一般来说，硼氢化锂和硼氢化钠的还原能力和底物适应范围差不多。但是我们在实验中遇到一底物，使用硼氢化钠还原时氯原子很快就水解了，即使在无水溶剂中氯原子也是很快就掉；使用LiAlH4 在低温下还原，反应很杂。后来尝试用硼氢化锂进行还原，取得了较好的结果。但是反应时间不能太长，不等原料反应完就要淬灭处理，否则氯原子也会逐渐水解。

羧酸的还原

羧酸比羧酸酯活性低得多。常用的还原方法为氢化铝锂、硼烷、硼氢化钠、硼氢化钾等。

氢化铝锂还原羧酸成醇

氢化铝锂可以还原羧酸成醇，对于多数底物来说产率较高，是还原羧酸最常见的方法。但是，氢化铝锂作为还原剂选择性较差，往往是羧基和其它官能团都被还原；另一方面，氢化铝锂价格昂贵，对试剂的无水处理要求非常严格，使其实际应用尤其是工业化应用中受到限制。由于羧基活性较低，在零下20 度以下用LiAlH4 还原羧基时反应很慢甚至不反应，所以一般不用降低反应温度的方法来避免还原其他基团。

硼烷还原羧酸成醇

硼烷是一种较强的还原剂，室温下即可把多数羧酸还原成醇，而且具有较好的选择性。控制硼烷的用量并在低温下反应，可以避免还原分子中的氰基和酯基。硼烷对于脂肪酸和多数芳香酸有很好的还原效果，但对于某些芳香酸来说反应速度很慢甚至不反应。

另外，硼烷还非常容易还原醛、酮、环氧化物及内酯等，但还原酯的反应比较缓慢，对芳香酸酯几乎不发生反应，同样条件下不能还原酰氯、硝基化合物及砜。

NaBH4/I2 体系还原羧酸酯成醇

硼氢化钠一般只能还原醛、酮、酰卤和内酯，很难还原羧酸。但其与碘组成的还原体系却是还原羧酸的优良试剂。Bhaskar 等研究了通常的一元酸、α, β-不饱和酸、羧酸酯以及二元酸与NaBH4/I2 体系的还原反应。实验操作时把硼氢化钠加入到羧酸中，待体系放出氢气后再加入碘。结果表明，上述一元酸被还原的产率均很高，达到92 %～98 % ; α, β-不饱和酸经还原可得相应的α, β-不饱和醇，双键不被还原；羧基和酯基共存时只有羧基被还原，即使二者取代位置距离很近时也是如此。

​

Zn(BH4)2 还原羧酸酯成醇

大多数金属硼化物不能直接还原羧酸，需加入其它试剂如AlCl3、I2 等以提高其还原性。然而，Zn(BH4)2 作为一种温和还原剂，很容易把脂肪酸和芳香酸还原成醇。整个反应只需化学计量的硼氢化锌即可完成，醇的产率达80 %～95 %。反应式如下:

羧酸与硼氢化锌反应，首先生成酰氧基硼氢化物中间体，硼氢化锌能将此中间体还原成醇，因此能将羧酸顺利还原成醇。羧酸分子中有溴、氯、硝基等官能团时，这些基团不发生反应，但碳碳双键要发生硼氢化反应。

NaBH4/BOP 体系还原羧酸酯成醇

羧基较难还原，因此将羧酸还原成醇的另一途径是把羧酸先转化成其他活泼衍生物，然后再用硼氢化钠还原。1998 年McGeary 报道了用BOP、DIPEA 和硼氢化钠一步将羧酸还原成醇的反应。通过对一系列羧酸还原反应的研究发现，该体系还原能力很强，对脂肪酸、芳香酸以及高位阻酸(如金刚烷基甲酸)都能高产率地使其还原。-NO2、-CN、-COOR、-X、-N3 等基团对此试剂都很稳定。但对肉桂酸的还原表明，与羧基共轭的双键将被部分还原。该反应的可能机理是，羧酸先与BOP 试剂和DIPEA 反应生成活性羧酸酯，后者与NaBH4 反应迅速生成相应的醇:

