（环境科学专业论文）产表面活性剂菌株的筛选、发酵条件优化及定量研究.pdf

耋塞垦重堡型鎏篓墅要誊：堡鬟篓墼：堡些墨塞塞丝圣 a b s t r a e t c o m p a r e dw i t hc h e m i c 巅s t i r f a c t a n t 、b i o s u r f a c t a n th a so b t a i n e di n t e r n a t i o n a l a t t e n t i o nb e c a u s eo fi t se n v i r o n m e n tf r i e n d l ya n db r o a da p p l i c a t i o np o t e n t i a l t h e r e f o r e ，t h ew o r k so fe x p l o i t a t i o no fb i n - s u r f a c t a n tm i c r o o r g a n i s mr e s o u r c e s ， i m p r o v i n gt h e i ry i e l di nl b r m e n t a t i o ns o l u t i o n ，a n ds t u d y i n go fs u r f a c t a n tq u a n t i f y i n g h a v ee x t e n s i v eb i o l o g i c 赫a n de c o n o m i cs i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r ，t w e l v es t r a i n sw h i c hc o u l dp r o d u c eb i n s u r f a c t a n tw e r es c r e e n e d b yd e s i g n i n gas e l e c t i v ee u i t u r a lm e d i u ma n da l l o ft h e mc o u l dr e d u c et h es u r f a c e t e n s i o no ft h ef e r m e n t a t i o ns o l u t i o nf r o m ( 6 8 士0 2 、m n mt o4 0m n t m a f t e rb e i n g i d e n t i f i e d ，m o s to ft h es t r a i n sw e r eb a c t e r i aa n do t h e r sw e r ee p i p h y t e t w oo ft h e s t r a i n sw h i c hw e r ei d e n t i f i e da sb ”r k h o l d e r i ag l a d i o l ia n da b m d i ao r c h i d is h o w e dt h e b e s ts u r f a c e a c t i v ea n dw e r ec h o s ef o rc u l t u r i n go p t i m i z a t i o nb yu s i n go r t h o g o n a t e x p e r i m e n t a lm e t h o d u n d e rt h eo p t i m i z e df e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n s ，b i n s u r f a c t a n t p r o d u c t i o n so ft h et w os t r a i n sh a v ei n c r e a s e di 7a n d1 3t i m e s r e s p e c t i v e l y w h a t s m o r e b i o - s u r i h c t a u tp r o d u c e db yb u r k h o l d e r i ag l a d i o l iw a sl i p o p e p t i dd e t e r m i n e db y t h em e t h o d so fm e t h y l e n eb l u e - c h l o r o f o r mt e s ta n dt h i nl a y e rc h r o m a t o g r a p h yw i t h i t sc r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o no f2 0 - 2 5m g li nd i s t i l l e dw a t e r + f o rv a