鼠李糖脂资料.docx

表面活性剂综述皂素（saponin) 烷基多苷（Alkyl polyglucosides）表面活性剂：表面活性剂是一类集亲水基和憎水基于一体，可显著降低溶剂的表面张力或液一液界面张力的一类化合物。其分子结构一般包括长链疏水基团和亲水性离子基团或极性基团两个部分。通常，表面活性剂分子的两个部分的基团是不对称的。此种结构上的两亲特点，决定了表面活性剂的许多物理化学性质，是产生表面活性的内在原因。不仅具有很高的活性，即在水中加入很少量就能使水的表面张力大幅度地降低，而且还具有独特的渗透;润湿和反润湿(防水、防油);乳化和破乳:发泡和消泡;洗涤、分散与絮凝，抗静电，润滑和加溶等应用性能。从广义上讲，可将表面活性剂称为这样一类物质即在加入很少量时就能明显改变体系的界面性质和状态的物质。表面活性剂的化学结构特点：表面活性剂是由性质不同的两部份组成。一部份是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部份为亲水疏油的极性基。这两部份分别处于表面活性剂分子的两端，为不对称结构。因此表面活性剂分子结构的特性是一种既亲油又亲水的两亲分子。它不仅能防止油水相排斥，而且具有把两相连接起来的功能。表面活性剂的分类：按表面活性剂有水溶液中能否解离，分为离子型与非离子型表面活性剂。而离子型表面活性剂又按产生电荷的性质分为阴离子、阳离子型和两性离子型;按表面活性剂在水和油中的溶解性可分为水溶性和油溶性表面活性剂;前者占多数，但后者日益重要，只是其品种不多。按分子量分类，可将分子量大于104者称为高分子表面活性剂，在103一104称为中分子量表面活性剂及分子量大于102一103者称为低分子量表面活性剂。还有按表面活性剂的功能来进行分类的。有表面张力降低剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂、增溶剂、消泡剂等。表面活性剂的性质：表面活性剂的两亲特性使其能定向地吸附于两相界面上，亲水基一端朝向水相，疏水基一端朝向油相，从而降低了水溶液的表面张力或油水界面张力。表面活性剂在界面上吸附越多，界面张力降低得越多。表面活性剂在溶液表面的吸附量随溶液浓度增大而增多，当表面活性剂浓度达到或超过某一数值后，表面吸附量不再增加。此时溶液中的表面活性剂分子会从单体缔合为胶态聚集物，即形成胶束。胶束内部是由表面活性剂憎水基形成的疏水性内核;胶束外部是由亲水基组成的外壳。表面活性剂在溶液中形成胶束时的浓度称为临界胶束浓度(Critical micellar concenrtation，CMC)。CMC可作为表面活性剂的表面活性的一个量度。CMC越小，则表示此种表面活性剂形成胶团所需浓度越低，因而，改变表/界面性质，起到乳化、增溶等作用所需的浓度也就越低。表面活性剂在固一液界面上的吸附作用，如土壤一水或故态有机物一水界面，同样可降低固一液界面张力，促进有机污染物分子脱离固体表面。当表面活性剂达到一定浓度后，活性剂分子形成球状、层状或棒状的聚集体，它们的亲油基团彼此靠在一起，而亲水基团向外伸向水相，这样的聚集体叫做胶束。能够形成胶束的最低表面活性剂浓度叫做临界胶束浓度，简称cMc。表面活性剂的水溶液当表面活性剂浓度超过临界胶束浓度(CMC)时，能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著提高的现象称之为表面活性剂的增溶作用。水溶液中表面活性剂的存在能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加，此即表面活性剂的增溶作用。增溶作用为一胶团现象，与表面活性剂在溶液中形成胶团有密切关系。胶束具有疏水性的微环境，对有机物的增溶作用显著，可大大提高憎水性有机物在水相的表观溶解度。表面活性剂的增溶作用与表面活性剂的结构、被增溶物的结构密切相关。另外，溶液中所存在的有机添加物和无机盐以及温度等环境因素也会对增溶作用具有明显影响。