综述：表面活性素（Surfactin）检测与定量的仪器分析方法

《Russian Journal of Bioorganic Chemistry》：Instrumental Approaches to the Detection and Quantification of Surfactin

这篇综述聚焦于表面活性素（Surfactin）这一极具研究价值的脂肽类生物表面活性剂。详细阐述了其结构、性质、应用及合成方法，重点归纳分析了细菌培养物中检测和测量 Surfactin 的仪器分析方法，如各类色谱（TLC、HPLC、HPLC-MS ）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术的效能。

　　### 表面活性素（Surfactin）：极具潜力的脂肽类生物表面活性剂
微生物能够产生多种多样的生物表面活性剂，表面活性素（Surfactin）便是其中备受关注的一种脂肽类生物表面活性剂。它在结构上具有独特之处，由脂肪酸链和氨基酸组成，这种特殊结构赋予了它诸多优异的性质。

Surfactin 具有良好的表面活性，能够显著降低液体表面张力。在水溶液中，它可以迅速聚集到气液界面，形成单分子层，有效减少水分子之间的相互作用力，使得表面张力大幅下降。这一特性使得 Surfactin 在众多领域展现出巨大的应用潜力。

在石油开采领域，Surfactin 可作为驱油剂。由于其降低表面张力的能力，能提高原油的采收率。它可以降低油水界面的张力，使原油更容易从岩石孔隙中被驱替出来，从而增加石油的产量。在环境修复方面，Surfactin 能够增强土壤中有机污染物的溶解性，促进微生物对污染物的降解，有助于清理被污染的土壤和水体。此外，在农业领域，它可作为生物农药和肥料的增效剂，提高农药和肥料的利用率，减少其使用量，降低对环境的污染。

Surfactin 的合成方法

微生物合成 Surfactin 是一个复杂的过程，涉及多种酶的参与。在细菌细胞内，通过非核糖体肽合成酶（NRPS）系统来合成 Surfactin。NRPS 由多个模块组成，每个模块负责识别和连接特定的氨基酸。首先，氨基酸在 ATP 的作用下被激活，然后与 NRPS 上的特定结构域结合，按照一定的顺序依次连接形成肽链，最后再与脂肪酸链连接，形成 Surfactin。

除了微生物合成，化学合成方法也可用于制备 Surfactin。化学合成通常采用固相合成法，先将氨基酸按照 Surfactin 的序列依次连接到固相载体上，然后进行肽链的延伸和修饰，最后再引入脂肪酸链。虽然化学合成能够精确控制 Surfactin 的结构，但相较于微生物合成，成本较高且步骤复杂。

检测和测量 Surfactin 的仪器分析方法

1. 色谱法
   • 薄层色谱（TLC）：TLC 是一种简单且常用的分析方法。它利用吸附剂对不同物质的吸附能力差异，将样品中的成分分离。在检测 Surfactin 时，将含有 Surfactin 的样品点在薄层板上，然后在展开剂中进行展开。由于 Surfactin 在薄层板上的移动速度与其他杂质不同，从而实现分离。通过与标准品对比，可以初步确定 Surfactin 的存在。TLC 的优点是操作简便、成本低，但灵敏度相对较低，难以对 Surfactin 进行准确定量。
   • 高效液相色谱（HPLC）：HPLC 具有更高的分离效率和灵敏度。它通过泵将流动相以恒定的速度输送通过装有固定相的色谱柱，样品在流动相和固定相之间进行多次分配，从而实现分离。在检测 Surfactin 时，根据 Surfactin 的保留时间与标准品进行对比，可以准确鉴定 Surfactin。同时，通过检测峰面积，可以对 Surfactin 进行定量分析。HPLC 能够分离复杂样品中的 Surfactin，并且定量结果较为准确。
   • 高效液相色谱 - 质谱联用（HPLC-MS）：HPLC-MS 结合了 HPLC 的分离能力和 MS 的高灵敏度、高选择性检测能力。在检测 Surfactin 时，HPLC 首先将样品中的成分分离，然后 MS 对分离出的 Surfactin 进行检测。MS 可以提供 Surfactin 的分子量、结构等信息，有助于进一步鉴定 Surfactin 的种类和纯度。HPLC-MS 不仅能够检测 Surfactin，还能对其进行定性和定量分析，是一种非常强大的检测手段。
   
   
2. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：FTIR 通过测量样品对不同波长红外光的吸收情况来分析样品的化学结构。Surfactin 分子中的化学键在红外光照射下会发生振动，产生特定的吸收峰。通过分析这些吸收峰，可以判断 Surfactin 的存在及其结构特征。例如，脂肪酸链中的 C-H 键、羰基（C=O）键等都会在 FTIR 光谱上呈现出特征吸收峰。FTIR 可以快速对样品进行分析，但它对样品的纯度要求较高，通常需要先对样品进行纯化处理。
3. 核磁共振（NMR）光谱：NMR 光谱可以提供分子中原子核的信息，用于确定分子的结构。在 Surfactin 的研究中，常用的是氢核磁共振（¹H NMR）和碳核磁共振（¹³C NMR）。¹H NMR 可以检测 Surfactin 分子中不同位置氢原子的化学位移和耦合常数，从而推断分子的结构和构象。¹³C NMR 则可以提供碳原子的信息，进一步确定分子的骨架结构。NMR 光谱能够提供详细的分子结构信息，但仪器设备昂贵，且分析时间较长。
4. 质谱（MS）：MS 通过将样品离子化，然后根据离子的质荷比（m/z）进行分离和检测。在检测 Surfactin 时，MS 可以直接获得 Surfactin 的分子量信息，并且通过碎片离子的分析，可以推断其结构。例如，在电喷雾电离质谱（ESI-MS）中，Surfactin 分子在电场作用下形成带电离子，然后被检测。MS 具有高灵敏度和高分辨率的特点，能够检测到极低浓度的 Surfactin。

各种检测方法的效能对比

不同的检测方法在检测 Surfactin 时各有优劣。TLC 操作简单、成本低，但灵敏度和定量准确性较差；HPLC 分离效率高、定量准确，但对复杂样品中杂质的分离能力有限；HPLC-MS 结合了两者的优势，能够同时进行定性和定量分析，且灵敏度高，但设备昂贵；FTIR 可以快速分析样品的结构，但对样品纯度要求高；NMR 光谱能够提供详细的分子结构信息，但成本高、分析时间长；MS 灵敏度高、分辨率高，但单独使用时无法有效分离复杂样品中的成分。

在实际应用中，需要根据具体的实验目的和样品特点选择合适的检测方法。如果只是初步筛选含有 Surfactin 的样品，TLC 可能是一个合适的选择；如果需要对 Surfactin 进行准确定量分析，HPLC 或 HPLC-MS 更为合适；而对于研究 Surfactin 的结构和构象，NMR 光谱则是不可或缺的工具。

总之，随着对 Surfactin 研究的不断深入，这些仪器分析方法将在其检测、定量和结构鉴定等方面发挥重要作用，为 Surfactin 在各个领域的应用提供有力支持。