综述：生物表面活性剂：结构、生产、生物修复应用和细胞毒性

《Scientific African》：A review on biosurfactants: structure, production, bioremediation application and cytotoxicity

　　

生物表面活性剂是两亲性次级代谢产物，主要由细菌和真菌合成。越来越多的研究正在探究生物表面活性剂的表面活性性质，特别是在环境修复的背景下。由于其可生物降解性和低毒性，生物表面活性剂在工业和环境应用中成为合成表面活性剂的引人注目的替代品。本综述整合了当前文献，以探索生物表面活性剂的结构类别，包括糖脂和脂肽，并通过物理化学原理的视角审视其界面行为。它还强调了微生物生产策略，着重说明了碳源和氮源的影响，以及利用农业工业废弃物作为成本效益底物的潜力。此外，本文重点介绍了生物表面活性剂在石油产品修复中的应用。参考了近期研究以讨论生物表面活性剂的细胞毒性效应，并评估其环境安全性影响。此外，评估了分析技术（如色谱方法）在阐明生物表面活性剂结构和纯度方面的有效性。尽管围绕生物表面活性剂的研究丰富，但在规模化生产和完全理解结构-功能关系（特别是与毒性相关）方面仍然存在挑战。本综述指出了这些知识空白，并概述了未来研究和应用的方向。

Introduction
生物表面活性剂是微生物产生的两亲性化合物，具有亲水头和疏水尾，主要由细菌和真菌合成，但植物和藻类也可产生。它们在化妆品、制药和石油工业中具潜在应用，这些行业需要非细胞毒性、可生物降解和环境安全的表面活性剂。合成表面活性剂可能无法满足所有要求，但生产成本更低。生物表面活性剂的大规模生产面临高成本挑战。本文采用叙述性方法，综合近期研究，重点放在分离、表征、细胞毒性和生物修复应用，并指出知识空白。

Structural classes and physiochemical properties of biosurfactants
生物表面活性剂根据分子结构分为糖脂、脂肽、磷脂和脂肪酸表面活性剂以及聚合生物表面活性剂。

Molecular architecture of biosurfactants
生物表面活性剂是两亲分子，亲水部分包括氨基酸、醇、磷酸盐、羧酸或碳水化合物，疏水部分为烃链。它们能在界面累积，降低表面和界面张力。微生物来源的分为四大类。

Glycolipid surfactants
糖脂生物表面活性剂由碳水化合物头基通过酯或醚键连接脂肪族或羟基脂肪酸。常见有鼠李糖脂(rhamnolipids)、海藻糖脂(trehalolipids)和槐糖脂(sophorolipids)。鼠李糖脂由铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和伯克霍尔德菌属(Burkholderia spp.)产生，含鼠李糖连接β-羟基脂肪酸，结构多样性影响理化性质。海藻糖脂由分枝杆菌属(Mycobacterium)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、诺卡菌属(Nocardia)和红球菌属(Rhodococcus)产生，含海藻糖二糖头基连接长链脂肪酸，与细胞包膜相关。槐糖脂主要由酵母菌如星形酵母属(Starmerella)和假丝酵母属(Candida)产生，含槐糖头基连接脂肪酸，有内酯型和酸型两种形式。

Lipopeptide surfactants
脂肽由肽部分连接脂质尾，形成两亲分子，表面活性强。主要由芽孢杆菌属(Bacillus spp.)产生，分为表面活性素(surfactins)、伊枯草菌素(iturins)和丰原素(fengycins)等家族。表面活性素由枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)产生，是环状脂肽，具优异表面活性。伊枯草菌素是环状脂肽，连接β-氨基脂肪酸，具强抗真菌活性。丰原素是脂十肽，连接可变长度脂肪酸，也抗真菌。

Phospholipid and fatty acid surfactants
磷脂生物表面活性剂是微生物膜关键成分，具两亲性，能促进乳液形成，增强疏水底物生物可利用性。不动杆菌属(Acinetobacter spp.)产生富含磷脂的囊泡。真菌如青霉属