表面活性剂对难溶性有机污染物的增溶作用受表面活性剂的种类和浓度、胶束的结构、有机物的性质、表面活性剂的HLB值、无机电解质、环境温度、共存有机物等因素的影响。增溶作用的特点:1)只有在表面活性剂浓度高于CMC时增溶作用才明显表现出来，也就是微溶物溶解度的增加是由于胶团的形成，表面活性剂浓度越大(CMC)，胶团形成的越多，微溶物也就溶解得越多。2)增溶作用不同于水溶助长作用。水溶助长作用是使用混合溶剂来增大溶解度，以苯为例，大量乙醇(或乙酸)的加入会使苯在水中的溶解度大大增加，这称之为水溶助长作用。其原因在于:相当大量的乙醇(或乙酸)的加入大大改变了溶剂的性质，而在增溶作用中，表面活性剂的用量相当少，溶剂性质也无明显变化。3)增溶作用不同于乳化作用。增溶后不存在两相，溶液是透明的，没有两相的界面存在，是热力学上的稳定体系。而乳化作用则是两种不相溶的液体，一种分散在另一种液体中的液一液分散体系，有巨大的相界面及界面自由能，属热力学上不稳定的多分散体系。4)增溶作用不同于一般的溶解。通常的溶解过程会使溶液的依数性，如冰点下降，渗透压等有很大改变，但碳氢化合物被增溶后，对依数性影响很小，这说明在增溶过程中溶质没有分离成分子或离子，而以整个分子团分散在表面活性剂溶液中，因为只有这样质点的数目才不会增多。5)增溶作用是个自发过程，被增溶物的化学势增溶后降低，使体系更趋稳定。表面活性剂与降解微生物之间作用关系(2005 ). 鼠李糖脂生物表面活性剂对石油烃污染物生物降解影响的研究 .表面活性剂对降解菌的毒性：在选择表面活性剂用于生物修复体系时，必须首先考虑其毒性。表面活性剂对降解微生物的毒性主要表现在以下两个方面(HeleniuS&simons，1975):一是表面活性剂对微生物细胞膜的破坏和渗透作用;二是表面活性剂分子与微生物细胞的某些功能蛋白质之间发生作用，使蛋白失去原有功能。表面活性剂对降解菌的毒性可能降低微生物的活性甚至导致其死亡。因此，在选择表面活性剂时，更倾向于低毒或无毒的生物表面活性剂。表面活性剂的生物降解：表面活性剂本身被降解对污染物的降解会产生正负两方面的影响。正面影响包括:表面活性剂的降解增加了降解体系的能量和生物量，从而提高了污染物的降解速率，这得益于表面活性剂作为主要基质被降解的同时，污染物通过共降解代谢作用被降解(volkeringctal.，1998);其次，表面活性剂的降解减少了对降解菌的毒性;另外，表面活性剂的降解也消除了其二次污染。表面活性剂降解的负面作用表现为:表面活性剂比污染物优先降解，因而减小了污染物的降解速率;其次，表面活性剂的降解导致反应体系中溶解氧和营养盐的不足，从而限制了污染物的降解。表面活性剂在菌细胞膜上的吸附：菌细胞生物膜由大量的磷脂分子组成，磷脂与表面活性剂有类似的结构和性能，因而细胞膜对表面活性剂具有较强的吸附作用，这会降低表面活性剂在水相中的浓度，进而可能影响到污染物的脱附速率，同时改变了细胞膜的通透性，使疏水性有机物的跨膜速率加快，这有利于提高降解速率表面活性剂提高污染物生物可利用性的作用机制主要包括以下三个方面:一是通过乳化作用，使得含非水溶性有机污染物的有机相与水相的接触面积大大增加;二是通过胶束增溶作用，增加有机污染物在水中的表观溶解度三是通过降低界面张力包括固体颗粒与表面活性剂之间、间隙水与有机物之间以及污染物分子与表面活性剂分子之间的界面张力，从而促进污染物从固相到水相的迁移速度。其中，第一个作用机理是污染物以非水溶液体形式存在时才会发生，而后两种作用机理则能够增大基质从固相向水相的传质速率。生物表面活性剂（鼠李糖脂）(2005 ). 鼠李糖脂生物表面活性剂对石油烃污染物生物降解影响的研究 .生物表面活性剂是由微生物在一定培养条件下产生的一类集亲水基和憎水基于一体的具有表面活性的代谢产物。和传统的化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有以下显著特征和优点：(1)较低的表面张力和界面张力。