表面活性劑環(huán)境工程中使用

生物表面活性劑是微生物在一定條件下培養(yǎng)時,在代謝過程中分泌的具有表面活性的代謝產(chǎn)物。與化學(xué)合成表面活性劑相比,生物表面活性劑具有許多獨特的屬性,如:結(jié)構(gòu)的多樣性、生物可降解性、廣泛的生物活性及對環(huán)境的溫和性等[1]。由于化學(xué)合成表面活性劑受原材料、價格和產(chǎn)品性能等因素的影響,且在生產(chǎn)和使用過程中常會嚴(yán)重污染環(huán)境及危害人類健康。 因此,隨著人類環(huán)保和健康意識的增強(qiáng),近二十多年來,對生物表面活性劑的研究日益增多,發(fā)展很快,國外已就多種生物表面活性劑及其生產(chǎn)工藝申請了專利[2],如乙酸鈣不動桿菌生產(chǎn)的一種胞外生物乳化劑已經(jīng)有了成品出售。國內(nèi)對生物表面活性劑的研制和開發(fā)應(yīng)用起步較晚,但近年來也給予了高度重視,其中研究多的就是生物表面活性劑在提高石油采收率以及生物修復(fù)中的應(yīng)用。 

       生物表面活性劑的種類及其生產(chǎn)菌 

生物表面活性劑的種類 化學(xué)合成表面活性劑通常是根據(jù)它們的極性基團(tuán)來分類,而生物表面活性劑則通過它們的生化性質(zhì)和生產(chǎn)菌的不同來區(qū)分。一般可分為五種類型:糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊表面活性劑。

生物表面活性劑的生產(chǎn)菌 大多數(shù)生物表面活性劑是細(xì)菌、酵母菌和真菌的代謝產(chǎn)物。這些生產(chǎn)菌大多是從油類污染的湖泊、土壤或海洋中篩選得到的。如Banat等[3]從油泥污染的土壤中分離得到兩株生物表面活性劑的菌株:芽孢桿菌AB-2和Y12-B。表1列出了一些主要的生物表面活性劑的種類及其生產(chǎn)菌。 

      生物表面活性劑的生產(chǎn)目前,可以通過兩種途徑生產(chǎn)生物表面活性劑:微生物發(fā)酵法和酶法。 采用發(fā)酵法生產(chǎn)時,生物表面活性劑的種類、產(chǎn)量主要取決于生產(chǎn)菌的種類、生長階段,碳基質(zhì)的性質(zhì),培養(yǎng)基中N、P和金屬離子Mg2+、Fe2+的濃度以及培養(yǎng)條件(pH、溫度、攪拌速度等)。如Davis等[5]在成批培養(yǎng)枯草芽孢桿菌時發(fā)現(xiàn),在溶解氧耗盡和限氮條件下可得大濃度(439.0mg/L)的莎梵婷。Kitamoto等[6]利用南極假絲酵母的休止細(xì)胞生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂,對培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化后,高產(chǎn)量可達(dá)140g/L。發(fā)酵法生產(chǎn)生物表面活性劑的優(yōu)點在于生產(chǎn)費用低、種類多樣和工藝簡便等,便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),但產(chǎn)物的分離純化成本較高。 與微生物發(fā)酵法相比,酶法合成的表面活性劑分子多是一些結(jié)構(gòu)相對簡單的分子,但同樣具有優(yōu)良的表面活性。其優(yōu)點在于產(chǎn)物的提取費用低、次級結(jié)構(gòu)改良方便、容易提純以及固定化酶可重復(fù)使用等,且酶法合成的表面活性劑可用于生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品,如藥品組分。盡管現(xiàn)階段酶制劑成本較高,但通過基因工程技術(shù)增強(qiáng)酶的穩(wěn)定性與活性,有望降低其生產(chǎn)成本。