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生物表面活性劑
生物表面活性劑
日期: 2021-08-19 14:23

  生物表面活性劑

  生物表面活性劑是微生物在代謝過程中分泌出的具有一定生物活性的次級代謝產物。與合成表面活性劑一樣,生物表面活性劑由親水基和疏水基兩部分組成,但生物表面活性劑比合成表面活性劑更具有潛在的優勢: (1)可生物降解,不會造成再污染;(2)無毒或低毒;(3) 一般不致敏、可消化,因此可用于化妝品和食品的添加劑;(4)可以用工業廢物生產,有利于環境污染治理;(5)具有更好的環境相容性和起泡性,在極端溫度、p H 值、鹽濃度下具有更高的選擇性和專一性;(6)結構多樣,有可能適用于特殊領域。

  人們對生物表面活性劑感興趣,主要是由于其具有高效、低毒以及無污染等優點,可替代化學表面活性劑。近年來研究發現,生物表面活性劑除具有表面活性的功能外,還具有潛在的抗菌活性,包括抗真菌、抗細菌、抗支原體和抗病毒等活性,此外,還可用在免疫調節分子、黏合劑、疫苗及基因治療等方面。

  目前,國內外只有少數幾種生物表面活性劑產品走向市場,大多數仍處于實驗研究階段,這主要是由于它的經濟成本較高影響了其廣泛應用。但是,隨著生物技術的不斷進步和生物工程的發展,人們對生物表面活性劑,尤其是對產生生物表面活性劑菌株研究的不斷深入,有望在將來大規模應用具有商業價值的生物表面活性劑。

  可降解型表面活性劑

  可降解型表面活性劑又叫做 tempory (暫時性)表面活性劑,或可控半衰期表面活性劑(surfactantswith controlled half-live)??山到庑捅砻婊钚詣┒x是指在完成其應用功能后,通過酸、堿、鹽、熱或光的作用能分解成非表面活性物質,或轉變成新表面活性化合物的一類表面活性劑。近年來,對可降解表面活性劑的定義已發生變化。環境影響已成為新型表面活性劑發展的主要推動力,生物降解性也已成為判斷表面活性劑好壞的重要指標。

  可降解型表面活性劑具有很好的環保性能,這些表面活性劑可以解除一些復雜情況。例如,使用可降解型表面活性劑在乳液聚合中可以不產生泡沫,或者使用后可形成穩定的乳液等。存在于此類表面活性劑中的分子極性基和疏水基之間的弱鍵斷裂后,可分解出水溶性和非水溶性兩種產物,而它們一般都可以通過后續的標準化操作過程去除。這一方法在有機合成和各種生物化學領域很有用途??山到獗砻婊钚詣┑膬瀯葸€在于其裂解產物具有的新功能。例如,用于個人護理用品的某種表面活性劑,它在使用后可以分解生成對皮膚有益的產物,這種分解后衍生出新功能性的表面活性劑有時被稱做功能性表面活性劑。表面活性劑在一定條件下裂解成非活性產物,能適用于一些特殊應用領域,如生物制藥領域。而能形成泡囊或微乳液的可裂解型表面活性劑可用于制藥,滿足代謝物無毒的需要。

  反應型表面活性劑

  反應型表面活性劑是指帶有反應基團的表面活性劑,它能與所吸附的基體發生化學反應而永久地鍵合到基體表面,從而對基體發揮表面活性作用,同時成為基體的一部分,它可以解決許多傳統表面活性劑的不足。

  反應型表面活性劑至少應包括兩個特征:它是表面活性劑;它能參與化學反應,而且反應后也不喪失其表面活性。反應型表面活性劑除了包括親水基和親油基外,還應包括反應基團。

  應用

  農藥加工中的應用

  如常規表面活性劑一樣,根據親水基團的荷電性質,綠色表面活性劑也可分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型。由于具有兩親分子的典型結構,綠色表面活性劑具有常規表面活性劑的所有特點;但與常規表面活性劑不同的是,該類表面活性劑大多來源于天然原料,因此具有較低的生物毒性、良好的環境相容性和較快的生物降解速率。目前,農藥中應用較多的綠色表面活性劑主要可分為以下幾類:脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(AES)、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽(AEC)、α-烯基磺酸鹽(AOS)、烷基糖苷(APG)等。