DCC/LiBH4 体系

DCC/LiBH4 体系还原羧酸的机制与NaBH4/BOP 体系的机制类似，DCC 首先与羧酸反应产生一个活泼中间体，后者被LiBH4 迅速还原成醇。

研究表明，该反应迅速，产率较高(43 %～78 %)。还原时与羧基共存的其它官能团如-Br、-C=C-、-NH2、-NO2 等均不受影响。

羧酸及羧酸酯的还原是有机化学中的一类重要反应，有着广泛的用途。羧酸酯一般来说比较容易还原成伯醇，常用方法为氢化铝锂、硼氢化钠、硼氢化锂等。而羧酸的活性比羧酸酯低得多，是种较难还原的物质，常用氢化铝锂作为还原剂。但是，氢化铝锂作为还原剂，选择性较差，容易将底物种其它官能团还原掉。硼烷还原也是一种还原羧酸的重要方法，对于脂肪酸和多数芳香酸有很好的还原效果，但对于某些芳香酸来说反应速度很慢甚至不反应。近来，羧酸及羧酸酯的还原研究有了迅速发展，不断有新的还原方法被发现。本文结合本实验室近几个月来进行的多种羧酸及羧酸酯的还原，对一些羧酸及羧酸酯的还原体系作一简单概括。

羧酸酯的还原

羧酸酯一般来说比较容易还原成伯醇，常用方法为氢化铝锂、硼氢化钠、硼氢化锂等，也可以用Na-EtOH 体系，但是后者目前只是在工业上广泛应用，实验室中已经很少采用。

氢化铝锂还原羧酸酯成醇

氢化铝锂是还原羧酸酯的常用试剂。但是，该试剂能还原多种官能团，因此选择性较差。但可以通过降低反应温度、加入无水AlCl3、用烷基或烷氧基取代氢化铝锂的氢原子等方法降低氢化铝锂的还原能力，从而实现选择性还原。实验中我们遇到一个如下的杂环进行还原。用NaBH4、LiBH4 进行还原，原料很快反应完了，但是杂环同时也被还原了，降低温度则不反应。尝试将酯水解成酸后用BH3·Me2S 进行还原，回流很久也不反应。后来尝试用LiAlH4 在零下20 度时进行还原，取得了比较理想的效果，杂环和硝基都得到了保留，只有酯基被还原。

硼氢化钠还原羧酸酯成醇

NaBH4 还原羧酸酯是我们常用的方法，因为该反应操作简单而且比较安全，对无水条件要求不是很苛刻，活性高的底物几个小时即可反应彻底。但由于硼氢化钠还原性不够强，有些活性较低的底物室温下过夜也只能反应一部分，这时就需要加热回流。

NaBH4/I2、NaBH4/AlCl3、NaBH4/ZnCl2 体系还原羧酸酯成醇

单纯使用NaBH4 还原酯的效果较差，但是加入单质碘或Lewis 酸如AlCl3、ZnCl2、BF3 后可使NaBH4 的还原能力大大提高，甚至某些活性较低的酯也可以顺利还原。Bhaskar 等发现，如0℃时把I2 加入到硼氢化钠的四氢呋喃溶液中，反应2.5h 之后加入羧酸酯，很容易将酯还原成醇，产率达85 %～98 %。研究者通过向反应体系内加入Ph3P 以捕捉BH3 的方法指出，按此加入顺序所进行的反应中真正起还原作用的是硼烷:

此外， NaBH4/I2 体系还能成功地还原酰胺和腈。

PCC（Pyrindium Chlorochromate）氧化

PCC可以将伯醇和仲醇氧化成醛和酮。由于在有机溶剂中反应，一般不会将醇氧化到羧酸。但当反应体系中有水时，生成的醛酮会形成水合醛或水合酮，进而继续氧化得到羧酸。因此反应体系中要求无水。