r i o u sb i n s u r f a c t a n t s d i s c o v e r e d r h a m n o l i p i d w a sw e l ls t u d l e d h 2 s 0 4 - a n t h r o n ea n a l y s i sm e t h o d l c y s t e i n e - 1 - 1 2 s 0 4m e t h o da n dp h e n o l - h 2 s 0 4 m e t h o dw e r ec o m p a r e di nt h ep r e s e n tp a p e r ，a n dt h ei n f l u e n c ef a c t o r sw e r ea l s o c o n s i d 。r e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a th 2 s o a - a m h r o u ea n n l y s i sm e t h o dw a sb e t t e rt h a n t h eo t h e r sa n di t so p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o nw a so b t a i n e d t h e n f l u e n e et ot h e q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fr h o m n o l i p i df r o mt h er e s i d u a lg l u c o s ea n dt h et o pc l e a nl i q u i d l a y e ri nt h ef e r m e n ts o l u t i o nc o u l db ei g n o r e d b u tt h ei l f f l u e n c ef r o mt h eb a c t e r i a l b o d ya n dt h em i d d l el a y e ro ft h ef e r m e n ts o l u t i o nr e a c h e dac e r t a i nd e g r e e t h u s ，t h e b a c t e r i a lb o d ys h o u l db er e m o v e db e f o r cm e a s u r i n gl t o w e v e r ，t h ei u f l u e n c ef r o mt h e m i d d l el a y e ro ft h ef e r m e ms o l u t i o nc o u l db ea v o i d e db ym a k i n gas t a u d a r dc u f v e w h i c hw a sm a d eb yu s i n gar h a m n o s em i x e dw i t ht h em i d d l el a y e rf e r m e n ts o l u t i o n m a n ya d s o r p t i o ni s o t h e l q t f li n d i c a t e sc o r r e l a t i o nb e t w e e ns u r f a c t a n td e n s i t ya n d s u r f a c e i n t e r r a c i a lt e n s i o no r a d s o r p t i v ec a p a c i t y i s v e r ys t r o n g ，b u tc o r r e l a t i o n b e t w e e ns u r f a c t a n td e n s i t ya n ds u r f a c et e n s i o na n dd i l u t i o nm u l t i p l eh a sn o tb e e n r e p o r t e da n dt h e r e f o r ew a ss t u d i e di nt h i sp a p e rt h er e s u l ds h o w e dt h a tt h es i m u l a t e d c u r v eo fm u l t i p l e s u r f a c et e n s i o nv a l u eo ft h e 时ld i s e r e t i z a t i o r td a t ap o i n ta n dt h e h s e c t o ri n t e g r a lv a l u eo ft h ef i r s