生物表面活性剂1

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1、第七章生物表面活性剂第一节生物表面活性剂概述第二节生物表面活性剂的生产第三节生物表面活性剂的合成代谢调节第四节生物表面活性剂的应用与前景第一节生物表面活性剂概述一、前言表面活性剂是当今生物技术中常用的和重要的化合物。它可以减少液体、固体和气体界面间的表面或界面张力，使其在水或其他液体中容易混合或扩散因而广泛应用于现代工业的几乎每一个领域。现今世界表面活性剂的年产量已超过300万吨，产值高达约40亿美元。目前大多数市售的表面活性剂主要来自石油的化学产品。生物表面活性剂：具有特别高表面活性的生物分子称为生物表面活性剂。它可以来源于微生物、植物以及动物，其中微生物生产的生物表面活

2、性剂是一类具有特别高的表面活性的生物分子，具有较好的两亲性和界面优先分配的能力，而且比较适合于工业化生产。生物表面活性剂与合成表面活性剂相比具有以下优势：●具有特别高的表面活性和乳化活性；●生物可降解性；●没有毒性或者毒性低于化学表面活性剂；●可在极端的温度和酸碱条件下使用。二、生物表面活性剂的基本特性生物表面活性剂由亲水和疏水部分组成，亲水部分由单糖、二糖或多糖、羧酸、氨基酸或肽组成，而疏水部分往往是饱和、不饱和或羟基取代的脂肪酸。对于一些高分子量的表面活性剂分子，如蛋白质－多糖络合物，其亲水和疏水部分由不同的分子提供。（一）特性和功能生物表面活性剂可将发酵液表面张力降低

3、到0.03N/m以下，将正构烷烃的界面张力降低到0.13N/m以下。一些生物表面活性剂也表现出较好的热与化学稳定性。（二）生理学功能生物表面活性剂的生理学功能都与生物表面活性剂的两亲性有关。1.可以增强非极性底物的乳化作用和溶解作用，从而促进微生物在非极性底物中的生长。2.抗生性生物表面活性剂（主要为脂肽和甘油酯）具有杀虫活性。这是由于它具有两亲性，能溶解大多数细胞膜成分而具有抗生素功能。三、生物表面活性剂的类型微生物生产的生物表面活性剂的类型主要取决于所采用的微生物。从化学类型可分为：（一）糖脂和分枝菌酸脂分枝菌酸脂海藻糖脂鼠李糖脂槐糖脂（二）肽和聚合物益沐神（Emuls

4、an)由乙酸钙不动杆菌产生莎梵婷（Surfactin)由枯草芽孢杆菌生产（三）脂肪酸（四）磷脂第二节生物表面活性剂的生产一、生物表面活性剂的合成及其遗传学（一）生物合成1.概论生物表面活性剂的生物合成途径多种多样，有从头合成疏水部分、亲水部分或者两者都合成，对于那些非从头合成的组分通过改良碳源如糖类、烷烃等来生产，各种不同碳源基质常常能被结合进生物表面活性剂，形成一属有关的分子。在脂肽中，脂和肽部分都由烷烃直接合成。糖脂如海藻糖脂是一个典型的化合物，其亲水部分（海藻二糖）不受碳基质的影响，而脂肪酸部分则取决于进料烷烃的链长。以烃类为基质生产的生物表面活性剂是生物表面活性剂中

5、的一大类，许多微生物都可以以烃类为单一碳源生长。酵母菌和真菌主要利用直链饱和烃，细菌则除了降解异构烃或环烷烃以外，还利用不饱和烃和芳香族化合物。微生物降解烃类存在的主要问题是烃的憎水性。各种微生物以不同方式解决这一问题。细菌和酵母菌通过分泌离子型表面活性剂，使培养基中的烃基质乳化。另一些微生物则产生非离子表面活性剂。总之在烃基质培养时，各种微生物都产生有利于烃基质被动扩散而进人细胞内的效应，这是通过由微生物产生的一大类物质起作用。这类物质也就是所谓的“生物表面活性剂”。微生物以烃类为基质产生出生物表面活性剂可能由两方面的原因：（1)当生物表面活性剂为胞外产物时，它有利于烃类

6、乳化；（2）当生物表面活性剂为胞壁结合型时，有利于烃类穿透浆膜外周间隙2.脂肪酸的合成在生物表面活性剂生产中，脂肪酸的碳链范围通常很窄，主要是C16酸、C18酸及C20酸。（1）乙酰－CoA的来源细菌中酵解丙酮酸脱氢酶葡萄糖丙酮酸乙酰－CoA酵母菌和霉菌中乙酰－CoA通过与肉毒碱或草酰乙酸反应透过线粒体。当以乙醇或乙酸等C2基质作为生长培养基时，乙酰－CoA就会直接合成。（2）乙酰－CoA的羧基化乙酰－CoA被乙酰－CoA羧化酶羧化成丙二酰－CoA，然后作为C2供体，以乙酰为单位在合成脂肪酸中逐步使碳链延长。（3）碳链的延伸过程乙酰基与丙二酰基缩合，产生C4单元，然后还原，

7、脱水，C4单元进一步还原，形成丁酰基，丁酰基与另一个丙二酰基缩合，按上述过程循环，产生C6单元，如此反复循环直至形成长链酰基。（4）从烷烃生物合成脂肪酸虽然非极性的烃类基质不溶于水，也不易被氧化，但在微生物产生的表面活性剂的作用下，微生物可以利用烷烃供其生长。烷烃和有关化合物异化作用的结果，合成得到的脂肪酸再被用于构成表面活性剂中的类脂部分。脂肪酸的去向：直接结合成更为复杂的类脂；通过其他代谢途径进一步代谢；作为许多微生物的培养基质，，用来合成生物表面活性剂。3.类脂的合成生物表面活性剂的非极性憎水部分通常是由一个