表面活性剂是一类在现代工业和日常生活中不可或缺的化合物。它们特有的两亲分子结构（由亲水部分和亲脂部分组成）使其能够有效降低液体的表面张力[1]。由于这一结构特性，表面活性剂具有多种重要的界面功能，包括润湿、乳化、分散、溶解和消泡等，从而广泛应用于各个领域[2]。
表面活性剂的广泛应用提高了产品性能和生产效率，极大地促进了相关产业的发展。然而，人们对人类健康和环境安全的日益关注凸显了合成表面活性剂的局限性[3]。许多基于石油的表面活性剂在环境中不易降解，可能长期存在于水体和沉积物中[4]。在废水处理过程中，它们通过排放物进入水体和土壤，导致环境污染[5]。这些表面活性剂对鱼类和藻类等水生生物具有急性毒性，并可能通过食物链生物放大，最终对人类健康产生不利影响[6]。相比之下，植物基表面活性剂因其可再生性、环境兼容性和可持续性而受到越来越多的关注[7]。
茶皂素（TS）是油茶籽粕中的主要生物活性成分，属于榄烷型五环三萜类化合物，是一种天然来源的表面活性剂[8]、[9]。其结构由皂苷骨架与糖苷基团和有机酸基团连接而成。功能上，TS表现出强效的非离子表面活性特性，包括乳化、发泡和分散能力，这一点在最近的界面活性研究中得到了证实[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。与合成表面活性剂相比，TS具有更低的毒性、更好的生物降解性和更高的环境兼容性[15]，常用于日常清洁和护理产品。研究表明，从油茶中提取的17种皂素的降解半衰期（DT50）在9.28至19.94小时之间，估计的最大降解时间（DT90，即90%降解所需时间）为66.24小时[16]。
目前关于TS的研究主要集中在两个方面。TS的结构复杂性给提取效率、纯度和工艺优化带来了持续挑战。因此，迫切需要开发创新技术和先进方法。已报道了一系列提取方法，包括水提取、有机溶剂提取、超声辅助提取、超临界流体提取、微波辅助提取和沉淀法[17]、[18]。其中，有机溶剂提取法能够获得杂质含量较低、回收率较高且颜色质量可接受的粗皂素。乙醇是最常用的提取剂[19]，使其成为工业皂素提取的首选方法。此外，沉淀法可以有选择性地沉淀杂质或所需成分[20]。这些方法通常效率高、操作简便，适合工业生产规模的扩大。
然而，由于TS含有多糖基团，其具有较高的亲水-亲脂平衡（HLB）值（约16），这限制了其在油相环境中的效果，限制了其在油相体系中的应用[21]。因此，需要对TS进行疏水改性，以提高其对油相的亲和力并改善其在这些体系中的界面活性。这种改性可以改善皂素的物理化学性质，拓宽其在亲脂体系中的应用范围，从而提高TS的利用价值[22]、[23]。先前的研究首先合成了类似Gemini结构的改性茶皂素以增强表面活性[24]，并开发了双链单头皂素以提高石油回收率[25]，这两项研究都展示了疏水改性皂素的多功能性。然而，改性皂素在高温高盐度油基钻井液中的应用仍是一个未探索的领域。基于现有的结构概念，本研究通过酯化接枝引入C12烷基链，生成了适用于恶劣工业条件（如180°C下的油基钻井液）的DSE[10]、[11]、[12]。
在本研究中，通过酯化引入C12烷基链对TS进行了疏水改性，合成了十二烷基皂素酯（DSE）。含有酯基的表面活性剂比合成表面活性剂更易于生物降解[26]。在环境条件下，酯键可以容易地水解，表明DSE可能降解为茶皂素和月桂酸。月桂酸是一种天然存在的脂肪酸，可以通过β-氧化途径被微生物快速利用，因此具有良好的生物降解性[27]。根据当前的使用水平，筛选评估表明月桂酸对水生环境没有风险[28]。这一结构特征表明，即使作为化学改性产品，DSE也可能保持其可再生原料的环境兼容性，并降解为相对无害的产物。这比合成表面活性剂具有显著优势，后者可能会降解为持久性或有毒的代谢物。
研究中，使用有机溶剂提取TS并通过沉淀法分离以获得高纯度和高产量。随后在包括高盐度、高油污染和高温条件下的环境中评估了TS及其疏水改性衍生物的发泡性能，并考察了它们的乳化性能。此外，还评估了该改性产品作为钻井液添加剂的整体适用性。本研究旨在阐明基于皂素的生物表面活性剂的结构-性能关系，促进其在油基体系中的应用，展示其作为高价值植物衍生添加剂的潜力。
