表面活性剂和生物表面活性剂：用途，实例和用途 - 生物学 - 2025

甲的表面活性剂是能够减少的液体物质的表面张力，在界面处或接触表面两两相之间作用，例如水，空气或水-油的化学化合物。

表面活性剂一词来自英语单词表面活性剂，而表面活性剂又源于表面活性剂的缩写，在西班牙语中是指具有界面或表面活性的活性剂。

图1.表面活性剂的结构。资料来源：主要措施，来自维基共享资源

在西班牙语中，使用了“表面活性剂”一词，指的是化合物对表面或界面张力产生作用的能力。表面张力可以定义为液体必须增加其表面的阻力。

水具有很高的表面张力，因为它的分子非常紧密地结合在一起，并且当在其表面施加压力时，它就不会分离。

例如，由于水的表面张力，某些水生昆虫（例如“鞋匠”（Gerris lacustris））可以在水上移动而不会下沉，这使它们的表面形成了一层膜。

图2.能够在水上移动的昆虫。来源：TimVickers，来自Wikimedia Commons

另外，由于水的表面张力，钢针停留在水的表面上并且不会下沉。

表面活性剂的结构和功能

所有表面活性剂或表面活性剂化学试剂本质上都是两亲性的，也就是说，它们具有双重行为，因为它们可以溶解极性和非极性化合物。表面活性剂的结构有两个主要部分：

• 亲水的极性头，类似于水和极性化合物。
• 亲脂性，疏水性的非极性尾巴，类似于非极性化合物。

极性头可以是非离子的或离子的。表面活性剂的尾部或非极性部分可以是烷基或烷基苯的碳和氢链。

这种非常特殊的结构使表面活性剂化合物具有双重两亲性：对溶于水的极性化合物或相具有亲和力，并且对不溶于水的非极性化合物具有亲和力。

通常，表面活性剂会降低水的表面张力，从而使该液体膨胀并更大程度地流动，从而润湿相邻的表面和相。

表面活性剂是做什么用的？

表面活性剂化学物质在表面或界面上发挥其活性。

当溶解在水中时，它们会迁移到水-油或水-空气界面，例如，它们可以起到以下作用：

• 不溶性或难溶性化合物在水中的分散剂和增溶剂。
• 保湿剂，因为它们有助于水通过其中的不溶相。
• 用于不溶于水和水（例如来自蛋黄酱的油和水）的化合物的乳液的稳定剂。
• 一些表面活性剂可以促进而其他则可以防止起泡。