PCC的氧化以均相反应为主，但有的方法是将催化剂吸附于硅胶、氧化铝等无机载体或离子交换树脂等有机高分子载体上，对醇作非均相催化氧化。后处理简单并可控制反应的选择性。

PDC（pyridinium dichromate）氧化

将吡啶加入到三氧化铬的水溶液中有亮黄色的PDC固体生成，PDC溶于有机溶剂，在空气中室温下，易于储存和操作。在二氯甲烷的悬浮溶液中可以将醇氧化为醛酮（ 与PCC氧化类似，惰性气体保护避免接触空气中的水。）。PDC用DMF当溶剂可以将伯醇氧化为酸。另外3Å分子筛，HOAc，PPTS，PTFA，Ac2O可以加快PDC的氧化速度。反应结束可以用亚硫酸钠快速淬灭反应。

PDC的氧化能力较PCC强，其氧化作用一般在中性条件下进行，而PCC则需在酸性中进行。因此，对酸不稳定的化合物用PCC氧化时，必须在醋酸钠存在下进行。

单单只是用PCC或PDC的话，伴随着反应的进行，会生成出黑褐色油状残渣。生成物被这些残渣所包裹，导致产率降低。像反应溶液中加入适量硅藻土，硅胶或者是分子筛，能够改善这种情况。

Jones氧化反应（琼斯试剂氧化）

Jones氧化反应（琼斯试剂氧化）是铬酸在丙酮中将一级和二级醇分别氧化为羧酸和酮的反应。Jones试剂（琼斯试剂），由三氧化铬、硫酸与水配成的水溶液。

Dess-Martin高碘烷氧化

利用三乙酰氧基高碘烷将醇氧化为相应的羰基化合物的反应。Dess–Martin高碘烷，1,1,1-三乙酰氧基-1,1-二氢-1,2-苯碘酰-3(1H)-酮，是一种非常高效的氧化剂，可以将伯醇和仲醇分别氧化为醛酮。

IBX氧化反应 IBX Oxidation

IBX氧化反应是一种反应条件相对温和，底物适用范围广泛的氧化反应。缺点是IBX在有机溶剂中的溶解性以及高价碘的不稳定性。

铜的有机化合物作为有机合成中的重要试剂是20世纪60年代后期发展起来的。它包括有机铜及有机铜锂两类化合物。有机铜锂试剂一般表示为R2CuLi，这些试剂比著名的有机铜（Ⅰ）试剂更稳定，而且更活泼。R2CuLi是一种双金属络合物，由于它的溶解性好，活性好，因此是有机铜试剂在有机合成上常用的有机合成试剂。有机酮锂试剂有用的反应之一是它们对不饱和酮进行共轭加成，而在这些条件下，非共轭酮的羰基并不发生反应。

该试剂反应性非常高、对于立体位阻大的碳原子也可以反应。通过TMSCl等硬路易斯酸，可以加速1,4-加成反应。

除了与有机锂试剂以外，也可以与格利雅试剂、有机锌试剂等一起使用。特别是和后两者结合使用时，可以将铜试剂的量减小到催化剂量。

两当量的有机锂试剂对于反应的顺利进行很必要，实际仅有一当量在反应中消耗。通过导入较难迁移的配体（dummy ligand）生成杂有机铜试剂 (mixed organocuprate)[R(X)CuLi](X = alkenyl, -CN, -SR’,-NR’2, PR’2 etc.)、可以对重要的反应剂高效利用。

近年来，通过催化剂量的铜-手性膦配体的使用，发展了许多不对称1,4-加成反应。抑菌方面从上图的结果可以看出，在一定的浓度下酵母菌/锌发酵产物对痤疮丙酸杆菌可以发挥一定的抑制作用。