tnd i s c r e t i z a t i o nd a t ap o i n tb yu s i n gt h r e es t a g e s h e r m i ti n t e r p o l a t i o nf i t t i n gm e t h o dw a sa p p r o p r i a t e fv a l u eo fl i n e a rr e g r e s s i v e e q u a t i o nb e t w e e nt h es u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o na n dt h ei n t e g r a lv a l u eo ft h e i rs u r f a c e t e n s i o nv a l u e d i l u t i o nt i m e sw a si n f l u e n c e db yi n t e g r a t i n gr a n g e ，( b i o ) s u r f a c t a n tt y p e ， t h er a t i oo fc o n c e n t r a t i o na n dt h ec r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o n ，a sw e l la st h e i m p u r r i e si nt h es o l u t i o n ，b u tt h ef v a l u ew a sa l w a y sh i g h e rt h a nf o0 0 5 k e y w o r d s ：b i o - s u r f a e t a n t s ；s c r e e n i n g ；o r t h o g a n a le x p e r i m e n tm e t h o d ；c u l t u r a l c o n d i t i o no p t i m i z a t i o n ；q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s i i i 主塞至重鏊型墼堡墼丝童：垄墼篓些篁堡垒塞塞些塞 插图索弓 图2 1 发酵液取样及表面张力值测定毽2 6 图3 1k h 2 p 0 4 n a 2 h p 0 4 、酵母浸谢以及初始p h 值对发酵液表面张力的影响3 6 图3 2 犁头霉营菌体的疑大吸收峰3 7 图3 3 掣头霉菌在种子培养基中的生长曲线3 8 图3 4 犁头霉菌在优化条件下发酵过程曲线3 9 图41 浓度的测定4 7 图4 2 最大吸收峰曲线s 2 露4 3 生长睦线5 2 图4 4 葡萄糖，氮源，磷源和m g s 0 4 7 h 2 0 ( g l ) 列发酵液表面张力及p h 值的 影响，5 3 罔4 5 切始p h 值，培养温度和磷源对发酵液p t t 值的影响5 4 图4 6 菌种量，植物油含量和制霉菌素对生物表面括性剂产量的影响5 5 巨4 ，7 发酵过程曲线一 图4 8 浓度随分离条件的变化一 圈4 9 糖脂和船肽显邑薄板 图4 1 0 生物表面活性剂在不同浓度下的表面张力值 图5 1 发酵液和离心液中鼠拳糖浓度 图5 2t 靖渡对鼠李耱定量影响穗线， 图5 3 中层杂质对鼠李糖定量影响 罔5 4 水解液显色对汜 图6 1 拟合及求积方式的比较7 3 图6 2s d sa ) 、c t a bb ) 和茶皂素c ) 所得的积分值浓度的线性回归方程f 值 。+ 。，。+ ，。+ ，。7 4 罔6 3 去菌体前后含鼠李糖脂发酵液浓度。积分值的线性回归方程，值7 5 鼹吖锯诣曲 附表索弓 表1 1 糖艏的表面活性 表1 2 生物表弼活性剂和化学表面活性荆的物理性质比较 表i 3 生物表面活性剂及其产生菌 表1 4 生物表藤活性剞生产方法 表1 5 红串红球菌在难构烷烃中生产的海藻糖脂 表1 6 微生物表匠活性帮的应用 表2 1 发酵培养2 、3 d 时表面张力值 表3 1 试验因素水平表f i j l 6 ( 4 4 2 3 ) 1 表3 2 正交试验结果的方差分析 表3 3 第二次芷交优化表头设计 表3 4 验证性试验设计一 表3 5 验征性试验结柴 表3 6 菌龄和接种量正交试验冈桑水平装 表3 7 不i 司蘸龄、不同接种潮量时发酵液的r b c a ) 值 表4 1 因素水平设计表 表4 2 表嚣张力及p h 的r 位 表4 3 表面张力的方差分析 表4 4p l 值的方差分析 表4 , 5 验汪结果。 表4 6 表面活性剂浓度分析 表4 7 菌种量与植物淮含量之闻的相互作羽 表4 8 菌龄对表面活性剂生产的影响 表4 ，9 三种方案所得粗产品的表丽张力比 表41 0 显色而积 表5 1 正交表头设计 表5 2 方差分轿表 ，4 。，+ 5 7 1 0 1 2 ，1 4 ，。