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鼠李糖脂—應(yīng)用技術(shù)最為成熟的一種生物表面活性劑
來源:中國洗滌用品工業(yè)協(xié)會 瀏覽 1677 次 發(fā)布時間:2022-09-09
鼠李糖脂是由假單胞菌或伯克氏菌類產(chǎn)生的一種生物代謝性質(zhì)的生物表面活性劑。同時也是一種研究時間最長、應(yīng)用技術(shù)最為成熟的一種生物表面活性劑。它在土壤、水體和植物中都自然存在。它屬于一種糖脂類的陰離子表面活性劑。
它們是假單孢菌在以正構(gòu)烷烴為唯一碳源的培養(yǎng)基時,得到的一種表面活性劑。如果假單孢菌在果糖或葡萄糖中生長,只能得到少量產(chǎn)物。一旦有鼠李糖脂生成,將有助于培養(yǎng)基中基質(zhì)烴的乳化,從而可刺激菌體生長,加速產(chǎn)物的生成。
鼠李糖脂的結(jié)構(gòu)多達(dá)幾十種,一般在學(xué)術(shù)界經(jīng)??吹诫p鼠李糖脂和單鼠李糖脂的表述。
理化性能
(1)鼠李糖脂的分子量通常在476~766g/mol之間。
(2)臨界膠束濃度在20~200mg/L。
(3)鼠李糖脂的HLB值還沒相關(guān)報道,按通常的計算方法,通過對官能影響的分析計算,它的HLB值在10~15之間。
(4)能使水的表面張力從72mN/m降低到30mN/m,油水界面張力從43 mN/m降到1mN/m。
(5)耐溫性:在90℃的高溫下仍可保持其表面活性。
(6)耐鹽性:10%的鹽溶液中仍不沉降或析出,而化學(xué)合成表面活性劑在2~3%的鹽溶液中就會失活。
(7)可生化降解性:在水體或土壤生物環(huán)境中都易于降解。
(8)低毒或無毒,對環(huán)境友好。
鼠李糖脂是由微生物產(chǎn)生的陰離子生物表面活性劑,它們不僅溶于甲醇、氯仿和乙醚,在堿性水溶液中也表現(xiàn)出良好的溶解特性。它兼具良好的化學(xué)和生物特性。具有油、水兩親性,可以降低水表面張力,可以作為潤濕劑、乳化劑和發(fā)泡劑使用,鼠李糖脂生物表面活性劑可以在溫度、pH值及鹽度處于極端狀況下使用,并且無毒,可以生物降解。
為探究鼠李糖脂用作生物表面活性劑的潛力,華南理工大學(xué)食品與工程學(xué)院羅志剛以銅綠假單胞菌1.104 52發(fā)酵生產(chǎn)的鼠李糖脂為研究對象,利用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HPLC-MS)進(jìn)行成分鑒定,并測定其臨界膠束濃度(CMC)、乳化性、起泡性及抗菌活性。成分分析結(jié)果表明,該鼠李糖脂主要由9種同系物組成,且以雙鼠李糖脂為主要成分。鼠李糖脂的臨界膠束濃度為80 mg/L,其表面活性優(yōu)于十二烷基硫酸鈉(SDS)。與對照組相比,鼠李糖脂對大豆油(乳化指數(shù)為63.75%,余同)、液體石蠟(65.69%)和正己烷(52.54%)均表現(xiàn)出較好的乳化性。鼠李糖脂的起泡性和泡沫穩(wěn)定性在純水中與SDS接近,且在硬水中顯著優(yōu)于SDS。此外,鼠李糖脂在不同溫度(-20~121℃)、氯化鈉質(zhì)量濃度(~25 g/L)及pH值(6~13)條件下均能夠保持較好的表面活性和乳化能力。抑菌圈實驗結(jié)果表明,鼠李糖脂對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌具有較強(qiáng)的抑菌活性。
對鼠李糖脂做為表面活性劑的性能,已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)及大量采油工程的應(yīng)用表明,它有很好的可以替代或部分替代化學(xué)表面活性劑的功能。
目前它比較廣泛的應(yīng)用于石油工業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境方面,此外在食品行業(yè)、化妝品、醫(yī)療方面也有較大的應(yīng)用潛力。
在石油領(lǐng)域的應(yīng)用
鼠李糖脂作為一種生物表面活性劑,具有降低油水界面張力的作用,運(yùn)用于初次采油和二次采油之后的三采技術(shù),主要作用原理有以下幾種:
(1)作為犧牲劑使用,減少昂貴驅(qū)油劑的用量或在地層中的損耗,和其它驅(qū)油劑復(fù)配后具有驅(qū)油效果好、見效時間長的優(yōu)點(diǎn),但鼠李糖脂的加入有效的減少了驅(qū)油劑的用量,大大降低了成本。
(2)生物表面活性劑具有典型的生物活性,可以激活地層本源微生物,起到協(xié)同采油的作用,在油田的礦場試驗水樣中發(fā)現(xiàn):注后半年較注前油井水樣中細(xì)菌含量提高了2-3個數(shù)量級。