针对青春期的痤疮以及头皮问题，酵母菌锌发酵产物都可以发挥它独有的综合功效。随着气温的升高，夏天的到来皮肤中皮质分泌增多，嗜油类真菌过度增殖进一步导致皮肤菌群失衡，进而造成瘙痒、角质层细胞增生、异常等问题。皮肤的刺激瘙痒诱导抓挠及过度清洁，引发炎症反应，加速角质细胞异常分化，进而破坏了皮肤屏障。后期环境外来物的刺激增加会进一步导致皮肤微生态的失衡。

梳理酵母菌/锌发酵产物的功效特点：

首先，锌的作用就在于通过外用或者口服在一定程度上调节油脂代谢，减少油脂的过度分泌，进而抑制真菌生长，调节菌群平衡；同时，锌元素还可以促进细胞分裂，促进皮肤的愈合；另外，锌还可以调节皮肤细胞中的免疫应答，提高皮肤的免疫平衡，恢复皮肤屏障功能。

随着市场对安全、健康、高效诉求的不断提高，妆食同源的酵母菌/锌发酵产物因为其在食品领域的广泛使用，有机形式、安全、生物利用度高，以及在修复、控油、抑菌等功效领域的深入研究，未来应用前景可期。

水系锌金属电池由于严重的水腐蚀和枝晶生长，导致电池快速循环降解。

为解决这些问题，中南大学Yuejiao Chen，Libao Chen在锌（Zn）金属表面设计了一种具有良好亲锌性能和特殊纳米级三维（3D）颗粒结构的高抗水性Znx-二乙烯三胺五(亚甲基膦酸)界面层。

1）实验结果结合理论分析和COMSOL模拟结果表明，这种锌基有机配合物中的疏水基团是防止H2O对Zn负极表面进行破坏的决定性因素。同时，亚甲基膦酸基与锌的相互作用形成大量的锌离子吸引位，为锌离子的快速吸附和迁移提供了离子通道。而表面发达的纳米颗粒结构导致锌离子通量重新分布，表面Zn沉积均匀致密。

2）在协同作用下，这种修饰的Zn负极具有长达1300 h的循环寿命，在5 mA cm−2处有较低的极化电压。此外，研究人员还展示了基于该负极组装的全电池池（包括Zn//V2O5和Zn//MnO2电池）。

该工作通过结构设计和在表面构建保护层两个概念的结合，提供了一条简单、低成本、高效的途径来制备高性能的锌负极，从而为蓬勃发展的水系锌金属电池提供了一条途径。

有机电极材料缓慢的反应动力学和结构不稳定性，限制了水系锌有机电池性能的进一步提升。鉴于此，长春应化所的张新波课题组，合成了一种带有惰性羟基的Z折叠羟基聚合物聚四氟氢醌（PTFHQ），该聚合物可以通过原位活化过程部分氧化为活性羰基，然后进行Zn2+的储存/释放。在活化的PTFHQ中，羟基和S原子扩大了电化学活性羰基附近的电负性区域，增强了其电化学活性。同时，残留的羟基可以充当亲水基团，增强电解液的润湿性，同时保证电解液中聚合物链的稳定性。此外，PTFHQ的Z折叠结构在与Zn2+的可逆结合和快速离子扩散中发挥着重要作用。所有这些优点使得活化的PTFHQ在0.1 A g-1下表现出215 mAh g-1的高比容量，超过3400次稳定循环，且容量保持率为92%，即使在20 A g-1下，都展现出196 mAh g-1的出色倍率能力。

