基本介紹
- 中文名：鼠李糖脂
- 外文名：rhamnolipid
- 屬性：生物表面活性劑
- 離子：陰離子
- 類型：糖脂類
- 來源：假單胞菌或伯克氏菌類
研究歷史,結構特點,3.1結構式1(R1),3.2結構式2(R2),3.3結構式3(R3),3.4結構式4(R4),3.5單、雙及衍生結構,套用,4.1在石油領域的套用,4.2農業領域套用,4.3環境領域套用,4.4食品領域的套用,4.5日化領域的套用,4.6在醫藥領域的套用,獎勵及認證,
研究歷史
據相關報導，鼠李糖脂是被F.G.Jarvis和M.J.Johnson於1947年第一次發現、分離和描述的。1949年，他們的論文“A glycolipide produced by Pseudomonas aeruginosa《一種由銅綠假單胞菌製成的糖脂》”在The Journal of the American Chemical Society（美國化學學會）雜誌上發表。從此鼠李糖脂開始走進人們的視野。此後在長達十年的時間裡人們主要的研究集中在有關細菌化學結構、細胞壁、構成細菌脂肪的互動作用上，並沒有太多研究是集中在鼠李糖脂上的。1970年，Norman Shaw對已知資源做了總結，建立了細菌糖脂結構，70年代人們對鼠李糖脂在製藥方面做了更多的研究，同時對鼠李糖脂的生產和產生它們的細菌等也做了更多研究。
1990年代，針對銅綠假單胞菌和鼠李糖脂的大部分工作，由Goran Piljac博士（醫學博士，獸醫）和他妻子Visnja Piljac博士領導的小組，及南斯拉夫生物學院完成。南斯拉夫政府通過國家石油公司INA尋找一種物質以清理可能在原始達爾馬西亞海灘上發生的石油泄漏。工作人員去往世界各地獲得細菌和其他菌株的樣本以作研究。其中一個受測試的細菌就是銅綠假單胞菌。這個細菌顯示出一些能夠清理油污的跡象，測試同時偶然發現的結果表明，該菌對於處理牛皮癬和其他皮膚狀況也有效。自1990年起，基於Piljacs的工作，研究人員在鼠李糖脂醫學套用中有了巨大的進展，取得了成功，獲得了幾項專利。克羅地亞的臨床經驗證明，該菌及代謝產物對於牛皮癬、燒傷處理留下的慢性傷口的局部處理，有持久和顯著的療效。在克羅地亞的研究也對牛皮癬患者做了後續檢查，發現首次治療後7年，疾病消失不見了。這項技術目前被Paradigm Biomedical,Inc.擁有。
結構特點
國內外一般採用銅綠假單胞菌 (Pseudomonase)利用不同碳源來產生鼠李糖脂。通常我們表述的“鼠李糖脂”不是一種單一的結構體，而是由很多種同族結構組成的混合物，在已知的報導中已經發現多達28種（另有說法為60種）不同結構的鼠李糖脂結構（Deziel等在P_aeruginosa 57RP的發酵液中檢測到）。 其具備一般表面活性劑的基本特徵，其親水基團一般由1～2分子的鼠李糖環構成，憎水基團則由1～2分子具有不同碳鏈長度的飽和或不飽和脂肪酸構成。在生物合成過程中，這些基團之間可能相互連結而生成多種化學結構相近的同系物。研究表明，發酵產物中一般含有4種主要的鼠李糖脂，學術界一般用R1-R4（或RLl-RL4，RH1-RH4）表示，其結構通式為：
3.1結構式1(R1)
表達通式：Rha-C10-C10
結構式：
鼠李糖脂結構式1(R1)詳細表述：
鼠李糖脂結構1(R1)命名、編號理化性質3.2結構式2(R2)
表達通式：Rha-Rha-C10
結構式：
鼠李糖脂結構式2（R2）詳細表述：