i j ，2 7 3 5 。3 5 3 6 。3 6 。3 7 3 8 。，。3 9 4 5 5 3 5 3 + 5 4 + ，5 5 ，5 5 ，。5 6 ，5 6 5 8 5 9 6 6 。，6 6 1 1 表面活性剂概述 第1 章绪论 表面活性剂( s u r f a e t a n t ) 是一种两亲性分子，含有一个亲水基团和一个亲脂 基团，疏水基团通常是碳氢化合物，而亲水基团则是带正电、负电或两性的基团。 根据基团的电荷性，表面活性荆通常被分为；非离子型、阳离子型、阴离子型和 两性离子型表面活性剂。乙氧基化台物、氧化乙烯、氧化丙烯、山梨酸糖脂等都 是常见的非离子犁表面活性剂，而腊肪酸、磺酸盐和季胺盐等却都是常见的离子 型表面活性剂。由于同一分子中具有亲脂和亲水基团，表面活性剂趋向于液相与 另一种极性和氢键力不同的液相或气相的界面( 如水油界面、水气界面) ，并在 界面形成分子层，从而降低界面能量( 界面张力) 或表面张力这也是表面活性 剂的唯一具青的特性，这种特性使得表面活性剂具有极其广泛的应用，包括乳化、 发泡、去污、浸润、分散和增溶等i l j 。表面活性荆的增溶作用和各种界面作用( 包 括表面张力降低、界面张力降低、起泡、消泡、润湿、乳化、分散悬浮、凝聚等) 都与上述基本性能有直接或间接的关系。 目前，全球表锄活性剂的年产量已超过3 1 0 6 t ( 总价值为4 0 亿美元以上) ， 几乎所有的表面活性剂都是以石油化工产品为原料经化学合成得到，表面活性剂 制造工业之大，常被人们誉为有机化学之巨子。表面活性剂是一类品种多样， 用途广泛的精细化工产品。素有“工业味精”之称，由于其上述特性，在工农业 生产和医药行业及日常生活中扮演着非常重要的角色。目前表面活性剂在工农业 生产中已被广泛应用于微生物培养和发酵工业中的消泡剂、灭火剂、化妆品与农 药的乳化剂和增溶剂、食品添加剂、石油及石油加工后产品的处理剂、微生物采 油与化学反应的催化剂( 胶束催化和相迁移催化) 和分散剂、各种日用及工业用 的洗涤剂、矿石浮选与液体离子的交换剂和选择剂t “。 但是，表面活性剂的广泛应用，也引起了环境污染问题。应用于家庭和工业 的各种表面活性剂大多作为洗净剂、表面处理剂、乳化和破乳剂。使用后的表面 活性剂大多混入污水中而被弃去，其中很大一部分污水可能根本不经过任何处理 就被排放到自然环境中。实际上，即使是被排放到污水处理厂的那部分废水也要 充分考虑到能否被微生物降解，因为在很多污水处理厂，用活性污泥法处理是很 重要的一道工序。因此，活性剂的生物降解性越来越成为衡量表丽活性剂的一个 重要指标。比如，早在】9 6 2 年，欧共体就通过了一条关于在洗涤剂中应用表面活 性剂的法规，要求表面活性剂必须有8 0 能生物降解。 讨论生物降解问题时应考虑以下几个方面 i ： 产嚷面活性剂菌株的筛选、发酵条件优化及定量研究 1 初级生物降解( p r i m a r yb i o d e g r a d a t i o n ) ：改变物质特性所需的最低程度的 生物降解作用。 2 达到环境能接受程度的生物降解( e n v j r o n m o n t a l i ya c c e p t a b l e b i o d e g r a d a t i o n ) ：达到失去对环境不良性质程度的生物降解作用。 3 最终生物降解( u l t i m a t eb i o d e g r a d a t i o n ) ：转变成无机质的生物降解作用。 目前化学合成的表面活性剂中，有一些能做到“初级生物降解”和“i 三到环 境能接受程度的生物降解”，但绝大多数都难以做到“最终生物降解”，然而在这 方面，生物表面活性剂有着独到的优势，它可以达到“最终生物降解”【1 ，从而 彻底解决了表面活性剂使_ j 中的生态问题。 1 2 生物表面活性剂概述 1 2 1 生物表面活性剂的概念 1 2 1 1 生物表面活性剂的定义 生物表面活性剂( b i o s u r f a c t a n t ) 是天然表面活性剂的一种，主要是指微生 物生长过程中在特定条件下所产生的具有表面括性的代谢产物，当然也有动物和 植物产生的。生物表面活性剂是细胞与生物膜正常生理活动所不可缺少的成分。 一方面广泛地分布于动、植物等生物体内，另一方面微生物在其菌体外较大最地 产生、积储口】。不同文献中对生物表面活性剂有不同的定义，这是因为由牛物体 系代谢产生的两亲化合物有两类：一类是一些低分子量的小分子，它们能显著降 低空气水或油- 水界面张力；另一类是一些生物大分子，它们降低表、界而张力 的能力比较差，但它们对油一水界面表现出很强的亲和力，能够吸附在分散的油滴 表面，防止油滴凝聚，从而使乳状液得以稳定。有些文献中将后一类称为生物乳 化剂( b i a e m u s i t i e r ) ，而有些文献中则将这两类都称为生物表面活性剂州。 