与众不同的锌——酵母菌/锌发酵产物

目前，含有锌元素的化妆品原料被广泛应用，在《已使用化妆品原料名称目录（2015版）》里中就包含了32种。而酵母菌/锌发酵产物是所有含锌成分中最与众不同的一个。

在酵母菌生长过程中培养基里添加无机锌，利用酵母对锌元素的吸收和转化得到富含锌的酵母，再通过生物酶解技术实现富锌酵母胞内物的分离，从而得到酵母菌/锌发酵产物。

相比于无机锌以及化学合成类的锌原料刺激性明显，生物利用度低的缺点，酵母菌/锌发酵产物因为有机结合形式的优势而具有高生物利用度、安全、易吸收的特点，在细胞增殖、皮肤修复、控油抑菌、皮肤微生态调节方面具有其独有的功效特点。

安全性

通过与法国国家科学研究中心的合作发现，酵母菌/锌发酵产物中锌元素主要与蛋白质、多肽、氨基酸、柠檬酸、马来酸、琥珀酸等成分相结合存在于酵母细胞中。多样的有机结合形式，有效改善了无机锌所具有的刺激性和低吸收利用度问题。通过短期暴露体外试验，体外皮肤致敏测试：ARE-Nrf2荧光素酶角朊蛋白TM试验和人类细胞系激活试验（H-CLAT），人体的斑贴测试的测试后，我们发现酵母菌/锌发酵产物安全可靠，不存在任何的刺激性问题。

高生物利用度

酵母菌/锌发酵产物的大鼠代谢动力学的研究被刊登在了《Molecular Nutrition Food Research》上。通过试验测试结果可知，相比于硫酸锌和柠檬酸锌，酵母菌锌发酵产物的生物利用度比二者分别高出38.4%和15.5%，酵母菌/锌发酵产物有机形锌的优势在大鼠代谢动力学试验中被充分证明。

促进细胞增殖

根据锌元素所参与的与皮肤护理相关的酶类（SOD超氧化物歧化酶、MMP金属蛋白酶、AP碱性磷酸酶、RNA和DNA聚合酶）的功效特点，安琪对酵母菌锌发酵产物在细胞增殖和皮肤修复方面的功效进行了评价。

Image试验发现，酵母菌/锌发酵产物在48h时，在浓度为0.078%，0.156%，0.313%，0.625%，1.25%，2.5%时都具有明显的促增殖功效；锌元素以及其中的氨基酸、蛋白质、微量元素等为细胞的增殖提供了充分的营养。

促进细胞修复

通过细胞划痕的方法来验证酵母菌/锌发酵产物的修复功效，与空白组相比，样品组在浓度为1%、2%时对成纤维细胞具有明显的促迁移作用（p<0.01）。富含锌的氨基酸多肽等成分，更有利于细胞代谢吸收，进入细胞后可有效与胞内蛋白等物质结合，并参与机体众多基因和酶活性的调节，包括细胞分裂，生长和分化等。

促进多环芳烃的降解 多环芳烃因其“三致”(致癌、致畸、致突变)作用而日益受到人们的重视,许多国家都已将其列为优先污染物。已有研究表明,微生物降解是从环境中去除多环芳烃的最主要途径,且多环芳烃的降解性能随苯环数量的增加而降低,三环以下的多环芳烃易降解,四环以上的较难降解。迄今为止,关于多环芳烃降解菌能促进多环芳烃的生物可利用性存在三种假说:(1)通过分泌生物表面活性剂促进多环芳烃的降解[15]。(2)通过产生胞外聚合物促进多环芳烃的降解[16]。(3)通过形成生物膜促进多环芳烃的降解[17,18]。Johnsen等[19]的实验结果表明少动鞘脂单胞菌是通过分泌表面活性剂——葡聚糖脂的方式而促进多环芳烃化合物降解的。