鼠李糖脂結構2(R2)命名、編號及理化性質3.3結構式3(R3)
表達通式：Rha-Rha-C10-C10
結構式：
鼠李糖脂結構式3(R3)詳細表述：
鼠李糖脂結構3(R3)命名、編號、理化性質3.4結構式4(R4)
結構通式：Rha-C10
結構式：
鼠李糖脂結構4(R4)詳細表述：
鼠李糖脂結構4（R4）命名、編號及理化性質3.5單、雙及衍生結構
鼠李糖脂的結構多達幾十種，一般在學術界經常看到雙鼠李糖脂和單鼠李糖脂的表述，這是什麼意思？分別代表什麼？
單雙是指鼠李糖脂結構中的糖環的數量，外文文獻表示為：di-rhamnolipid（雙）、mono-rhamnolipid（單）。
最早的關於鼠李糖脂的定義來自於Jarvis和Johnson(1949)，其定義的雙鼠李糖脂{[a-L-rhamnopyranosyl-(1-2)-a-L-rhamnopyranosyl-3-hydroxydecanoyl-
3-hydroxydecanoate]>>>[α-L-鼠李糖基-(1-2)-α-L-鼠李糖基-3-羥基-癸醯-3-羥基癸酸鹽]，也就是後來我們稱為的鼠李糖脂3或Rha-Rha-C10-C10}，是銅綠假單胞菌可以產生的幾十種同類物之一，主要在脂肪酸鏈長度和飽和度中有所變化（Déziel等人 1999）。
鏈長的變化一般從C8到C12，少數情況下會有C14。已知的所有鏈長（如：-C10:1、-C12:1）的鼠李糖脂結構中，均觀察到了單鍵和雙鍵。主要幾種鼠李糖脂結構中一般包含兩個通常長度相同的脂肪酸鏈。由銅綠假單胞菌培菌的較常見的結構一般有兩種，一種雙鼠李糖脂（上面所述），一種單鼠李糖脂{[a-L-rhamnopyranosyl-3-hydroxydecanoyl-3-hydroxydecanoate]>>>[α-L-鼠李糖基-3-羥基癸醯-3-羥基癸酸鹽]，也叫做鼠李糖脂1或Rha-C10-C10}。所謂的鼠李糖脂2和4是另外一種雙鼠李糖脂和單鼠李糖脂（分別為Rha-Rha-C10 和 Rha-C10），各具有一個β-羥基癸酸基，最早的報導是用假單胞菌DSM2874在37℃培養代謝的（Syldat等人1985）。單雙鼠李糖脂普遍的化學結構和術語如圖所示。
鼠李糖脂單、雙結構表述單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的普遍結構及術語表、m,n= 4-8 (Jarvis和Johnson 1949; Edwards和Hayashi 1965; Itoh等人1971; Syldatk等人1985a,b; Gruber 等人1993)。
它們順序出現在假單胞菌DSM2874提取物的色譜分析上之後，被叫做鼠李糖脂1-4（Syldat等人1985a,b）。雖然鼠李糖脂1-4的叫法已經很老了，但它們仍然被普遍使用。然而，還有兩個類型的鼠李糖脂是αC10:1-Rha-C10-C10（被定義為鼠李糖脂A）和αC10:1-Rha-Rha-C10-C10（被定義為鼠李糖脂B）。它們由Yamaguchi 和Sato (1976)報導，且分別代表了Rha-C10-C10（鼠李糖脂1）和Rha-Rha-C10-C10 (鼠李糖脂3)的α癸烯酸（αC10:1）醯化衍生物。這是有關醯化產物鼠李糖脂同族結構的唯一報導。
我們目前能見到的相關報導中還是經常會使用鼠李糖脂1-4（或R1-R4）的說法，但很多文獻的表述並不是很統一，比較亂，我們在使用或檢索文獻時還是以具體結構式為準，這樣不容易出現差錯。