生物表面活性剂通常比合成表面活性剂化学结构更为庞大和复杂，具有更多的活性基团，可以更好地吸附于油水界面，改善油水界面性状，因而在降低水一气及油一水界面张力方面更加有效。(2)耐温性:有些生物表面活性剂在90的高温下仍可保持其表面活性。(3)耐盐性:生物表面活性剂在10%的盐溶液中仍不沉降或析出，而化学合成表面活性剂在2-3%的盐溶液中就会失活。(4)可生化降解性:生物表面活性剂在水体或土壤中都易于降解。(5)低毒或无毒，对环境友好;(6)可原位合成，因而有可能大大降低其使用成本。另外，通过生物方法引入化学方法难以合成的新基团，使得生物表面活性剂化学结构具有多样性，从而可能使其具有某种特殊功能(Bnaat，1995)。可见，生物表面活性剂是一种公认的多功能化学处理剂，它一方面具有化学合成表面活性剂的共性，另一方面又有稳定性好、抗盐性强、受温度影响小、能被生物降解、无毒等优点。生物表面活性剂主要具有下列作用：降低表面张力和界面张力乳化作用分散作用增溶作用发泡作用除了表面活性剂的结构与浓度以外，油/水体积比、电解质、有机溶剂、温度、pH、混合强度、粘度等也会影响上述作用的发挥。生物表面活性剂的生理学功能：对生物表面活性剂的生理学功能还不很清楚。虽然大多数生物表面活性剂被认为是次级代谢产物，但其中一些能通过促进营养物传送或调节微生物与底物之间的相互作用，从而对微生物的生存起重要作用。一般来说，生物表面活性剂的生理学功能都与其两亲性有关。许多微生物在以非水溶性底物中生长时会产生生物表面活性剂，这些生物表面活性剂可能以两种形式存在，一种是胞外分泌物，另一种是胞壁结合型。一般认为，分泌到胞外的生物表面活性剂可以增强非水溶性底物的乳化作用和溶解作用，以确保底物的及时供给从而维持微生物的生长;而结合在细胞壁上的生物表面活性剂能够调节细胞表面的疏水性，提高其与疏水性基质之间的亲和力，有利于微生物的吸收转化。但某些微生物在以水溶性底物生长也会产生生物表面活性剂，这说明生物表面活性剂的产生不仅仅是微生物细胞强化疏水性基质吸收的需要，可能还具有其它的生理功能。除此之外，很多生物表面活性剂具有杀菌活性，并在细菌滑动穿越界面的活动中以及适应恶劣环境的代谢过程中发挥特殊作用。应用实例：Zhnag等(1997)测试了鼠李糖脂对菲的溶解度和生物可利用性的影响，发现两者都得到了提高。在油污染的土壤中加入鼠李糖脂，污染土壤中烃类化合物的降解率显著提高C(hrstiofi&Ivshina，2002)。在模拟土壤系统中加入槐糖脂，烃类的去除率由81%增加到93-99%，烷烃矿化度由17%增加到48%(Kosarci，1993)。在利用微生物处理压舱水中的油污染时，降解体系中加入脂肤类生物表面活性剂，油类污染物的降解率大大提高(Olivear，2000);而400ug/ml的这种生物表面活性剂可使有机氯杀虫剂硫丹的生物降解率提高30-40%(Bnaat，etal.，2000)。在用土壤细菌降解石油烃污染物时，加入生物表面活性剂不仅可以起促进作用，而且能增大烷烃的降解范围。生物表面活性剂可以促进烷烃和菲、蔡、二苯胺等芳香族化合物的降解鼠李糖脂作为一种重要的生物表面活性剂，具有很强的表面活性和乳化性能，可作为润湿剂、乳化剂等应用于食品、制药、日用化妆品和石油工业中，又由于其较强的抗菌性能和抗毒活性，在活性污泥处理中也有应用。鼠李糖脂晶体为无色方形片状，易溶于醚、醇、丙酮、氯仿、乙酸乙脂、重碳酸钠等，几乎不溶于水和石油醚。一些文献推断Rl和扩分别是合成好和扩的前体。Rl和扩占糖脂总量的40%左右【(2002). 铜绿假单胞杆菌发酵生产鼠李糖脂的研究 】。与许多其它的次级代谢产物相比，生物表面活性剂的生产是在细胞用尽1个或多个基本元素之后才会产生的。表面活性剂是在细胞指数生长期后大量生长的细胞里所产生的135】。但正因为要与大量生长的细胞相竞争能量，所以这个也就是表面活性剂产率一直很低的原因。【(2002). 铜绿假单胞杆菌发酵生产鼠李糖脂的研究 】。