用于除去有毒重金属 由于有毒重金属在土壤环境中的污染过程具有隐蔽性、稳定性及不可逆性等特点,因此,土壤中有毒重金属污染的修复一直是学术界的热点研究课题。目前可以用玻璃化、固定化/稳定化、热处理等技术除去土壤中的重金属。玻璃化处理技术可行,但是工程量大,费用高;固定化过程具有可逆性,因此处理后还需要不间断地监测处理效果;而热处理技术则只适用于除去易挥发的重金属如Hg等。因此,低成本的生物学处理方法发展很快。近年来,人们开始利用对生态环境无毒的生物表面活性剂修复受重金属污染土壤。Torrens等[20]的实验结果表明,添加鼠李糖脂使Cd的去除率提高了8%~54%。Mulligan等[21]用0.25%的莎梵婷连续5d冲洗受重金属污染的土壤后,Cu的去除率达70%。Mulligan等[22]分别使用三种不同的生物表面活性剂冲洗受重金属Cu、Zn污染的沉积物。三种生物表面活性剂对重金属的去除效果都不同:0.5%的鼠李糖脂对Cu的去除效果较好,去除率为65%;4%的槐糖脂则对Zn的去除效果较好,为60%;而莎梵婷对两者均无多大效果,去除率仅为15%和6%。并研究了重金属在沉积物中赋存形态量的变化,其中,鼠李糖脂和莎梵婷主要除去了有机结合态的Cu,槐糖脂主要除去了氧化物结合态和碳酸盐结合态的Zn。这一研究结果也证实了用生物表面活性剂冲洗沉积物除去其中重金属的方法是可行的。

展望 生物表面活性剂在石油、化工、医药、化妆品、食品等行业也有广泛的应用,因而其市场前景广阔。目前,生物表面活性剂的研究大多还处于实验室或模拟实验研究阶段,其主要原因就是生产成本还很高,和化学合成表面活性剂相比还没有明显的竞争优势,在污染物的治理应用中受到限制。为了早日实现生物表面活性剂的大规模工业化生产,提高实际应用程度,今后的研究将着重于以下三个方面:(1)选育能以廉价碳源为底物、产量高的菌种(如Benincasa等[23]利用生产向日葵油过程中产生的废物皂料为唯一碳源成批培养铜绿假单胞菌,获得的鼠李糖脂最大浓度为16g/L)。(2)在对生物表面活性剂的纯度要求较高的应用场合应设计经济有效的产物分离纯化方法。将其二次开发产品应用于化妆品、食品、制药等行业,能在一定程度上抵消生物表面活性剂的高生产成本。(3)研究生物表面活性剂生产菌降解有机污染物的作用机制,明确生物表面活性剂在污染现场的作用过程,使之在直接应用发酵液进行生物修复时能快速、有效降解污染物。

发酵产物的提取(也称下游处理)费用大约占总生产费用的60%,这是生物表面活性剂产品商业化的一个主要障碍。生物表面活性剂的最佳提取方法随发酵操作及其物理化学性质的不同而不同。其中溶剂萃取是最常用的提取方法,如Kuyukina等[7]利用甲基-叔丁基醚萃取红球菌生产的生物表面活性剂,可以获得较高产率10mg/L。超滤是用于提取生物表面活性剂的一种新方法。Lin等[8]用分子量截止值为30000Da的超滤膜从发酵液中提取枯草芽孢杆菌产生的脂肽类生物表面活性剂莎梵婷,收率达95%。Mattei等设计了一套连续提取生物表面活性剂的装置,应用切面流过滤法能连续提取产物,产率高达3g/L。能与连续发酵生产配套的产物提取方法有泡沫分离、离子交换树脂法等。Davis等[9]用泡沫分离法连续提取枯草芽孢杆菌产生的莎梵婷,收率达71.4%。鼠李糖脂的提取过程是先离心过滤除去细胞,再通过吸附色谱将鼠李糖脂浓缩在安珀莱特XAD-2树脂上,后用离子交换色谱法提纯,最后将液体蒸发和冷冻干燥可得纯度为90%的成品,收率达60%。

生物表面活性剂在环境工程中的应用 许多化学合成表面活性剂由于难降解、有毒及在生态系统中的积累等性质而破坏生态环境,相比之下,生物表面活性剂则由于易生物降解、对生态环境无毒等特性而更适合于环境工程中污染治理。如:在废水处理工艺中可作为浮选捕收剂与带电胶粒相吸以除去有毒金属离子,修复受有机物和重金属污染的场地等。

