干货！一文读懂生物表面活性剂！
时间：2023-12-23 10:05:24 来源：创始人
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据研究机构MarketsandMarkets预测：生物表面活性剂市场将由2022年的1.2亿美元以 11.2% 的复合年增长率增长，截止2027年将增长至1.9亿美元。比起整体化妆品行业，这个体量或许不足为奇，但对于一个较新的原料赛道来讲，还是有不错的想象空间。
生物表面活性剂主要是由微生物在好氧或厌氧条件下在碳源培养基中生长时产生的。这些碳源可以是碳水化合物、烃类、油、脂肪或者是它们的混合物。生物表面活性剂可分为非离子型和阴离子型，阳离子型较为少见。像其它表面活性物质一样，生物表面活性剂由一个或多个亲水性和憎水性基团组成，亲水基可以是醋、轻基、磷酸盐、或梦酸盐基团、或者是糖基，憎水基可以是蛋白质或者是含有憎水性支链的缩氨酸。
和传统的化学合成的表面活性剂相比，生物表面活性剂有许多明显的优势:根据生物表面活性剂的结构特点，可将其分为5类:糖脂、脂肤、多糖蛋白质络合物、磷脂和脂肪酸或中性脂。一些重要的生物表面活性剂及其生产菌如表1。
就目前的情况而言，糖脂类的以鼠李糖脂和槐糖脂在生物表面活性剂中占比最大。鼠李糖脂由鼠李糖连接一或两分子的B-基奚酸组成，可以通过以糖为主要原料的发酵过程可持续地生产。槐糖脂主要由酵母菌生成，如球拟酵母菌和磨石油球拟酵母菌，槐糖脂由二聚槐糖连接到长链轻基脂肪酸构成。这类生物表面活性剂至少是6-9种不同疏水槐糖的混台物。大量含有十肤抗生素(短杆菌肤)和脂肤抗生素(多黏杆菌素)的环状脂分别由短芽跑杆菌和多粘芽跑杆菌产生得到。由枯草芽抱杆菌ATCC 21332产生的环状脂队表面活性剂是一种很强功效的生物表面活性剂。用地衣芽跑杆前产生的几种生物表面活性剂表形出了良好的协同作用和对温度、pH值以及盐的稳定性。部分细菌和酵母菌在正构烷烃中发酵产生了大量的脂肪酸和磷脂表面活性剂。在不动杆菌菌株H01-N中，产生了大量的磷脂酷基乙醇胺泡囊。研究者观察到这些泡囊在水中能产生光学透明的正烷烃做乳液，从而证明了这些泡囊具有很强的表面活性剂性能。红平红球菌在正构烷经中产生的腾脂疏基了胺可以将水和十六烷界面张力降低至1m/m以下，临界胶束浓度(CMC)至30mg/。
聚合物生物表面活性剂是生物乳化剂、甲壳表、甘露糖蛋白以及其它的多糖蛋白质复合物。Novonvenezia等人报道了alasan隔离体，它是一种含杂多糖蛋白质生物表面活性剂的阴离子丙氨酸，其分子量为1MDa，由抗辐射不动杆菌KA-53产生由抗辐射不动杆菌株产生的Alasan是阴离子多糖和蛋白质的复合物。因为含有共价健连接的丙有酸，所以这种alasan多精是不寻常的。蛋白质组分在复合物的结构和活性方面都扮演了重要的角色。甲壳素则是一种胞外水溶性乳化剂，它由解脂假丝酵母菌产生，含有83%的碳水化合物和17%的蛋白质，其中的碳水化合物是葡糖、半乳糖、半到糖胺和半乳糖醒酸等组成的杂多糖。Kitamoto等人在南极假丝酵母菌T-34中制备了两种甘露糖赤藓糖醇脂。合成生物学是指在工程学思想指导下，按照特定目标理性设计、改造乃至从头合成人工生物体系。细胞工厂的设计和构建是合成生物学的一个重要研究方向，目前已发展了从分子、途径到基因组各个层次的微生物细胞工厂设计和工程化构建策略，相比于传统的筛选、诱变育种等非理性设计方式，创制效率大幅提升。对于代谢途径中的关键酶，合成生物学提供了多种蛋白质工程手段来优化其催化性能；在代谢途径层面，合成生物学提供了大量基因表达调控元件来精细调控甚至动态调控各个途径酶的表达量；蓬勃发展的基因编辑和DNA合成技术使大规模改造甚至从头合成宿主基因组成为可能，将为细胞工厂创造更优良的底盘生物。在上述策略的指导下，产鼠李糖脂细胞工厂的构建近年来也取得了长足进步。如下表。
尽管通过优化培养基和生物工艺条件，可以提高生物表面活性剂的产量。但大规模生物表面活性剂的生产受到产量较低、产生表面和界面特性不同的同系物分子混合物以及安全性的限制。未来，随着代谢工程和合成生物学技术的发展，多种改造策略如代谢通路改造、酶工程、定向进化、底盘工程、实验室适应进化等，未来也将有更多技术应用于其中。去年2022年3月15日-科莱恩近日推出全新Vita 100%生物基表面活性剂和聚乙二醇（PEG）；赢创正在其斯洛伐克工厂投资建设一个工业规模的工厂，用于生产可持续的鼠李糖脂质生物表面活性剂。预计于今年年底完成；国内合成生物企业代表百葵锐推出了性能均衡的生物表活S100。此外，（跨行业）的主要市场参与者还包括：Biotensidon GmbH（德国）、Saraya Co.，Ltd.（日本）、Allied Carbon Solutions Co.， Ltd.（日本）、大庆 VICTEX 化学工业有限公司（中国）、Jeneil Biotech，Inc.（美国）、BASF SE（德国）、Holiferm Limited（英国）和Solvay S.A.（比利时）等。
林海球