使用生物表面活性剂清洁清洁剂

当你洗手、洗衣服或洗厨房地板时，你几乎总是会使用装在色彩鲜艳的盒子里的商业产品。

这个盒子可能会向你保证，里面的物质会为你做所有的工作，还能保护你，使你免于几乎肯定会死于细菌感染。这种产品可能是一种肥皂(传统上由动物脂肪和碱液制成)，或者一种合成洗涤剂。

最重要的这些清洁剂的成分就是所谓的表面活性剂。表面活性剂是降低液体表面张力、两种液体之间的界面张力或液体与固体之间界面张力的化合物。由于这一特点，它们非常善于把不需要的泥土从那里解放出来。

在后一种情况下，比如你的脏地板，这些化学物质会在它们悬浮的液体(如水)和任何固体(如灰尘)之间的边界上定向。

它们的分子有疏水的尾部和亲水的头部，这就是它们的用处:防水的尾部会附着在污垢上，而亲水的头部则会朝向水，从而将污垢悬浮起来，并将其带走。

当这种“两亲性”分子绕成一个球体时，它被称为胶束。当糖脂或磷脂向所谓的双层膜的方向形成膜时，同样的行为在所有生物体内都表现出来。

事实上，人们认为这种自组织行为在地球上复杂生命的最初阶段扮演了关键角色。

这些分子的基本组成部分是脂类，包括各种脂肪、蜡、固醇、脂溶性维生素和其他化合物。糖脂是与糖结合的脂肪分子。在你的身体里，它们是重要的能量来源。此外，它们存在于细胞膜的外部，在那里它们对化学识别、膜稳定性和细胞连接形成组织至关重要。

由这些构件组成的表面活性剂不仅对清洁有用。同样的机制使得油漆更容易涂抹在表面，肥料在作物上，润滑剂在机器部件上和药物进入我们的身体。

2008年，全球生产了1300万吨表面活性剂，带动了一个数十亿美元的市场。

回到基础知识

只是在过去的40年里，合成化学物质才取代了肥皂中的天然成分。今天，大多数表面活性剂是由不可再生的石油资源制成的。

美国每年生产数十亿磅的此类产品，其中大部分用于制造清洁用品。许多垃圾一旦丢弃就不易分解，有些可保存70-100年，人们对其长期毒性的担忧也有所增加。

很难想象现代世界会重新使用动物脂肪来生产这些产品，但它可能会重新使用更天然的原料。

由珍妮·彭伯顿(Jeanne Pemberton)领导的亚利桑那大学(UA)的一个研究小组正在对此进行调查。他们正在研究糖脂的使用，或基于糖的脂肪，作为一种绿色的替代品，来替代现在摆在我们杂货店货架上和工业仓库里的各种原料。

重要的是，他们正在研究一种合成普通细菌中存在的生物表面活性剂的方法，这种方法可以满足大规模生产的需要，并可以根据具体应用调整配方。

UA的团队是跨学科的，依靠分析化学家彭伯顿和她的同事(环境微生物学家和毒理学家)的专业知识系统地设计、合成和表征一系列新的糖脂表面活性剂。

研究小组首先考察了大量的糖脂类化合物的结构，选择了在溶液或表面具有最佳表面活性剂性质的候选者。使用单变量绿色指标设计合成配方，然后评估测试配方的生物降解性和毒性。

最后的候选对象在一个眼刺激的体外模型中进一步筛选。其目的是发现新的结构-功能关系，并推动分子设计向前发展。

应对NSF的科学国家计划彭伯顿认为，使用生物表面活性剂的最大障碍是难以大量生产。

因此，UA集团正在考虑如何扩大生产规模，以满足工业需求。扩大产量的两种基本方法是将细菌和原料放入发酵罐中煮熟，或者合成细菌分子。UA团队选择了后者。

他们也在研究如何定制这些表面活性剂。

彭伯顿说:“这是非常令人兴奋的，因为它给了你一个机会，为你需要的应用量身定制分子特性。”“你可以通过控制分子结构来控制属性。”

迎合“药妆品”

环境微生物学家Raina Maier看到了广泛的发展机会，不仅是更多的生物表面活性剂，而且是新的分子类别。

她在最近的科学国家项目中说:“我们只是……用我们迄今为止研究过的生物表面活性剂掠过表面。”

她推测，这些分子的第一个普遍用途将是在利基市场，如化妆品或医疗清洁剂。

事实上，化妆品和个人护理市场是梅耶和彭伯顿与首席执行官切特·博克斯利共同组建的公司的焦点。Glycosurf LLC成立于2013年，此前该公司从亚利桑那大学(University of Arizona)的Tech Launch Arizona获得了开发资金。

该公司向那些在“药妆”产品(如保湿剂、抗氧化剂、美白霜、抗衰老霜和防晒霜)的研发项目中有更环保标准的公司提供成批的鼠李糖脂作为研究原料。

鼠李糖脂是与天然的脱氧糖分子——鼠李糖结合的脂质。脱氧糖是指羟基被氢取代的糖。在自然界中，它是由一种常见的细菌产生的，铜绿假单胞菌它也被包括鼠李属植物在内的植物所感染，鼠李属植物也因此得名。

鼠李糖脂用于化妆品和清洁剂以外的领域，因为它们有助于重金属和废油的生物修复铜绿假单胞菌。它们通常用于工业生产过程中，通常是在发酵过程中使用细菌生产的。

它们通常以大豆油皂渣、废大豆油或鸡油作为碳源生产，但也可以利用各种农业废弃物生产。

在Glycosurf公司，它们使用专有的合成工艺生产，公司声称其后续优势如质量控制(95%的纯产品)和为客户公司降低制造成本，因为更常见的发酵步骤被消除了。

它使用鼠李糖作为基础，然后通过附加选择的脂质定制分子。鼠李糖用于食品调味工业，特别是作为合成草莓香精的原料。来源包括加工中国苦参树的干芽，低于1000升的散装成本一般在每升1美元左右。

GlycoSurf已经报告给绿色化学的博客预计到2018年，全球表面活性剂市场的营收将超过410亿美元，年增长率为4.5%。

生物表面活性剂预计将在这一增长中占越来越大的份额，因为消费者，特别是在利基市场，变得更加关心吸收到他们的身体和更广泛的环境的材料。

看到糖作为表面活性剂在更广泛的清洁、润滑和材料应用领域的应用，将是非常甜蜜的。