在废水处理工艺中的应用 用生物法处理废水时,重金属离子对活性污泥中的微生物菌群常会产生抑制或毒害作用,因此,在用生物法处理含重金属离子的废水时须进行预处理。当前,常用氢氧化物沉淀法除去废水中的重金属离子,但其沉淀效率受氢氧化物溶解度的限制,应用效果不甚理想;浮选法用于废水预处理时又常因所用浮选捕收剂在其后续处理过程中难降解(如化学合成表面活性剂十二烷基磺酸钠),易产生二次污染而受限制,因此,有必要开发易生物降解、对环境无毒害的替代品,而生物表面活性剂恰好具有这一优势。

但是,国内外对这一方面的应用研究很少,直到最近才有报道。Zouboulis等[10]研究了生物表面活性剂作为捕收剂除去广泛存在于工业废水中的两种有毒金属离子:Cr4+和Zn2+。结果表明,莎梵婷和地衣芽孢杆菌素在pH为4时均能很好地从废水中分离吸附了Cr4+的αFeO(OH)或Cr4+与FeCl3?6H2O形成的螯合物,极大地提高了Cr4+(50mg/L)的去除率,几乎可达100%;在pH为6时,莎梵婷对螯合物中的Zn2+(50mg/L)去除率高达96%,而在相同条件下,地衣芽孢杆菌素的处理效果不明显,去除率为50%左右。4.2在生物修复中的应用 在利用微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境的过程中,由于所使用的生物表面活性剂可以直接使用发酵液,能节省表面活性剂的分离提取和产品纯化成本,因此,生物表面活性剂在现场生物修复有机污染场地的应用潜力很大。国外对生物修复的研究大约起始于20世纪80年代初期,至今已有大量成功的工程实例。如Harvey等[11]将铜绿假单胞菌生产的海藻糖脂,加入ExxonValdez号油轮在阿拉斯加威廉王子海湾造成的原油泄漏污染的海水中,大大提高了原油的降解速度。这也是目前为止规模最大的实际应用中最成功的现场生物修复。而在国内还未见有将生物表面活性剂成功用于环境污染物治理方面的报道。

生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时,在代谢过程中分泌的具有表面活性的代谢产物。与化学合成表面活性剂相比,生物表面活性剂具有许多独特的属性,如:结构的多样性、生物可降解性、广泛的生物活性及对环境的温和性等[1]。由于化学合成表面活性剂受原材料、价格和产品性能等因素的影响,且在生产和使用过程中常会严重污染环境及危害人类健康。 因此,随着人类环保和健康意识的增强,近二十多年来,对生物表面活性剂的研究日益增多,发展很快,国外已就多种生物表面活性剂及其生产工艺申请了专利[2],如乙酸钙不动杆菌生产的一种胞外生物乳化剂已经有了成品出售。国内对生物表面活性剂的研制和开发应用起步较晚,但近年来也给予了高度重视,其中研究最多的就是生物表面活性剂在提高石油采收率以及生物修复中的应用。

生物表面活性剂的种类及其生产菌

生物表面活性剂的种类 化学合成表面活性剂通常是根据它们的极性基团来分类,而生物表面活性剂则通过它们的生化性质和生产菌的不同来区分。一般可分为五种类型:糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊表面活性剂。

生物表面活性剂的生产菌 大多数生物表面活性剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。这些生产菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中筛选得到的。如Banat等[3]从油泥污染的土壤中分离得到两株生物表面活性剂的菌株:芽孢杆菌AB-2和Y12-B。表1列出了一些主要的生物表面活性剂的种类及其生产菌。

