表面活性劑環境工程中使用

生物表面活性劑是微生物在一定條件下培養時,在代謝過程中分泌的具有表面活性的代謝產物。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:結構的多樣性、生物可降解性、廣泛的生物活性及對環境的溫和性等[1]。由于化學合成表面活性劑受原材料、價格和產品性能等因素的影響,且在生產和使用過程中常會嚴重污染環境及危害人類健康。 因此,隨著人類環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,發展很快,國外已就多種生物表面活性劑及其生產工藝申請了專利[2],如乙酸鈣不動桿菌生產的一種胞外生物乳化劑已經有了成品出售。國內對生物表面活性劑的研制和開發應用起步較晚,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和生產菌的不同來區分。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菌 大多數生物表面活性劑是細菌、酵母菌和真菌的代謝產物。這些生產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菌。 

      生物表面活性劑的生產目前,可以通過兩種途徑生產生物表面活性劑:微生物發酵法和酶法。 采用發酵法生產時,生物表面活性劑的種類、產量主要取決于生產菌的種類、生長階段,碳基質的性質,培養基中N、P和金屬離子Mg2+、Fe2+的濃度以及培養條件(pH、溫度、攪拌速度等)。如Davis等[5]在成批培養枯草芽孢桿菌時發現,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甘露糖赤蘚糖醇脂,對培養條件進行優化后,高產量可達140g/L。發酵法生產生物表面活性劑的優點在于生產費用低、種類多樣和工藝簡便等,便于大規模工業化生產,但產物的分離純化成本較高。 與微生物發酵法相比,酶法合成的表面活性劑分子多是一些結構相對簡單的分子,但同樣具有優良的表面活性。其優點在于產物的提取費用低、次級結構改良方便、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高附加值產品,如藥品組分。盡管現階段酶制劑成本較高,但通過基因工程技術增強酶的穩定性與活性,有望降低其生產成本。