生物表面活性剂的应用

三、生物表面活性剂的应用

1.石油及能源工业

提高石油采收率是提高石油产量的重要技术措施之一。在当前提高石油采收率技术中，微生物提高石油采收率(microbial enhanced oil recovery，MEOR)尤为引人注目，利用微生物所产生或生产的生物表面活性剂提高石油采收率则是MEOR的重要分支。生物表面活性剂提高石油采收率，可将发酵生产的生物表面活性剂注入油层，更多则是利用筛选的菌种在油层原位发酵产生生物表面活性剂。生物表面活性剂在油层中能大大降低油水界面张力，使油类乳化，改变油层岩石的润湿性，并达到驱油、提高石油采收率的目的。用Coryneform sp.生产的生物表面活性剂可将油/水界面张力降至2×10^－2mN/m，与戊醇配合则可降至6×10^－5mN/m。由Nocardia sp.(诺卡氏菌)生产的海藻糖脂可使石油采收率提高30%。从油井喷泉中分离而来的B.licheniforms(地衣芽孢杆菌)JF-2菌株，不但具有较高的产生生物表面活性剂的能力，而且还有厌氧、耐盐、耐热等特性，这些特性使得生物表面活性剂在石油回收中更具有应用潜力。

生物表面活性剂在油品及其他能源工业中的应用也见于报道。生物表面活性剂Emulsan用于乳化重油，可使油黏度由0.2万Pa.s下降到0.1Pa.s，有利于远程泵送;或用于乳化重质燃烧油使之可以直接燃烧，实验表明其稳定性和可燃性均较好。用槐糖脂处理沥青砂可促使沥青析出，提高收率。另有报道生物表面活性剂可用作燃料级脱水泥煤的添加剂。日本花王用Pseudomonas sp.(假单胞菌)、Corynebacterium sp.(棒杆菌)、Nocardia sp.(诺卡氏菌)、Arthrobacter sp.(节杆菌)、Bacillus sp.(芽孢杆菌)和Alkaligenes sp.(产碱菌)生产的生物表面活性剂稳定水煤浆便于输送。据报道，Emulsan还用于清洗金属、储罐、油轮等。

2.药物和化妆品工业

生物表面活性剂由于具备化学合成表面活性剂很难具有的特殊结构，因而有可能具有一定的生理活性，具有作为药物的潜能。已有文献报道了生物表面活性剂的抗菌性和对AIDS病毒的抑制效应。由C₂～C₂₅溴代烷对4，6，4'，6'-二-O-苯亚甲基-α，α'-海藻糖进行烷基化制备的2，2'，3，3'-四-O-烷基-α，α'-海藻糖具有表面活性和抗癌活性。肺组织中的表面活性剂是维持正常呼吸的必要因子，是一种磷脂蛋白质复合物。许多早产儿就是因为缺少此种物质而有呼吸障碍。目前产生这种生物表面活性剂的人类基因已被克隆到细菌中，使得大规模生产这种生物表面活性剂作为药物成为可能。由Rhodococcus erythropolis(红平红球菌)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，致死剂量仅为10～30μg/ml。

生物表面活性剂在化妆品工业也具有极大的吸引力。浓度为1mol/L槐糖脂的产品就具有良好的皮肤亲和性，可用作一种皮肤保湿剂。槐糖脂已被日本Kao有限公司作为一种保湿剂用于化妆品，商品名为Sofina，这种产品可用于口红和作皮肤及头发的保湿剂。用0.2%脂多糖Emulsan与其他表面活性剂复配可用于制备清洁霜。

3.食品工业

由于食品中使用的新添加剂需要经过长时期考察和多种毒性试验后才能被批准使用，故食品工业中还没有大规模使用生物表面活性剂。由酶法合成的各种生物表面活性剂，由于分子结构与化学合成相同或相近，可以直接用于食品工业。而由发酵法生产的生物表面活性剂中，糖脂可能较易被接受作为食品添加剂，这是因为其结构与化学合成糖酯十分相似，而化学合成糖酯已广泛地使用在食品中。一种典型的发酵法生产生物表面活性剂槐糖脂的急性和亚急性毒性试验结果如下:鼠类经口LD₅₀为10～16g/kg，比乙醇的LD₅₀6.7g/kg还安全，因而是安全的;对鼠类以53mg/(kg·d)(占其食物总量的0.06%)剂量连续饲喂1个月未观察到任何不良影响。该种生物表面活性剂以50%浓度溶液施用，对兔眼无刺激性，对荷兰猪擦伤皮肤亦无刺激性。由于其结构相似物化学合成蔗糖酯已长期用于食品中作添加剂，并且其亲水结构构成部分槐糖也已批准作为食品甜味剂，因而生物合成槐糖脂很有希望成为食品添加剂。选用Candidaantarctica(假丝酵母)T34以豆油为唯一碳源生产生物表面活性剂，其产率达40g/L，其中80%为4-O-(二-O-乙酰-二-O-烷酰基-β-D-吡喃甘露糖)赤藓糖醇及单烷酰基衍生物。这些新的甘露糖赤藓糖醇脂可望作为食品用表面活性剂。从原核生物得到的高分子量乳化剂也可以作为食品乳化剂，如由海底蓝藻细菌Phormidium J-1(ATCC39161)产生的Emulcyan是分子量超过2×10⁵U的胞外复合物，由糖基、脂肪酸和蛋白质部分共同组成。由Pseudomonas aeruginosa(铜绿假单胞菌)UI29791生产的鼠李糖脂也可用于食品工业。水解和经冷冻干燥的酵母细胞壁表面活性剂可作为人造黄油生产中的表面活性剂。

4.环境工程应用

生物表面活性剂具有无毒、易生物降解等环境友好性，因而十分适合于环境领域的应用。生物表面活性剂生产菌或其所产生的生物表面活性剂强化环境中有机物生物降解已引起广泛重视。使用生物表面活性剂可加速海上溢油的生物降解，在污泥培养中加入糖脂也有利于油污降解，如在活性乳中加入鼠李糖脂，会大大加快炼油厂废水中正构烷烃的生物降解过程。实验还发现生物表面活性剂是提高微生物降解速率的一种必需因子，化学合成表面活性剂不能起代替作用。

生物表面活性剂在油污土壤的治理等领域具有良好的发展前景。受烷烃和原油污染的土壤原位生物修复是一门新兴的技术，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。Vandyke等人的研究表明，将铜绿假单胞菌合成的鼠李糖脂加入砂土或砂壤土中，烷烃的去除率可分别提高25%～70%和40%～80%。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，缩短微生物利用的适应时间。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。

生物表面活性剂在造纸。纺织、农药、采矿等许多领域都有着极大的应用潜力。