生物表面活性剂的生产目前,可以通过两种途径生产生物表面活性剂:微生物发酵法和酶法。 采用发酵法生产时,生物表面活性剂的种类、产量主要取决于生产菌的种类、生长阶段,碳基质的性质,培养基中N、P和金属离子Mg2+、Fe2+的浓度以及培养条件(pH、温度、搅拌速度等)。如Davis等[5]在成批培养枯草芽孢杆菌时发现,在溶解氧耗尽和限氮条件下可得最大浓度(439.0mg/L)的莎梵婷。Kitamoto等[6]利用南极假丝酵母的休止细胞生产甘露糖赤藓糖醇脂,对培养条件进行优化后,最高产量可达140g/L。发酵法生产生物表面活性剂的优点在于生产费用低、种类多样和工艺简便等,便于大规模工业化生产,但产物的分离纯化成本较高。 与微生物发酵法相比,酶法合成的表面活性剂分子多是一些结构相对简单的分子,但同样具有优良的表面活性。其优点在于产物的提取费用低、次级结构改良方便、容易提纯以及固定化酶可重复使用等,且酶法合成的表面活性剂可用于生产高附加值产品,如药品组分。尽管现阶段酶制剂成本较高,但通过基因工程技术增强酶的稳定性与活性,有望降低其生产成本。

食品洗涤剂，也就是洗洁精，已经成了人们日常生活常用的日化产品之一，但总有传言说“洗洁精残留有毒，而罪魁祸首就是洗洁精里面含有的‘表面活性剂’”。要弄清这个问题之前，我们先要明白一个问题：

什么是表面活性剂？

表面活性剂是一大类化学物质的总称，结构上具有亲水亲油的基团，可以让水和油混合在一起。简单的说，水和油不相容，因为他们的化学结构互相排斥，就像两个敌方的士兵，见面就互相打架。而表面活性剂，分别具有亲水的化学机构和亲油的化学结构，可以让水和油混合，凑合在一起过日子。

表面活性剂常见吗？

表面活性剂十分常见，自然界及人工合成的物质中，可以用作“表面活性剂”的足有数万种。比如过去人们会用皂荚树（又叫皂角树）结的果实泡水洗衣服，就是利用了其中含有的表面活性剂皂角苷。还有这些年逐渐流行起来的手工皂，将油脂经过皂化后形成的硬脂酸盐，也是表面活性剂。

表面活性剂有能吃的吗？

还有许多吃的，比如豆浆、牛奶，正是因为有了磷脂等物质作为表面活性剂，其中许多营养物质才可以稳定而不沉淀。也有不少食品需要额外添加表面活性剂，例如蛋糕在制作过程中，额外添加一些表面活性剂，才能让起酥油等物质均匀地分散到蛋糕中去。甚至我们人体能够正常进行新陈代谢，都离不开表面活性剂的功劳。人体的胆汁就可将脂肪乳化成较小的脂肪微粒，经小肠吸收。

表面活性剂原理是什么？

所以，表面活性剂并不是十恶不赦的有害物质，大自然中有、我们的食物中有、我们的身体中也有。在家用的洗洁精中，表面活性剂是除了水之外，含量最大的成分，通常含量在15%以上，并且也是发挥除油功能的成分。因为它亲水又亲油，可以将油污从餐具上“拽”下来，并让污渍以微粒的形式溶入水中。

关于表面活性剂有哪些规定？

根据GB14930.1-2015《国家安全标准 洗涤剂》相关规定，食品用洗涤剂中的表面活性剂，都是无毒或者低毒的物质，不要说残留的那一点了，即便是直接喝上几口，其实都不会有严重危险。

这可不是我们随口乱说的，大多数用在洗洁精中的表面活性剂，LD50(半数致死量)都在1g/kg这个数量级，也就是对于一个60kg的成年人而言，差不多要喝完一整瓶洗洁精，才会有生命危险。当然，这不是说真的误食了就什么都不管，就医诊疗不可或缺，只不过离“中毒死亡”还有一段距离。