生物表面活性剂：生物来源的表面活性剂

当表面活性剂来自活生物体时，它被称为生物表面活性剂。

从更严格的意义上讲，生物表面活性剂被认为是由诸如酵母，细菌和丝状真菌等微生物产生的两亲生物化合物（具有双重化学行为，可溶于水和脂肪）。

生物表面活性剂作为微生物细胞膜的一部分排泄或保留。

另外，一些生物表面活性剂是通过生物技术过程使用作用于生物化合物或天然产物的酶来生产的。

生物表面活性剂的例子

天然的生物表面活性剂包括来自诸如卡宴花（Hibiscus sp。），卵磷脂，哺乳动物胆汁或人肺表面活性剂（具有非常重要的生理功能）之类的植物的皂苷。

另外，所有这些生物来源的天然产物氨基酸及其衍生物，甜菜碱和磷脂都是生物表面活性剂。

生物表面活性剂的分类和实例

-根据极性部分或头部中电荷的性质

根据表面活性剂的极性电荷，可以将生物表面活性剂分为以下几类：

阴离子生物表面活性剂

他们有一个负电荷的极性端，经常由于磺酸基- SO存在₃ ^- 。

阳离子生物表面活性剂

它们的头部带有正电荷，通常是季铵基NR ₄ ⁺，其中R代表碳和氢链。

两性生物表面活性剂

它们在同一分子上同时具有正电荷和负电荷。

非离子型生物表面活性剂

他们的头上没有离子或电荷。

-根据其化学性质

根据其化学性质，生物表面活性剂可分为以下几种类型：

糖脂生物表面活性剂

糖脂是在其化学结构中具有一部分脂质或脂肪和一部分糖的分子。大多数已知的生物表面活性剂是糖脂。后者由糖的硫酸盐组成，例如葡萄糖，半乳糖，甘露糖，鼠李糖和半乳糖。

在糖脂中，最著名的是鼠李糖脂，已被广泛研究的生物乳化剂，具有高乳化活性和对疏水性有机分子（不溶于水）的高亲和力。

这些被认为是去除受污染土壤中疏水化合物的最有效表面活性剂。

鼠李糖脂的实例包括由假单胞菌属细菌产生的表面活性剂。

还有其他糖脂，由Torulopsis sp。生产，具有杀菌活性，可用于化妆品，去头皮屑产品，抑菌剂和身体除臭剂。

脂蛋白和脂肽生物表面活性剂

脂蛋白是化合物，在结构上具有一部分脂质或脂肪以及另一部分蛋白质。

例如，枯草芽孢杆菌是一种产生称为表面活性素的脂肽的细菌。这些是最有效的降低表面张力的生物表面活性剂。

表面肌动蛋白具有在哺乳动物中产生红细胞溶解（红细胞分解）的能力。此外，它们还可用作杀虫剂（如小型啮齿动物）的杀生物剂。

脂肪酸生物表面活性剂

一些微生物可以将烷烃（碳和氢链）氧化为具有表面活性剂特性的脂肪酸。

磷脂生物表面活性剂

磷脂是具有磷酸基团（PO ₄ ^3-）的化学化合物，其附着在具有脂质结构的部分上。它们是微生物膜的一部分。

某些以碳氢化合物为食的细菌和酵母菌在烷烃基质上生长时，会增加其膜中磷脂的含量。例如，不动杆菌属，硫氧化硫杆菌和红球菌。

高分子生物表面活性剂

聚合物生物表面活性剂是高分子量的大分子。该组中研究最多的生物表面活性剂是：乳化剂，吸脂，甘露糖蛋白和多糖-蛋白质复合物。

例如，细菌醋酸钙不动杆菌产生聚阴离子乳化剂（带有各种负电荷），这是一种非常有效的生物乳化剂，用于水中的烃类。它也是已知最强大的乳液稳定剂之一。

脂多糖是一种水溶性的细胞外乳化剂，由多糖和解脂假丝酵母蛋白组成。

环境卫生

生物表面活性剂用于对有毒金属如铀，镉和铅（假单胞菌属和红球菌属的生物表面活性剂）污染的土壤进行生物修复。

它们还用于被汽油或漏油污染的土壤和水的生物修复过程中。

图3.由于溢油，生物表面活性剂被用于环境卫生过程中。资料来源：厄瓜多尔外交部，通过Wikimedia Commons

例如，气单胞菌。生产的生物表面活性剂可以使油降解或将大分子还原为较小的分子，从而可以为微生物，细菌和真菌提供营养。

在工业过程中

生物表面活性剂用于洗涤剂和清洁剂行业，因为它们通过将脏衣服或表面上的脂肪溶解在洗涤水中来增强清洁作用。

它们还用作纺织，造纸和制革行业的辅助化合物。

在化妆品和制药行业

在化妆品工业中，地衣芽孢杆菌生产生物表面活性剂，用作去头皮屑，抑菌和除臭产品。

一些生物表面活性剂因其抗微生物和/或抗真菌活性而被用于制药和生物医学行业。

在食品行业

在食品工业中，生物表面活性剂用于蛋黄酱（蛋水和油的乳液）的制造。这些生物表面活性剂来自凝集素及其衍生物，可提高质量和味道。

在农业中

在农业中，生物表面活性剂用于作物中病原体（真菌，细菌，病毒）的生物防治。

生物表面活性剂在农业中的另一用途是增加土壤中微量营养素的利用率。

参考文献

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