本文所指的牛物表面活性荆是微生物产生的一类其有一定袁面活性的两性物 质，它们一般是微生物存一定条件下的培养代谢过程中分泌出具有表面活性的代 谢产物，如糖脂、多糖脂、脂肽、脂蛋白及中性类脂衍生物等，其中大部分都具 有起好的降低表面张力、界面张力的性能。 1 2 1 2 生物表面活性剂的研究历史 早在2 0 世纪4 0 年代，z o b e l l 在研究硫酸盐还原细菌从沙粒中释放原油的机 制时就指出，微生物产生表面活性剂是细菌驱油的主要机制之一。1 9 5 7 年，捷克 的d o s t a l e k 和s p u m y 把脱硫弧菌( d e s u 响v i b r i o ) 和假单胞菌同糖蜜一起注入油 层，结果使原油产量得到了提高。他们认为，可能足细菌产生的表面活1 _ ! ! 物质， 改变了岩石油一水三相系统的界面张力所致。 硕士学位论文 6 0 年代后，石油丁业开始发展，微生物对烃类物质的乳化机制引起了极大关 注，对提取的微生物表面活性剂集中于结构、性能、生物合成及调控的研究。 2 0 世纪7 0 年代初人们就已经认识到许多数量众多的天然水溶性高分子化合 物具有表面活性1 4 j j ，到了七十年代末，生物表面活性剂的研究开始发展起来。1 9 7 6 年，z a j i e 和p a n c h a l 综述了微生物乳化剂的来源及特性，预测了其应用潜力。1 9 8 0 年，c o o p e r 和z a j i e 评述了微生物表面活性剂的化学特性。1 9 8 4 年，z a j i e 和s e f f e n s 阐述了微生物表面活性剂的理化性能。1 9 9 1 年，v a n d e r 等进行的轴对称液滴分析 ( a d s a ) 非常有效，其他比较简单的方法有快速液滴破裂实验、产表面活性剂 菌落的薄层层析及比色法检测解烃细菌与产鼠李糖脂的细菌。近年来的研究热点 是发展快速检测表面活性荆高产菌株并评价其产表面活性剂潜力方法。 用微生物发酵法生产表面活性剂是7 0 年代后期发展起来的。加拿大、英国、 德国、前苏联等主要研究并开发各类新型生物表面活性剂、寻找最适生产条件， 表面活性剂结构剖析与改性，物化性能测试，室内驱油物理模拟等。z a j i e 实验室 几个产品已商业化。s i n g e r 实验室选育的一种细菌，以i f 构烷烃为唯一碳源，产 生一种胞外和胞内糖脂型表面活性剂使重油粘度降低9 5 以上，形成稳定的水 包油乳状液”j 。在北美，许多大的石油公司和大的跨国化学公司都积极研究开发 生物表面活性剂，研究兴趣主要集中在微牛物法生产表面活性剂、助表面活性剂 及其在微生物采油中的应用，迄今为止在这些方面已申请多项专利，有些产品已 经商业化，其性能完全可与化学合成表面活性剂相媲美【7 】。在这一阶段，除了石 油工业以外，生物表面活性剂也开始应用于从乳化、破乳至润湿、发泡及抗静电 等各个方面。迄今为止，这些方面已获得了不少成就，但由于工业技术保密，从 发表的文献中很少能获得这方面的信息。 1 2 2 生物表面活性剂的性质 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 或酵官能团、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。 生物表面活性剂除了能显著降低表面张力和界面张力，还具有其它特有的性能， 如p s e u d o m o n a ss p 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( t w e e n ) 。i 司时，生物表面括性剂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，如从p s e u d o m o n a ss p 得到的糖脂具有一定的抗菌、 抗病毒和抗枝原体的性能等。有些牛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 1m o l l 盐酸中浸泡7 0 个小时，也仪有1 0 的糖脂 被降解。p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s as t b l 产生的类蛋白活化剂在p h 为1 4 1 14 范围 内非常稳定。还有许多生物表面活性剂耐热性非常好，如糖脂( 表1 1 ) 、蔗糖 产表面活性剂菌株的筛选、发酵条件优化及定量研究 脂、槐糖脂、酸性槐糖脂、鼠李糖脂等。 表11 糖脂的表面活性 t a b l e1 1s u r f a c ea c t i v eo f g l y c o l i p i d 生物表面活性剂最低表面张( m n m )c m c ( m g l ) 最低界面张( r a n m ) 海藻糖单脂 3 231 6 海藻糖取脂 3 641 7 海藻糖四脂 2 61 5 1 鼠李糖脂i 2 62 04 鼠李糖脂 2 71 0 1 槐糖脂 一一1 5 甘露糖脂4 0 5 1 9 葡萄糖脂 4 01 09 麦芽二糖单脂 3 31l 麦芽二糖双脂 4 61 01 3 麦芽三糖三脂 3 5 3 l 纤维二糖双脂 4 42 01 9 牛物表面活性剂主要具有以下的特征1 6 】： 1 生物表面活性剂表面性能优良，同样能显著地降低表面( 界而) 张力，具 有渗透、润湿、乳化、增溶、发泡、消泡、洗涤去污等系列表而性能。 