微生物表面活性劑（如細(xì)菌、真菌）或植物通過代謝產(chǎn)生的兩親性分子，能顯著降低液體表面張力，兼具表面活性和生物活性。它與化學(xué)合成表面活性劑的核心區(qū)別在于?生物來源、可生物降解性及更低的毒性?。

核心特點(diǎn)

?綠色安全?：原料來自可再生資源（如糖、植物油），生產(chǎn)工藝為發(fā)酵+物理提取，100%可生物降解，對環(huán)境友好。

?結(jié)構(gòu)多樣?：包括糖脂（如槐糖脂）、脂肽、磷脂等類型，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常具有特殊官能團(tuán)。

?性能優(yōu)異?：耐極端環(huán)境（高溫、高鹽、寬pH），具有抗菌、抗病毒等附加生物活性。

1、生物表面活性劑的種類及其生產(chǎn)菌 1.1生物表面活性劑的種類 化學(xué)合成表面活性劑通常是根據(jù)它們的極性基團(tuán)來分類,而生物表面活性劑則通過它們的生化性質(zhì)和生產(chǎn)菌的不同來區(qū)分。一般可分為五種類型:糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊表面活性劑。

2、生物表面活性劑的生產(chǎn)菌 大多數(shù)生物表面活性劑是細(xì)菌、酵母菌和真菌的代謝產(chǎn)物。這些生產(chǎn)菌大多是從油類污染的湖泊、土壤或海洋中篩選得到的。從油泥污染的土壤中分離得到兩株生物表面活性劑的菌株:芽孢桿菌AB-2和Y12-B。

3、生物表面活性劑的生產(chǎn)目前,可以通過兩種途徑生產(chǎn)生物表面活性劑:微生物發(fā)酵法和酶法。 采用發(fā)酵法生產(chǎn)時,生物表面活性劑的種類、產(chǎn)量主要取決于生產(chǎn)菌的種類、生長階段,碳基質(zhì)的性質(zhì),培養(yǎng)基中N、P和金屬離子Mg2+、Fe2+的濃度以及培養(yǎng)條件(pH、溫度、攪拌速度等)。發(fā)酵法生產(chǎn)生物表面活性劑的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)費(fèi)用低、種類多樣和工藝簡便等,便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),但產(chǎn)物的分離純化成本較高。 與微生物發(fā)酵法相比,酶法合成的表面活性劑分子多是一些結(jié)構(gòu)相對簡單的分子,但同樣具有優(yōu)良的表面活性。其優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)物的提取費(fèi)用低、次級結(jié)構(gòu)改良方便、容易提純以及固定化酶可重復(fù)使用等,且酶法合成的表面活性劑可用于生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品,如藥品組分。盡管現(xiàn)階段酶制劑成本較高,但通過基因工程技術(shù)增強(qiáng)酶的穩(wěn)定性與活性,有望降低其生產(chǎn)成本。

4、生物表面活性劑的提取 發(fā)酵產(chǎn)物的提取(也稱下游處理)費(fèi)用大約占總生產(chǎn)費(fèi)用的60%,這是生物表面活性劑產(chǎn)品商業(yè)化的一個主要障礙。生物表面活性劑的最佳提取方法隨發(fā)酵操作及其物理化學(xué)性質(zhì)的不同而不同。其中溶劑萃取是最常用的提取方法。

5、生物表面活性劑在環(huán)境工程中的應(yīng)用 許多化學(xué)合成表面活性劑由于難降解、有毒及在生態(tài)系統(tǒng)中的積累等性質(zhì)而破壞生態(tài)環(huán)境,相比之下,生物表面活性劑則由于易生物降解、對生態(tài)環(huán)境無毒等特性而更適合于環(huán)境工程中污染治理。如:在廢水處理工藝中可作為浮選捕收劑與帶電膠粒相吸以除去有毒金屬離子,修復(fù)受有機(jī)物和重金屬污染的場地等。

6、在廢水處理工藝中用生物法處理廢水時,重金屬離子對活性污泥中的微生物菌群常會產(chǎn)生抑制或毒害作用,因此,在用生物法處理含重金屬離子的廢水時須進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)前,常用氫氧化物沉淀法除去廢水中的重金屬離子,但其沉淀效率受氫氧化物溶解度的限制,應(yīng)用效果不甚理想;浮選法用于廢水預(yù)處理時又常因所用浮選捕收劑在其后續(xù)處理過程中難降解(如化學(xué)合成表面活性劑十二烷基磺酸鈉),易產(chǎn)生二次污染而受限制,因此,有必要開發(fā)易生物降解、對環(huán)境無毒害的替代品,而生物表面活性劑恰好具有這一優(yōu)勢。

7、在生物修復(fù)中的應(yīng)用 在利用微生物催化降解有機(jī)污染物,從而修復(fù)被污染環(huán)境的過程中,由于所使用的生物表面活性劑可以直接使用發(fā)酵液,能節(jié)省表面活性劑的分離提取和產(chǎn)品純化成本,因此,生物表面活性劑在現(xiàn)場生物修復(fù)有機(jī)污染場地的應(yīng)用潛力很大。

8、用于除去有毒重金屬 由于有毒重金屬在土壤環(huán)境中的污染過程具有隱蔽性、穩(wěn)定性及不可逆性等特點(diǎn),因此,土壤中有毒重金屬污染的修復(fù)一直是學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)研究課題。目前可以用玻璃化、固定化/穩(wěn)定化、熱處理等技術(shù)除去土壤中的重金屬。玻璃化處理技術(shù)可行,但是工程量大,費(fèi)用高;固定化過程具有可逆性,因此處理后還需要不間斷地監(jiān)測處理效果;而熱處理技術(shù)則只適用于除去易揮發(fā)的重金屬如Hg等。因此,低成本的生物學(xué)處理方法發(fā)展很快。

生物表面活性劑在石油、化工、醫(yī)藥、化妝品、食品等行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用,因而其市場前景廣闊。