套用
鼠李糖脂鼠李糖脂是由微生物產生的陰離子生物表面活性劑，它們不僅溶於甲醇、氯仿和乙醚，在鹼性水溶液中也表現出良好的溶 解特性。它兼具良好的化學和生物特性。具有油、水兩親性，可以降低水表面張力，可以作為潤濕劑、乳化劑和發泡劑使用，鼠李糖脂生物表面活性劑可以在溫度、PH值及鹽度處於極端狀況下使用，並且無毒，可以生物降解。
目前它比較廣泛的套用於石油工業、綠色農業和生態環境方面，此外在食品行業、化妝品、醫療方面也有較大的套用潛力。
4.1在石油領域的套用
（1）作為犧牲劑使用，減少昂貴驅油劑的用量或在地層中的損耗，和其它驅油劑復配後具有驅油效果好、見效時間長的優點，但鼠李糖脂的加入有效的減少了驅油劑的用量，大大降低了成本。
（2）生物表面活性劑具有典型的生物活性，可以激活地層本源微生物，起到協同採油的作用，在油田的礦場試驗水樣中發現：注後半年較注前油井水樣中細菌含量提高了2-3個數量級。
4.2農業領域套用
已有大量研究及實際套用證實,鼠李糖脂可以用在農作物、蔬菜、水果、花卉上用於刺激生長、輔助吸收營養、增加農藥及肥料作用效果等，並經證實對人及動物無毒副作用。
鼠李糖脂生物表面活性劑可作為潤濕劑套用於葉面肥的生產上。因為許多植物葉片都覆有一層蠟質層，使葉片表面成為一種保護表面，鼠李糖脂生物表活劑可作為潤濕劑，添加於葉面肥料中，以疏水基通過色散力吸附在蠟質層的表面,親水基則伸入肥液中形成定向吸附膜取代了疏水的蠟質層，改善葉面肥料在蠟質層的潤濕狀況，使肥料充分鋪展，促進肥料營養物質最大限度的被吸收利用。
鼠李糖脂生物表活劑具備將部分微量元素鰲合的功能，在弱鹼性環境下電離出的羧基可固定根系周圍的微量元素，降低微量元素在土壤中快速散失的可能性，保證了肥料的長效性。（Root Uptake of Lipophilic Zinc#Rhamnolipid Complexes，J. Agric. Food Chem. 2008, 56, 2112–2117）
對鹼性土壤環境改善可以起到有效作用，是鹼性土壤改性良好的添加劑。利用Rh在鹼性條件下，電離出Rh-與H+的性能，與鹼性土壤中的OH-中和改善土壤的鹼性，從而改變土壤板結環境條件。
因為鼠李糖脂有潤濕劑的作用及良好的表面活性，可套用到農藥上起潤濕、鋪展及滲透作用。另外，對於一些農藥殘留，鼠李糖脂具有可將其降解的能力。
此外，鼠李糖脂具有良好的抑制真菌的作用（已發表過的文獻中多次提到），用於農作物拌種和抑制真菌、黴菌的實驗，已被證實。
國外對鼠李糖脂在農業方面的套用比較常見，美國紐約州環保局通過了生物藥含鼠李糖脂的註冊檢測。（EPA，註冊號72431-1）
4.3環境領域套用
鼠李糖脂可以修復人類所造成的環境污染，包括土壤、水、海岸線及海底中的油、金屬或其他污染物。鼠李糖脂具有一定的金屬螯合能力（“Stability Constants for the Complexation of Various Metals with a Rhamnolipid Biosurfactant”，J. ENVIRON. QUAL., VOL. 30, MARCH–APRIL 2001），它作為螯合劑可以替代EDTA，用來清除土壤、污水及其他液體的重金屬污染物。還可用作採用植物方法吸收土壤重金屬離子的方式處理土壤，是植物技術原位處理被重金屬污染土壤的良好方法。