  農藥水基制劑的開發符合國際農藥制劑發展的趨勢,具有明顯的經濟效益和社會效益,已經引起了人們越來越多的關注。水基制劑的開發離不開表面活性劑的應用。在水乳劑中,表面活性劑的加入量一般在6%~ 8%左右;而在微乳劑中,表面活性劑的添加量更高,一般在15%~ 20%左右。一方面,大量的表面活性劑的應用給生態環境帶來潛在的危害,如傳統農藥劑型中常用的烷基酚聚氧乙烯醚(NP)系列表面活性劑的生物降解率僅為0%~ 9%,且降解產物烷基酚毒性更大,連續使用會造成土壤的累積性污染,影響土壤酸堿性,導致肥效下降;應用烷基苯磺酸鈉(LAS)的農藥制劑被雨水沖刷后會造成河流或灌溉溝渠的泡沫泛濫;含有磷酸鹽的農藥制劑則會造成河流湖泊水質的"富營養化"。另一方面,這些表面活性劑的生產往往需要大量的合成化學品,生產過程中產生較多的副產物,對環境造成危害。

  選擇適當的綠色表面活性劑代替傳統表面活性劑作為農藥乳化劑和增效劑,能規避使用殘留帶來的污染問題,有利于環境保護。國內外研究者致力于研究環境友好的表面活性劑在農藥制劑加工中的應用,如烷基糖苷(APG)在水包油水乳劑加工中的應用;由脂肪醇聚氧乙烯醚改性的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽在多種農藥乳液體系中的應用。

  制藥工業中的應用

  傳統表面活性劑在制藥工業中應用時的缺點表現為配伍性和潤濕性差,并且會與藥品中的其他成分作用而危害人體。綠色表面活性劑無毒、低刺激性,不會與藥劑中的其他成分作用對人體產生副作用,而且與藥物具有良好的配伍。綠色表面活性劑可在微乳劑和氣霧劑中做乳化劑,在片劑和丸劑中做潤濕劑,用于生物膜模擬及藥物科學中,能夠對藥物進行靶向定位,在肺部進行蛋白質轉移的噴霧劑型藥物中加入MECA后,可提高其藥物活性舊。研究表明,藥物在未加入MECA氣化20 min后,其活性只有原來的50%,而在加入MECA氣化20 min后,其活性可提高至原來的70%。加入綠色表面活性劑,可對不溶于水的蛋白質起到增溶作用;在抗原免疫蛋白轉運系統中加入MECA,可作為增溶劑和穩定劑,使該蛋白質溶于水,而不溶于蛋白質。

  洗滌劑中的應用

  而用綠色表面活性劑制成的洗滌劑比傳統的洗滌劑具有更好的洗滌性和抗硬水性。部分綠色表面活性劑遇到鈣、鎂離子會產生沉淀,但是并不影響綠色表面活性劑的洗滌效果。原因在于這些綠色表面活性劑遇到鈣、鎂離子后會形成一個亞穩定的膠束,在膠束的周圍聚集著一定量的鈣、鎂離子。除此之外的綠色表面活性劑根本就不與鈣、鎂離子反應生成沉淀。綠色表面活性劑不管是作為主表面活性劑還是作為助表面活性劑都有明顯的增效作用(提高發泡能力、增強洗滌效果、增強溶解性等)。綠色表面活性劑與傳統表面活性劑以一定的比例混合后,表現出優良的協同效應,增強綠色表面活性劑的應用效果。綠色表面活性劑APG在餐洗液中應用時,與相同劑量的傳統洗滌劑相比,洗盤數明顯增多,而且殘留量小。綠色表面活性劑MEC具有優良的發泡能力。這種特性使其在水硬度較強的條件下,其活性也基本不受影響。同時,它還是很好的鈣皂分散劑,能夠增強肥皂的溶解度,并且提高肥皂的洗滌能力。

  環境工程中的應用

  傳統表面活性劑在使用的過程中由于生物降解性差,具有一定的毒性,在使用后一般不被處理就被排放到環境中。由于傳統表面活性劑難以生物降解,形成長期的殘留,嚴重地影響了環境生態系統。而綠色表面活性劑具有優良的生物降解性和物化性能等特點。這些特點決定了綠色表面活性劑適合于環境工程領域。如,為了消除土壤中有機污染物,可用綠色表面活性劑使土壤中的有機污染物分散、增溶、乳化,使污染物在短的時間內實現生物降解,甚至完全消失。APG的生物降解性良好,在廢水廠模擬生物降解實驗中達到了OECD(歐洲共同體經濟合作與發展組織)糾的要求。在生態學方面,APG對周圍動、植物的毒性很低,在整個生命周期中對周圍環境產生的危害也很小。

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