(3)作為一種活性劑使用,鼠李糖脂本身就是一種表面活性劑,可以降低油水界面張力,復(fù)配后驅(qū)油劑油水界面張力可達(dá)到10-3mN/m的水平,從而提高原油驅(qū)替效率。
農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用
已有大量研究及實際應(yīng)用證實,鼠李糖脂可以用在農(nóng)作物、蔬菜、水果、花卉上用于刺激生長、輔助吸收營養(yǎng)、增加農(nóng)藥及肥料作用效果等,并經(jīng)證實對人及動物無毒副作用。鼠李糖脂生物表面活性劑可作為潤濕劑應(yīng)用于葉面肥的生產(chǎn)上。
鼠李糖脂生物表活劑具備將部分微量元素螯合的功能,在弱堿性環(huán)境下電離出的羧基可固定根系周圍的微量元素,降低微量元素在土壤中快速散失的可能性,保證了肥料的長效性。
對堿性土壤環(huán)境改善可以起到有效作用,是堿性土壤改性良好的添加劑。利用Rh在堿性條件下,電離出Rh-與H+的性能,與堿性土壤中的OH-中和改善土壤的堿性,從而改變土壤板結(jié)環(huán)境條件。
因為鼠李糖脂有潤濕劑的作用及良好的表面活性,可應(yīng)用到農(nóng)藥上起潤濕、鋪展及滲透作用。另外,對于一些農(nóng)藥殘留,鼠李糖脂具有可將其降解的能力。
此外,鼠李糖脂具有良好的抑制真菌的作用(已發(fā)表過的文獻(xiàn)中多次提到),用于農(nóng)作物拌種和抑制真菌、霉菌的實驗,已被證實。
國外對鼠李糖脂在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用比較常見,美國紐約州環(huán)保局通過了生物藥含鼠李糖脂的注冊檢測。(EPA,注冊號72431-1)
環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用
鼠李糖脂可用于處理多環(huán)芳烴PAHs(如:應(yīng)用于墨西哥灣漏油事故中釋放出來的多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔铮?,用于處理水體中難生物降解COD,處理重金屬污染等。鼠李糖脂可以修復(fù)人類所造成的環(huán)境污染,包括土壤、水、海岸線及海底中的油、金屬或其他污染物。
鼠李糖脂具有一定的金屬螯合能力(“Stability Constants for the Complexation of Various Metals with a Rhamnolipid Biosurfactant”,它作為螯合劑可以替代EDTA,用來清除土壤、污水及其他液體的重金屬污染物。還可用作采用植物方法吸收土壤重金屬離子的方式處理土壤,是植物技術(shù)原位處理被重金屬污染土壤的良好方法。
針對殺蟲劑或劇毒農(nóng)藥造成的土壤或水污染,鼠李糖脂和其生產(chǎn)菌銅綠假單胞菌有修復(fù)的功效,根據(jù)資料顯示,鼠李糖脂能夠促進(jìn)銅綠假單胞桿菌降解硫丹,從而修復(fù)劇毒污染的土壤或水體。
鼠李糖脂作為生物表面活性劑具有無毒、兩親等性質(zhì),并隨濃度升高至臨界濃度時會對多環(huán)芳烴產(chǎn)生明顯的增容作用??梢韵疵摱嗦嚷?lián)苯,并改變多氯聯(lián)苯的HLB,使其容易被假單胞桿菌吸收降解。
食品領(lǐng)域的應(yīng)用
目前鼠李糖脂在食品方面多用作增大烘焙體積的膨大劑和調(diào)味劑,其食用安全性已通過了美國環(huán)保署(EPA)的食用安全認(rèn)證。
日化領(lǐng)域的應(yīng)用
鼠李糖脂除了具備良好的表面活性外,還具備良好的細(xì)胞通透性,其來源于生物,具有良好的無毒害可降解特性。這些特點(diǎn)使其可廣泛應(yīng)用于各種日化產(chǎn)品中。
化妝品工業(yè)使用大量的表面活性劑,它們幾乎在每種產(chǎn)品中都存在。
鼠李糖脂是天然的產(chǎn)物,在潤膚霜,洗發(fā)水,肥皂,和上面列出的大多數(shù)化妝品中,將取代石油來源的表面活性劑和乳化劑,如SLS,SDS或NADS。
鼠李糖脂可以通過分散和潤濕性能來使物質(zhì)擴(kuò)散。以幫助保留水分、潤滑、產(chǎn)生泡沫、作為一種清洗劑。它可以保持混合物的體系穩(wěn)定,控制產(chǎn)品的粘度,還可以乳化毛孔中的油脂,減少痤瘡的發(fā)生。
在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
鼠李糖脂可用于處理皮膚灼傷及部分皮膚病,還可作為一種基礎(chǔ)藥物,相關(guān)研究及臨床依據(jù)來源于克羅地亞和美國。
上世紀(jì)90年代,南斯拉夫?qū)W院研究人員在偶然的機(jī)會發(fā)現(xiàn)了鼠李糖脂和銅綠假單胞菌對皮膚灼傷有良好的治愈效果。