2 有一些生物表面活性剂还有抗菌、抗病毒、抗肿瘤等的药理作用和免疫功 能。例如，由r h o d o c o c c u se r y t h r o p o l i s 在含甘油的培养基中所分泌产生的单琥珀 酰海藻糖脂能显著地抑制h e r p e s s i m p l e x 类型i 病毒。 3 生物表面活性剂分子结构类型多种多样，即有结构简单的分子或高分子， 其中人多数是因其复杂的结构而传统的化学方法所难以合成的。 4 生物表面活性剂的合成原料多是在自然界中广泛存在的、无毒无副作用的 物质，如甘油三酯、脂肪酸、磷脂、氨基酸等，其来源方便，价格便宜。 5 ，牛物表面活性剂的生产工艺简单，常温、常j 盘下即可发生反应，生产设备 要求不高。 6 生物表面括性剂产品本身无毒，并且能够在自然界完全、快速地被微生物 降解掉，不会对环境造成污染和破坏。 与化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有许多有利之处( 见表1 2 ) ： ( 1 ) 具有更强的表面和界面活性，选择性和专一性好，用量少，无毒或低毒；( 2 ) 化学结构更为复杂和庞大，单个分子占据更大的空间，因而显示出较低的临界胶 束浓度；( 3 ) 可生物降解性，不对环境造成污染；( 4 ) 可用微生物方法引入化学 方法难以合成的新化学基团：( 5 )般不致敏、可消化，j 以用于化妆品，甚至 硕士学位论文 作为食品添加剂；( 6 ) 可以从工业废物中生产，能够应用于环境的生物治理：( 7 ) 结构多样，有可能适用于特殊的领域；( 8 ) 对油水的乳化更加稳定；( 9 ) 具有 更好的环境相容牲、更高的起泡性，以及在极端温度、p h 、盐浓度下的具有更好 的选择性和专一性【“1 ；( 1 0 ) 用微生物发酵生产，工艺简便， 当发酵技术进一 步成熟和产量达到一定规模后生产成本可望进一步降低，进而可广泛应用于工业、 农业、医药以及人们日常生活用品等各个领域。由此可见，与化学合成表面活性 剂相比，生物表面活性剂有许多明显的优势，可以成为化学合成表面活性剂的替 代品或升级换代产品，有着巨大的经济效益和社会效益。 表i2 生物表面活性剂和化学表面活性剂的物理性质比较i 。4 t a b l e12c o m p a r i s o nb e t w e e np h y s i o e h e m i c a lo fc h e m i c a ls u r f a c t a n t sa n db i o - s u r f a c t a n t s 表面张力界面张力 临界胶束浓度 表面活性荆类型 ( r a n m )( m n m )( m g t l ) 脂肽2 7o ，1 0 31 2 2 0 枯草菌脂肽 2 7 3 2l02 3 1 6 0 槐糖腊 3 0 3 710 201 70 - 8 20 s u r f a c t i n2 700 11 10 鼠李糖脂 2 5 3 00 0 5 405 - 2 0 0 微 海藻糖脂 3 0 3 835 1 74 - 2 0 生 海藻糖- 6 - 霉菌酸脂 3 2】602 0 物 海藻糖6 二霉菌酸脂 3 61 7 02 o 合 海藻糖2 ，3 ，4 ，2 - 四脂 2 6 i 0 1 0 0 成 海藻糖6 一四，六，八脂 3 00 0 2 1 0 - 51 5 0 0 0 葡萄糖6 霉菌酸脂 4 09 02 00 纤维素二糖6 - 霉菌酸脂 3 51 040 麦芽三糖一6 ，6 ，6 - - 三霉茼 4 41 90 1 0 0 黑粉菌酸 3 0 102 00 化 十二烷基磺酸钠 3 700 2 2 1 2 0 ，0 学 溴化十六烷基三甲基铵 3 050 0 1 3 0 0 0 口 线性烷基苯磺酸盐4 7 1 o5 9 0 成 i v e e n 一2 0 3 048 0 6 0 0 0 1 2 3 生物表面活性剂的种类 化学合成表面活性剂是根据它们的极性基团来分类。而生物表面活性剂则不 同，主要依据它们的化学组成和微生物束源分类1 6 1 5 。生物表面括性剂是禽有亲 脂基团和亲水摹团的两性生物分子。其中亲脂基团为脂肪酸的碳链或甾酮碳环， 产表面活性剂菌株的筛选、发酵条件优化及定量研究 亲水基团( 极性基团) 为脂肪酸或氨基酸的羧基、磷脂的磷酰基或糖类和缩氨酸 的羟基。根据它们的结构和形态，它们可咀分为六类：羟基化和交联化的脂肪酸 ( 地衣酸) 、糖脂、磷脂、脂多糖、脂肽和脂蛋白以及细胞整体 1 6 , 17 。生物表面 活性剂也可以按分子大小分成两类：诸如糖脂、磷脂、脂肽和脂肪酸等能够有效 降低表面张力的低分子量分子和诸如脂多糖和脂蛋白等多聚物【l ”。