根据表面活性剂在临界胶束浓度时候，其浓度与电导率曲线有一转折点，所以这里就取一鼠李糖脂溶液，用去离子水稀释后，再测其电导率值，那么在其电导率值的时候，其电导率应该会出现转折点。此时溶液的浓度即为鼠李糖脂的临界胶束浓度。鼠李糖脂分析测试方法（通过测定鼠李糖的含量换算出鼠李糖脂的含量）在分析测试鼠李糖脂时，没有直接的分析测试方法，主要是因为鼠李糖脂有四种分子结构，各种分子结构在鼠李糖脂中所占的比例不同，但鼠李糖是水解鼠李糖脂的脂肪酸链后所得到的结构。其结构比较简单，其分析比较准确、简单，所以在测试鼠李糖脂浓度时，就用鼠李糖的浓度来间接表示。而鼠李糖脂与鼠李糖的换算比例为3:1，即鼠李糖脂浓度是所得到的鼠李糖浓度的三倍。 (HPLC一ESI一MS)类生物表面活性剂结构的传统方法是借助柱层析和薄层层析等分离方法将各个组分分开后，再通过各种质谱、核磁共振等手段来进行鉴定。由于微生物所产鼠李糖脂同系物性质十分相似，利用传统的分离方法很难将各个组分完全分开，而且其繁杂的操作可能会导致某些组分的流失，因而难以给出全面的化学组分信息。近年来发展起来的高效液相色普电喷雾离子化质谱技术(HPLC一ESI一MS)集分离和鉴定于一体，具有分辨率高和分析速度快等优点，已广泛应用于结构相近的复杂混合物的分析。(2005 ). 鼠李糖脂生物表面活性剂对石油烃污染物生物降解影响的研究 .】鼠李糖脂对有机物发酵的作用有机物通常被用作生物表面活性剂的底物。由于有机物不溶于水，所以它的发酵作为一个多相培养体系和糖类的发酵呈现出明显的区别，也就是说，在有机物的发酵中，有机物的分散对微生物的生长是相当重要的。据推测，表面活性剂的生物功能与有机物的摄取有关，因而采用这类底物会引起所吸活性剂的自动释放【(2002). 铜绿假单胞杆菌发酵生产鼠李糖脂的研究 】。鼠李糖脂作为一种表面活性剂，具有较强的表面活性和乳化性，临界胶束浓度为0.005%。这类生物表面活性剂有助于培养基中烃基质的乳化，因而能够刺激微生物对烃的摄取并得以更好的生长。鼠李糖脂可以使营养缺陷型菌株恢复利用有机碳源的能力。当培养基中营养成分较少，而只含有大量的碳源时，加入一定量的搪脂将使细菌的生长速率加快。而且细菌本身产生的糖脂对其自身生长的刺激作用最为显著。但是目前对于细菌利用碳水化合物时起关键作用的细胞组成仍然知之甚少【(2002). 铜绿假单胞杆菌发酵生产鼠李糖脂的研究 】。微生物：培养基中主要包括下列营养成分:碳源、氮源、无机盐、生长素、水。其中无机盐中的磷、硫、钾、钠、钙、镁等为主要元素，铁、铜、锌、锰、硼、铝、钻等为微量元素26。影响微生物生长的环境因素主要是：温度、氧气供给量、辐射、氢离子浓度等。影响发酵温度的原因主要是因为发酵过程中要产生发酵热。发酵热包括生物热、搅拌热、蒸发热及辐射热等。【(2002). 铜绿假单胞杆菌发酵生产鼠李糖脂的研究 】。pH值对发酵的影响【(2002). 铜绿假单胞杆菌发酵生产鼠李糖脂的研究 】。pH值对微生物的生长和代谢产物积累都有很大影响。不同种类的微生物对pH值的要求不同，大多数细菌的最适pH为6.5一7.5，具体由各个菌种决定。pH值对微生物的生长繁殖和代谢形成的影响有以下几个方面:(1)pH值影响酶的活性，当PH值抑制菌体中某些酶的活性时，使菌体的新陈代谢受阻;即使酶的体系已形成，但由于环境pH的不同，使酶的活性受到抑制，因而改变了代谢产物的形成;(2)pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄，因此影响新陈代谢的正常进行。(3)pH值影响培养基某些组成分和中间代谢的离解，从而影响微生物对这些物质的利用;(4)pH值的不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。(5)有时，离子毒性作用也由于pH的变化而间接形成。即当在环境pH较低的情况下一些不分解的分子透过细胞壁，在中性的内部就发生离解，从而改变细胞内部的组成。