4 生物表面活性剂的应用
物表面活性剂有非常广泛的应用,能用于石油开采业、环境工程、食品工业、农业和精细化工等行业。然而最有应用前景的是清除污染的油罐、重油的运移和提高原油采收率。
4、1 应用于石油开采业(MEOR技术)
由于石油工业对生物表面活性剂的纯度和专一性要求不高,所以可直接使用含完整微生物细胞的生物表面活性剂发酵液。微生物强化采油(microbialenhancedoilrecovery,MEOR)技术就是指往油层中注入某些微生物,同时注入一些微生物生长所必需的营养物,这些微生物在生长的同时,能产生生物表面活性剂。这些生物表面活性剂可降低原油与水两相界面的张力,从而可提高油田的开采量。MEOR技术是生物表面活性剂的一个重要应用领域。在油田开采中,应用一次及二次采油技术开采后,仍有大约70%的原油滞留在储油层中。为进一步采集这些极为可观的残留原油,通常向油井中注入化学合成的表面活性剂,以降低原油与水的界面张力,使地层毛细管孔隙中所夹持的原油大量释放出来,从而提高原油采收率。但化学合成的表面活性剂通常难以生物降解,会造成严重的环境污染。而生物表面活性剂可被微生物降解,所以不会对环境造成污染。
直接向地下注入产生物表面活性剂的微生物,并配以适当的营养物质,以地下石油为唯一碳源,将油层当作生物反应器的微生物驱采油方法是目前国内外力争攻克的难题。微生物驱与化学驱的重要区别是微生物不但可沿注水压差方向运移,还可在油层中纵深迁移,并与水驱难以扫及的原油作用,大大提高了水驱或化学驱的波及效率。另外微生物在与原油作用的同时,会产生有利于提高原油采收率的代谢产物,除产生生物表面活性剂外,还产生某些小分子的有机酸、有机溶剂等,既能降低油水间界面张力,又使油层的通透性增强。在此基础上,再与化学驱结合将会在最大程度提高原油采收率的同时,大大降低化学驱的成本。据报道,紫红诺卡氏菌(Nocardiarhodochrous)产生的海藻糖脂,用于地下砂石中石油的回收,出油率提高了30%。
4、2 在环境生物工程上的应用
近年来,随着工农业生产的发展,工业排放的废水、固体废弃物、农田中施用的农药、石油开采中的井喷及运输中的泄漏等对水体和土壤的污染日趋严重,从而引起人们的关注。研究表明:加入微生物或表面活性剂(生物的或化学合成的),能够增强憎水性化合物的亲水性和生物可利用性,使进入环境的污染物不断地降解,该技术称为生物修复(bioremediation),其中使用到生物表面活性剂。土壤微生物降解烷烃化合物是烷烃污染物从土壤中消失的基本机制。为了提高烷烃降解速度,接种非土壤微生物的效果仍有很大争议。然而,可以通过提高土壤中微生物的数量,继而提高烷烃的降解速度,而且降解速度的提高远远高于单独加入某种营养成分所提高的速度。糖脂类生物表面活性剂不仅可提高烷烃的去除率,而且可加速烷烃的矿化程度,缩短可被微生物利用的适应时间。华兆哲等用假丝酵母生产的甘露糖赤藓糖醇酯对正构烷烃具有较好的降解能力。VanDyke等研究表明,铜绿假单胞菌合成的鼠李糖脂加入沙土或沙壤土中,烷烃的去除率分别提高25%~70%和40%~80%。生物表面活性剂同样也可用于修复受重金属、菲、多氯联苯污染的土壤。
4、3 在食品工业和精细化工中的应用
由于符合功能性食品和绿色食品添加剂的要求,在人们崇尚自然,健康至上的今天,生物表面活性剂已成为一种广泛应用的食品添加剂。蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工业常用的乳化剂。另外,生物表面活性剂还可以用作食品加工业和精细化工中的保湿剂、防腐剂、润湿剂、起泡剂、增稠剂、润滑剂等。据报道蔗糖酯加入食品中可以改善食品的加工性能、提高食品抗氧化防霉作用和香味质量,蔗糖酯对柑桔、苹果、梨等水果的保鲜已取得良好效果。产朊假丝酵母(Candidautilis)合成的生物乳化剂可用作色拉调味剂。槐糖脂具有良好的皮肤亲和性,可作为皮肤保湿剂用于化妆品中,还可用于制造洗涤剂、增加感光乳剂的稳定性等。蔗糖酯也可以改善化妆品的水洗性能,增加皮肤的光润和滑嫩性。
4、4 在其他方面的应用
在农业方面,生物表面活性剂可用于土壤改良、用作肥料、清洁、植物保护以及杀虫剂等。
在医疗卫生方面,生物表面活性剂可用于治疗某些疾病。据报道,红串红球菌(Rhodococcuserythropolis)合成的琥珀酰海藻糖脂能够抑制单纯疱疹病毒和流感病毒。用发酵法生产的磷脂蛋白对人体细胞中的免疫缺陷蛋白病毒具有抑制作用。
生物表面活性剂还可用于高效细胞破碎和快速测定微生物的数量。由于生物表面活性剂可高效地将细菌和真菌的细胞破碎,细胞内的ATP释放后与荧光素酶和荧光素系统反应产生荧光,ATP的量与细胞的数量相关,因此通过测定所产生的荧光的量即能推算出细胞的数量,从而达到快速测定的目的。此外,生物表面活性剂还能用于杀菌剂、杀虫剂效果的监测,以及发酵工业发酵过程的细胞数量随程监控等方面。