与其结构相对 应，生物表面活性剂主要分为糖脂类、脂肽和脂蛋白类、磷脂和脂肪酸类、聚合 表面活性剂类和微粒表面活性剂等五大类i l 。 1 糖脂类 大多数已知道的生物表面活性剂属于糖脂类。存糖脂中，人们最熟悉的是鼠 李糖脂、海藻糖脂和槐糖脂。 鼠李糖脂常由假单孢荫( p s e u d o m o n a ss p p ) 产生。j a r v i s 和j o h n s o n 在】9 7 6 年第一次报道了用铜绿假单孢菌( p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a ) 生产鼠李糖脂，它可 以使鼠李糖脂表面张力降到2 5 m n m 3 0 m n m 之间。 分枝杆菌属( m y c o b a c t e r i u m ) 、诺卡氏菌( n o c a n d i a ) 和棒杆菌属 ( c o r y n e b a c t e r i u m ) 的大多数种都可产生海藻糖脂。红串球菌( r h o d o c o c c u s e r y t h r o p o l i s ) 会合成一种阴离子海藻糖脂。红串红球菌和节杆菌( a r t h r o b a c t e rs p ) 产生的海藻糖脂能分别使培养液中的表面和界面张力降低到2 5 m n m - 4 0 m n m 和 1 m n t m - 5 m n m 之间。 槐糖脂主要由酵母产生的。如球拟酵母( t o r u l o p s i sb o m b i c o l a ) 、嗜石油球拟 酵母( t p e t r o p h i l u m ) 和蜜蜂生球拟酵母( t a p i c o l a ) 。槐糖脂能使难十六烷和水 的界面张力从4 0 m n m 降到5 m n m ，并且对p h 值和温度的变化有很好的稳定性。 2 脂肽和蛋白质 1 9 6 8 年，a r i m a 等首次发现枯草杆菌( b a c i l l u ss u b t i l i s ) i f 0 3 0 3 9 产生的脂肽 类表而活性剂呈晶状，商品名为表面活性素( s u r f a e t i n ) ，是迄今已报道的效果最 好的表面活性剂之一，在o 0 0 5 的浓度下，能将表面张力从7 2 m n m 降到 2 79 m n l m 。地衣芽孢杆菌( b 1 i c h e n i f o r m i s ) 8 6 产生的表面活性剂b l 一8 6 能把水 的表面张力降到2 7 m n m ，把水和正十六烷的界面张力降到0 3 6 m n t m ，并很好的 促进b - 碳化硅胶体在氮化铝浆中的扩散。 短小芽孢杆菌( b a c i l l u sb r e v i s ) 和多粘芽孢杆菌( 口p o l y m y x a ) 产生的很多 环脂肽，都有很好的表面活性。假单孢菌( p r g b e s c e ? l s ) 和硫氧化硫杆菌 ( t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ) 产生的含鸟氨酸和牛黄酸的脂、膨胀十壤杆茼 ( a g r o b a c t e r i u mt u m e f a c i e n s ) e f 0 3 0 5 8 产生的含赖氨酸的脂和褪色沙霄氏菌 ( s e r r a t i am a r c e s c e n s ) n s 3 8 产生的一种含氨基酸的生物表面活性剂都有很强的 表面活性。 3 脂肪酸、磷脂和中性脂 硕士学位论文 不动杆菌( a c i n e t o b a c t e rs p ) h o i n 可产生磷脂乙醇胺，有乳化作用：瞌毒 ( a s p e r g i l l u ss p p ) 的一些种和硫氧化硫杆菌也可大量产牛磷脂；节杆菌菌株 a k 。1 9 和铜绿假单孢菌( t = a e r u g i n o s a ) 4 4 t i 在十六烷和橄榄油上生长时，能分别 积累4 0 和8 0 ( w t w t ) 的磷脂；红串红球菌在j e 烷烃中生长对产生的磷脂酰乙 醇胺能把水和十六烷之间的界面张力降到l m n m 以下。 4 高分子生物表面活性剂 醋酸钙不动杆菌( 一，x a l c o a c e t i c u s ) r a g 1 能产生一种有效的聚阴离子杂多 糖，是水中烃类非常有效的乳化剂；n a y o n v e n e z i a 等从抗辐射不动杆菌 ( 4 r a d i o r e s i s t e r s ) k a 一5 3 分离出了一种含丙氨酸的阴离子杂多糖蛋白生物表面 活性剂；腊多糖是解脂假丝酵母( c a n a d a 咖o b r t i c a ) 合成的细胞外水溶性乳化 剂：苔粘双孢黑粉菌( s c h i z o n e l i am a i a n o g r a n m m a ) 和禾蜀黍黑粉菌( u s t i l a g o m a y d i s ) 可产生一种生物表面活性剂，它是含赤藓糖醇和甘露糖的脂；荧光假单 孢菌( 户以u o r o s c e n s ) 在汽油上生长时可产生一种生物乳化剂，它由5 0 的碳水化 合物、1 9 6 的蛋白质和1 0 的脂组成。 