一般当使用有机酸作缓冲液时，抑制作用就是这种效应的结果。研究现状：【(2005 ). 鼠李糖脂生物表面活性剂对石油烃污染物生物降解影响的研究 .】考察了鼠李糖脂生物表面活性剂对铜绿假单胞菌(P. aeruginoas)Ps一1降解烷烃的影响，并初步探讨了其强化烷烃降解的机理。（1）在降解体系中加入鼠李糖脂可显著提高正十六烷的降解速率，生物表面活性剂主要是通过三种作用方式来提高烷烃的生物可利用性:一是通过乳化作用，将烷烃大液珠分散成小液滴，大大增大烷烃与水相之间的界面面积以及与降解菌细胞之间的接触机会。二是鼠李糖脂通过增溶作用将烷烃包裹于胶束内，有助于烷烃分子通过两亲性通道进入细胞内。三是鼠李糖脂使细胞表面的疏水性增大，菌细胞与烃类化合物之间的亲和力增强，有利于烷烃的吸收和转化。鼠李糖脂引起细胞表面疏水性增强的主要原因是通过溶解或络合作用导致菌细胞外膜中脂多糖的流失。（2）表面活性剂对多环芳烃生物降解的影响与所采用的表面活性剂的类型及使用浓度密切相关。在菲降解过程中，鼠李糖脂同时被降解而SDS（化学合成的表面活性剂）不被降解。在适宜的浓度范围内，菲的降解率随鼠李糖脂浓度增大而提高，这一方面是由于鼠李糖脂的增溶作用增大了菲在水相中的溶解度从而提高了其生物可利用性，另一方面，鼠李糖脂作为共代谢基质被降解增加了降解菌的生物量，从而提高了菲的降解速率。但当体系中表面活性剂浓度远大于其CMC时，鼠李糖脂被优先降解而抑制了菲的降解;SDS则由于胶束束缚作用而使得菲的降解率大大降低。表面活性剂在石油污染生物治理中的应用氯酚氯酚是苯酚分子上的氢原子被氯原子取代后形成的一类化学物质。根据氯代原子的多少，可以分为一氯苯酚(3 种同分异构体)、二氯苯酚(6 种同分异构体)、三氯苯酚(6 种同分异构体)、四氯苯酚(3 种同分异构体)和五氯酚。氯酚由于它的芳环结构和氯代原子的存在而具有很强的毒性和稳定性。这是由于苯环上的 电子和氯原子的 P 电子形成了稳定的共轭体系，同时氯原子的存在抑制了苯环裂解酶的活性，从而增加了它们的抗生物降解能力，并且这种抗生物降解能力随氯原子取代位置和取代数量的不同而不同.氯酚的来源、用途氯酚类化合物(CPs)作为一类非常重要的工业有机化合物，被广泛应用于染料、防腐剂、除草剂、杀虫剂和杀菌剂等的生产中，氯化芳烃的泄漏和含氯有机物的焚烧等也会产生氯酚。在亚洲、非洲和南美洲，还用氯酚防治血吸虫病。此外，石油相关产业、纺织工业和制浆造纸漂白工业有氯漂白过程，以及饮用水使用氯气杀菌过程等都会产生一些氯酚及其衍生物8-13。作为工业原料，一氯苯酚通常用于生产多氯酚，美国一氯酚年产量约 1.9 万吨。二氯酚通常用于生产 2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)，年产量高达约 4 万吨。三氯酚常被用作抗菌剂，如纺织品的防霉剂、木材和胶生产过程的保护剂等。2,4,5-三氯酚被用于生产 2,4,5-三氯苯氧乙酸(2,4,5-T)及其相关产品，2,4,6-三氯酚不仅可用作皮革和木材的防腐剂，也是合成四氯酚和五氯酚以及其它杀菌剂的生产原料，以上两种三氯酚和 2,3,4,6-四氯酚的产量大约 700 吨。因此，在许多工业化国家，氯酚的生产规模非常庞大14-18.氯酚的环境行为:吸附和挥发: 酚类的分配系数比较小，随着氯酚分子中氯原子的增加，氯酚的分配系数增加，因此对沉积物和悬浮物上有机质的亲合力增强。氯酚在常压下的挥发速度很慢。2-氯酚在 20时蒸汽压为 2.2 mmHg，具有从水中挥发的趋势，但它的高水溶性和高溶剂化作用减弱了它的挥发性。对水环境中的绝大多数氯酚来说，挥发不是其重要消失途径。氧化和水解: 酚可在水中受分子氧的进攻而被氧化，因此在充气好的水中，非光化氧化的可能性颇大。但在天然水体中，多氯代酚不易被氧化。因为苯环的负电荷密度高，共价作用强，故不易发生水解作用。氯酚的残留: 氯酚广泛分布于水体表面，其浓度根据废水排放源的不同而存在很大的差异。降雨和水的流动在很大程度上