針對殺蟲劑或劇毒農藥造成的土壤或水污染，鼠李糖脂和其生產菌銅綠假單胞菌有修復的功效，根據資料（“EFFECT OF RHAMNOLIPID POTENTIAL ON BIODEGRADATION OF ENDOSULFAN BY Pseudomonas aeruginosa IN BATCH STUDIES.” Arunkumar Mani ,J Biosci Tech, Vol 2 (3),2011,268-278）顯示，鼠李糖脂能夠促進銅綠假單包桿菌降解硫丹，從而修復劇毒污染的土壤或水體。
鼠李糖脂作為生物表面活性劑具有無毒、兩親等性質，並隨濃度升高至臨界濃度時會對多環芳烴產生明顯的增容作用。可以洗脫多氯聯苯，並改變多氯聯苯的HLB，使其容易被假單胞桿菌吸收降解。（鼠李糖脂的製備及其在修復多氯聯苯污染土壤中的套用，馬滿英，湖南大學博士畢業論文）
4.4食品領域的套用
目前鼠李糖脂在食品方面多用作增大烘焙體積的膨大劑和調味劑，其食用安全性已通過了美國環保署（EPA）的食用安全認證。
4.5日化領域的套用
鼠李糖脂除了具備良好的表面活性外，還具備良好的細胞通透性，其來源於生物，具有良好的無毒害可降解特性。這些特點使其可廣泛套用於各種日化產品中。
化妝品工業使用大量的表面活性劑，它們幾乎在每種產品中都存在。包含表面活性劑的不同產品包括抗頭皮屑產品、護膚霜、染髮劑、香波和護髮素、牙膏、睫毛膏、指甲油、唇膏、止汗劑、嬰兒用品、剃鬚膏、保濕劑、肥皂、眼影、濕巾及香水等。其中最常用的就是SLES（十二烷基醚硫酸鹽）和SLS（十二烷基硫酸鹽）。
監管機構已經指責SLES包含一種致癌物質，1.4-二惡烷。1.4-二惡烷是SLES生產的副產品，通常不能完全從SLES產品中去除。SLS已被證明是在較高濃度時對皮膚有刺激性。雖然SLS的傳統生產來源於椰子或棕櫚油，但一些SLS的製造來源於石油和石油副產品。鼠李糖脂是天然的產物，在潤膚霜，洗髮水，肥皂，和上面列出的大多數化妝品中，將取代石油來源的表面活性劑和乳化劑，如SLS，SDS或NADS。
鼠李糖脂可以通過分散和潤濕性能來使物質擴散。以幫助保留水分、潤滑、產生泡沫、作為一種清洗劑。它可以保持混合物的體系穩定，控制產品的粘度，還可以乳化毛孔中的油脂，減少痤瘡的發生。
4.6在醫藥領域的套用
鼠李糖脂可用於處理皮膚灼傷及部分皮膚病，還可作為一種基礎藥物，相關研究及臨床依據來源於克羅地亞和美國：
另外，美國Piljac等人於申請並於1995年10月3日獲得授權“以鼠李糖脂為基礎的醫藥製劑”的專利（US5455232），進一步促進了鼠李糖脂在醫學上的套用的研究。
獎勵及認證
■2004年鼠李糖脂生物表面活性劑獲頒發總統綠色化學挑戰獎。獲獎信息發布於美國環境保護署（U.SEnvironmentalProtectionAgency，簡稱EPA）官方網站。
■鼠李糖脂生物表面活性劑在食品中、農藥化學品中的容許量申請及批覆（68 FR 25026和68 FR 16796）。信息公布於美國聯邦註冊官方網站(federal register)。
■美國環境保護署農藥規劃辦公室，批准鼠李糖脂可用作生物農藥的備案手續檔案（農藥編碼：110029）。信息發布於美國環境保護署（U.SEnvironmentalProtectionAgency，簡稱EPA）官方網站。
■鼠李糖脂作為一種新的活性成分，批准登記生物殺菌劑的聯幫登記公告2003年5月7日（68 FR 24456）。信息公布於美國聯邦註冊官方網站(federal register)。
