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,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中的應用。 

       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 化學合成表面活性劑通常是根據(jù)它們的極性基團來分類,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胞生產(chǎn)甘露糖赤蘚糖醇脂,對培養(yǎng)條件進行優(yōu)化后,高產(chǎn)量可達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增強酶的穩(wěn)定性與活性,有望降低其生產(chǎn)成本。