综述：微生物生产多功能生物分子 —— 生物表面活性剂及其重要应用的全面综述

《Biodegradation》：A comprehensive review on microbial production and significant applications of multifunctional biomolecules: biosurfactants

这篇综述聚焦生物表面活性剂（BS），详细阐述了微生物生产 BS 的过程，分析其独特性质，如低毒、高效、可生物降解等。还介绍了在环境修复、制药、农业和化妆品等多领域的应用，强调其在推动绿色技术和应对环境挑战方面的潜力。

　　

一、引言

微生物作为众多新颖代谢产物和生物表面活性剂（Biosurfactants，简称 BS）的潜在来源，备受关注。BS 是由细菌、酵母、真菌和放线菌合成的生物基分子，在 21 世纪成为多功能生物分子。其凭借低毒性、高效性、选择性、稳定性、高生物降解性和环保性等显著功能特性，在极端条件下仍能保持高效，对环境保护意义重大。在生物修复技术中，BS 发挥着关键作用，为清除污染物提供了可持续的环保方案，并且在多个行业应用广泛。

二、生物表面活性剂的微生物生产

微生物种类繁多，不同微生物合成 BS 的机制各异。细菌如假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus），酵母如酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），真菌如曲霉属（Aspergillus）以及放线菌等，都是常见的 BS 产生菌 。它们在特定的培养条件下，利用不同的碳源、氮源等营养物质合成 BS。例如，一些细菌可以利用烷烃作为碳源，在代谢过程中合成 BS。

培养条件对 BS 的产量和质量影响显著。温度、pH 值、溶解氧等环境因素，以及培养基成分都会改变微生物合成 BS 的效率。适宜的温度能保证微生物体内酶的活性，从而促进 BS 的合成；合适的 pH 值则维持微生物细胞的正常生理功能。优化这些培养条件，能够提高 BS 的产量，降低生产成本。

三、生物表面活性剂的特性

1. 降低界面张力：BS 的独特结构使其具有降低液体界面张力的能力。其分子由亲水基团和疏水基团组成，这种两亲性结构使得 BS 能够在气 - 液、液 - 液、固 - 液界面定向排列，减少不同相之间的界面张力，从而促进物质在不同相之间的分散和传递。
2. 多功能性：除降低界面张力外，BS 还具有多种功能。在生物降解过程中，BS 可以将疏水性污染物包裹起来，增加其与微生物接触的表面积，促进微生物对污染物的降解。在乳化方面，BS 能够使油滴均匀分散在水相中，形成稳定的乳液，广泛应用于食品、化妆品等行业。此外，BS 还可用于泡沫形成、表面活性调节、洗涤和洗涤剂配方等领域。
3. 优良的环境友好性：BS 具有低毒性和高生物降解性。与化学合成表面活性剂相比，BS 在环境中更容易被微生物分解，不会对生态系统造成长期污染，这使得其在环境修复领域具有巨大优势。

四、生物表面活性剂的工业应用

1. 环境修复：在生物修复技术中，BS 是重要的组成部分。例如，在石油污染土壤的修复中，BS 能够降低石油与土壤颗粒之间的界面张力，使石油从土壤颗粒表面解吸出来，并乳化分散在水相中，便于微生物的摄取和降解。同时，BS 还可以提高土壤中微生物的活性，促进微生物对其他有机污染物的降解，有效改善污染土壤的生态环境。
2. 制药行业：BS 在制药领域应用广泛。其表面活性和乳化能力可用于药物制剂的制备，如将难溶性药物制成乳液或微乳剂型，提高药物的溶解度和生物利用度。此外，BS 还具有一定的抗菌、抗病毒活性，可作为药物添加剂或直接用于开发新型抗菌药物。
3. 农业领域：在农业上，BS 可作为生物农药和肥料的增效剂。作为生物农药增效剂，BS 能够增强农药在植物表面的附着力和展布性，提高农药的防治效果，减少农药的使用量。作为肥料增效剂，BS 可以促进植物对养分的吸收，提高肥料利用率，促进植物生长。
4. 化妆品行业：由于 BS 具有良好的表面活性、乳化能力和低刺激性，在化妆品中被广泛应用。它可以作为乳化剂用于乳液、面霜的制备，使产品质地更加均匀稳定；还可作为清洁剂，温和地清洁皮肤和头发，减少对皮肤的刺激。

五、生物表面活性剂的生态意义

1. 促进生态系统的物质循环：BS 在环境中能够加速有机物质的降解和转化，促进碳、氮、磷等元素的循环。在土壤生态系统中，BS 帮助微生物分解有机物质，释放出养分，供植物吸收利用，维持生态系统的平衡。
2. 保护生态环境：BS 的低毒性和高生物降解性使其成为化学合成表面活性剂的理想替代品。减少化学合成表面活性剂的使用，可以降低对水体、土壤等环境的污染，保护生态系统中的生物多样性，维护生态平衡。

六、结论

生物表面活性剂作为一种多功能生物分子，具有巨大的应用潜力。通过微生物生产 BS，不仅能够充分利用微生物的代谢能力，还能实现绿色生产。其在环境修复、制药、农业和化妆品等领域的广泛应用，为解决全球环境问题和推动绿色技术发展提供了有效途径。未来，随着研究的深入，有望进一步优化 BS 的生产工艺，开发更多新的应用领域，使其在生命科学和健康医学等领域发挥更大的作用。