生物表面活性剂

生物表面活性剂 胡磐

沈阳工业大学石化学院应用化学0801 辽阳邮编111003 关键词 表面活性剂 生物 应用 摘 要

生物表面活性剂是一类由微生物产生的应用潜力巨大的新型的表面活性剂,具有降低表面张力的作用,对环境无毒害,且生物降解性能好,其应用研究将有广阔的发展前景。

关键词:生物表面活性剂;应用;食品工业

生物表面活性剂结构 与合成表面活性剂相类似，生物表面活性剂的分子结构主要由两部分组成：一部分是疏油亲水的极性基团，如单糖、聚糖、磷酸基等；另一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，如饱和或非饱和的脂肪醇及脂肪酸等。疏水基一般为脂肪酰基链,极性亲水基则有多种形式,如中性脂的酯或醇官能团。

定义:生物表面活性剂是微生物或植物在一定条件下培养时，在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物，如糖脂?多糖脂?脂肽或中性类脂衍生物等。

它们不仅具有化学表面活性剂具有的各种表面性能,而且还拥有下列优点:①选择性广,对环境友好;②庞大而复杂的化学结构使得表面活性和乳化能力更强;③分子结构类型多样,具有许多特殊的官能团,专一性强;④原料在自然界广泛存在且价廉;⑤发酵生产是典型的“绿色”工艺等。 生物产生的生物表面活性剂包括许多不同的种类。依据他们的化学组成和微生物来源可分为糖脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸和磷脂、聚合物和全胞表面本身等五大类 应用概况

表面活性剂已广泛应用于日常生活、工农业及高新技术领域,是当今最重要的工

业助剂,其应用已渗透到几乎所有的工业领域,如石油开采业、环境工程、食品工业、农业和精细化工,被誉为“工业味精”。由于食品中使用新的添加剂需经过长期考察和多种毒性试验后才能被批准,故食品工业中还没有大规模使用生物表面活性剂。由发酵法生产的生物表面活性剂,如糖酯可能较易被接受作为食品添加剂,这是因为其结构与化学合成的糖酯十分相似,而化学合成的糖酯已经广泛地使用在食品中。日本对食品工业中使用生物技术制造的新产品不像其它国家那样严格,专利申请了槐糖脂作为面粉质量改良剂,70份面粉加入0.1份槐糖脂或其内酯,可延长焙烤食品的货架寿命。水解和经冷冻干燥的酵母细胞壁表面活性剂被申请用作人造黄油生产中的表面活性剂。使用微生物表面活性物质是20世纪70年代后期国际生物工程领域中的研究新课题。微生物表面活性剂在食品工业中可作为乳化剂用于食品原料的加工,使其形成一定的浓度、质地和分散相;也可用于面包和肉类生产,改善面粉的流变学特征,以及部分裂解的脂肪组织的乳化。目前已将卵磷脂及其衍生物作为乳化剂用于食品工业(Ｂｌｏｏｍｂｅｒｇ,1991)。还发现微生物表面活性剂可防止嗜热链球菌(Ｓｔｒｅｐ ｔｏｃｏｃｃｕｓｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅｓ)在巴氏灭菌消毒器中的热交换板上的生长(Ｂｕｓｓｃｈｅｒ等,1996)。食品加工的许多过程都必须借助于表面活性剂的作用而进行,因此,在食品工业中,生物表面活性剂可作为添加剂,如乳化剂、保湿剂、防腐剂、润湿剂、起泡剂、增稠剂等。4.2 卵磷脂卵磷脂及其衍生物是目前常用的乳化剂。磷脂的胆碱酯称卵磷脂,存在于所有生物体内,在大豆和卵黄中含量最高,实际上磷脂和卵磷脂常常混用。卵磷脂因不溶于水而不能用作洗涤剂,但热水及碱性(ｐＨ=8)下可形成乳状液。由于从动植物(大豆、卵黄)中提得,卵磷脂安全性极高,无任何毒副作用,属纯天然食品添加剂,可广泛用作食品乳化剂。作为一种食品级的离子型表面活性剂,卵磷脂在食品中一般用在糖果、快餐食品、速溶食品、面包、糕点、牛奶、仿奶制品、饮料及肉禽加工食品等方面,大多数卵磷脂产品的使用量为成品重量的0.2%～1.0%,在一般情况下,使用量为成品重量的0.5%,这与化学表面活性剂的用量相一致。近年来,脱油卵磷脂在速溶食品中的用量很大,几乎所有婴儿食品配方中都使用亲水性脱油卵磷脂作为脂肪乳化剂。这些卵磷脂呈粉状或粒状,可加水或油脂液化。卵磷脂产品在一些新的领域也得以应用,用脱油卵磷脂作为重要成分,可使肉制罐头产品及冷冻肉制品中的动物脂肪凝固,从而解决了肉罐头制品中及其它高动物脂肪制品中产生脂肪浮层的问题。卵磷脂适于乳与乳制品的加工中应用,表明卵磷脂可以取代乳脂肪球表面的蛋白质(如β—酪蛋白),从而提高了浓缩奶及再制奶的热稳定性。在ｐＨ6.3～7.1范围内,不论在均质前或均质后加入大豆卵磷脂,其对再制奶的热稳定作用都很有效。而卵黄磷脂在均质前加入,在ｐＨ<6.7时会降低其热稳定性,使

再制奶极易发生热凝结。在均质后加入,对热稳定性没有影响。但卵磷脂用为表面活性剂,究竟是否由于改变了酪蛋白的电荷,从而提高热稳定性的作用却说法不一。

在洗涤方面的应用

民用洗涤剂可以分为个人和家庭用两大类，其中个人用主要分为洗发和皮肤清洁用两种；家庭用洗涤剂主要包括洗衣、洗蔬菜以及厨房和家具洗涤剂等。由于表面活性剂有较好的洗涤去污能力，因此在上述各种洗涤剂中，表面活性剂都是主要成分，并且随着洗涤剂品种的研究和开发，表面活性剂的使用也在不断发展。尤其在20世纪80年代以来随着人民环保意识和安全意识的加强，对表面活性剂的低刺激性也提出了更高的要求，例如，在衣物洗涤剂中加人生物酶制剂可以使洗涤剂在低温洗涤时有效地去除蛋白质、脂肪等污垢，有助提高无磷洗衣粉的去污能力，因此加酶洗衣粉是适合形势发展需要的产品。

另外随着人们对天然原料生产表面活性剂的重视，表面活性剂的原料生产也发生重大变化，如今天然脂肪醇的产量已经超过合成脂肪醇的产量，而且还有继续上升的趋势。这是因为一方面天然脂肪醇是可以再生的资源而受到重视，另一方面是随着生物技术的发展，省能量、高性能的生产技术的应用使生产能力有了很大的提高。

表面活性剂是洗涤剂中的主要成分，应用较多的是阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。羧甲基纤维素主要用于肥皂和合成洗涤剂。但是肥皂不是一种理想的清洁剂，这是因为肥皂在水中形成的水溶液是强碱性的，对皮肤有刺激性，目前可选用与皮肤相容性好的纯脂肪酸馏分所制成的肥皂，一般是通过加入富脂剂或特殊的护肤添加剂。

生物表面活性剂葡萄酰胺(APA)能赋予厨房洗涤剂良好的温和性和脱脂性。更为优良的是采用直链烷基苯磺酸盐(LAS)／葡萄酰胺(APA)这种活性剂的混合物能表现出优异的协同效应，不仅自身没有刺激性，而且还可以降低与其复配的表面活性剂的刺激性，使其成为新一代厨房用洗涤剂的基础。