表面活性劑的特性1.化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)雜龐大，表面活性更高，乳化能力更強(qiáng)2.來源于微生物代謝產(chǎn)物，本省無毒，能完全降解，環(huán)境友好3.生物相容性好，可廣泛用于化妝品、藥物和食品4.分子結(jié)構(gòu)類型多樣。有特殊官能團(tuán)，作用專一5.生產(chǎn)原料來源廣泛，生產(chǎn)過程環(huán)保性好6.生產(chǎn)工藝先進(jìn)，生產(chǎn)技術(shù)高科技化，生產(chǎn)成本適中第7頁/共14頁三、生物表面活性劑的應(yīng)用1.在石油開采業(yè)上的應(yīng)用

微生物強(qiáng)化采油（MEOR）：開采石油時(shí)往油層中注入某些微生物,同時(shí)注入一些微生物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物,以地下石油為唯一碳源,這些微生物在生長(zhǎng)的同時(shí),能產(chǎn)生生物表面活性劑。這些生物表面活性劑可降低原油與水兩相界面的張力,從而可提高油田的開采量。優(yōu)勢(shì):在油田開采中,應(yīng)用一次及二次采油技術(shù)開采后,仍有大約70%的原油滯留在儲(chǔ)油層中。而生物表面活性劑可將遺留在油井中的脂肪烴、芳香烴、環(huán)烷烴徹底乳化，同時(shí)其本身基本不會(huì)被地層中泥沙、沙石所吸收，且用量小，甚至在地下高溫環(huán)境中仍能發(fā)揮其表面活性作用。清洗貯油罐、油輪貯倉、輸油管道以及運(yùn)油車時(shí)很有效處理煉油廠廢水（鼠李糖脂：加快正構(gòu)烷烴的生物降解過程；在油水乳化染料中作為高效乳化穩(wěn)定劑）第8頁/共14頁2在環(huán)境生物工程上的應(yīng)用生物修復(fù)：加入微生物或表面活性劑，能夠增強(qiáng)憎水性化合物的親水性和生物可利用性,使進(jìn)入環(huán)境的污染物不斷地降解。就土壤污染來說，土壤微生物降解烷烴化合物是烷烴污染物從土壤中消失的基本原理糖脂類生物表面活性劑不僅可提高烷烴的去除率,而且可加速烷烴的礦化程度,縮短可被微生物利用的適應(yīng)時(shí)間用于修復(fù)受重金屬等其他化學(xué)物質(zhì)污染的土壤。第9頁/共14頁3、在食品工業(yè)和精細(xì)化工中的應(yīng)用

生物表面活性劑作為天然添加劑已在食品加工業(yè)廣泛使用。蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工業(yè)常用的乳化劑。生物表面活性劑還可以用作食品加工業(yè)和精細(xì)化工中的保濕劑、防腐劑、潤(rùn)濕劑、起泡劑、增稠劑、潤(rùn)滑劑等。

第10頁/共14頁4、在其他方面的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)方面，生物表面活性劑除可用于土壤改良外，還可用作肥料、植物保護(hù)以及殺蟲劑等醫(yī)療衛(wèi)生方面，生物表面活性劑可用于治療某些疾病，用發(fā)酵法生產(chǎn)的磷脂蛋白對(duì)人體細(xì)胞中的免疫缺陷蛋白病毒具有抑制作用。用于殺菌劑、殺蟲劑效果的監(jiān)測(cè)，以及發(fā)酵工業(yè)細(xì)胞數(shù)量隨時(shí)監(jiān)控等方面第11頁/共14頁四、問題和發(fā)展前景

決定生物表面活性劑生產(chǎn)成本的主要因素有原料、發(fā)酵工藝和下游技術(shù)等。解決問題的途徑通過選育高產(chǎn)菌株、構(gòu)建基因工程高產(chǎn)菌;發(fā)展快速檢測(cè)表面活性劑高產(chǎn)菌株并評(píng)價(jià)其潛力的方法找到廉價(jià)發(fā)酵原料、改進(jìn)發(fā)酵工藝、用先進(jìn)的下游技術(shù)等方法提高生物表面活性劑的發(fā)酵產(chǎn)率和提取得率,從而大大降低它的生產(chǎn)成本