5 微粒生物表面活性剂 小动杆菌( a c i n e t o b a c t e rs p p ) h 0 1 n 产生的囊泡，直径为2 0 5 0 n m ，浮力 密度为1 1 5 8 9 c m 3 ，是由蛋白质、磷脂和脂多糖组成的，比起相同生物体外的膜， 膜的囊泡大约可以包含5 倍的磷腊和大约3 5 0 倍的多糖。这些胞外膜囊泡具有分 隔烃类的微乳化作用，这在微生物细胞吸收烷烃雷物质中起了重要作用。 1 3 生物表面活性剂的生产 1 3 1 生物表面活性剂产生菌 表i 3 生物表面活性剂及其产生菌 t a b l e1 3b i o s u r f a c t a n t sa n dt h e i rm i c r o o r g a n i s m s 生物表面活性剂名称 产生菌 r h a m n o l i p i d s g l u c o s e 一，f r u c t o s e ， s a c c h a r o s el i p i d s p s e u d o m o n a ss p p p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a a r t h r o b a c t e rs p p a r t h r o b a c t e r p a r a f f i n e u s c o r y n e b a c t e r i u ms p p c o r y e b a c t e r i u mh y d r o c a r b o c l a s t u s r h o d o c o c c u se r y t h r o p o l i s 耋塞至重丝型童堡墼丝童：茎璧量竺釜些墨壅兰墼童。，。；。一 t r e h a l o s el i p i d s a r t h r o b a c t e r p a r a f f i n e u s c o r y n e b a c t e r i u ms p p m y c o b a c t e r i u ms p p m y c o b a c t e r i u mp a r a f f i n i c u m m y c o b a c t e r i u mp h l e i m y c o b a c t e r l u ms m e g m a t i s m i c r o m o n o s p o r a r h o d o c o c c u se r y t h r o p o l f s s o p h o r o s el i p i d s c e t l o b i q s el i p i d s p o l y o ll i p i d s p h o s p h o l i p i d s s u l f o n y l i p i d s m o n o 一，d i g l y c e r i d e s d i g l y c o s y ld i g l y c e r i d e s m e l l y s i n l i p i d o r a i t h i n e l i p i d n u t r o l i p i d w h o l ec e l l ( 1 i p o p e p t i d e ) m y e o l a t e so fm o b o ，d ia n d t r i s a c c h a r i d e l i p o p o l y s a c c h a r i d e s c a n d i d as p p p 5 e u d o m o n a ss p p t o r u l o p s i sb o m b i e o l a t o r u l o p s f sa p f e o l a ( l t t i l a g om a y d t s r h o d o t o r u l ag l u t i n u s r h o d o t o r u l ag r a m i n u s “c f ”p 幻6 d f f p ，s p p c o r y n e b a c t e r i u ms p p c o r y n e b a c t e r i u ma l k a n o l y t i c u m m i c r o c o c c u 8s p p t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n # c a p n o c y t o p h a g as p p 爿o f ”g f a 6 口f r p rs p p l