鼠李糖脂生物表面活性剂及其在石油污染修复中的应用

鼠李糖脂应用场景石油上应用鼠李糖脂是一种天然生物表面活性剂,它可以提高原油开采率、优化管道输送和改善储罐清洗。

发酵得到的鼠李糖脂与其他生物聚合物复配,可以建立新的生物驱油体系,显著提高采收率。

鼠李糖脂构成的新型环保纳米片,可以在高温高盐条件下提高低渗透油藏的采收率。

提高石油开采率采用鼠李糖脂可以改善水、油及岩石之间的作用关系,达到提高原油采收率的目的。

鼠李糖脂可以降低石油与岩石的亲和力,减少石油在驱油过程中的流动阻力,提高石油的可动性和开采率。

同时,鼠李糖脂还可以在水驱过程中优化驱替相图,增强驱油效果。

物理模拟实验表明,鼠李糖脂可以使原油开采率显著提高。

新的李糖脂生物驱油体系通过发酵法获得鼠李糖脂后,与其他生物聚合物如黄原胶复配,可以建立新的生物驱油体系。

5%鼠李糖脂发酵液的生物复合体系可使采收率达到17.4%,表明在微生物采油领域有良好应用前景。

鼠李糖脂-二硫化钼纳米片提高低渗透油藏鼠李糖脂-二硫化钼纳米片是一种新型环保生物两性纳米片,可以在高温高盐条件下提高低渗透油藏的采收率。

0.005wt%的超低浓度纳米流体可以在天然岩心上观察到25.3%的额外采油量。

其机理是通过原油乳化、改善润湿性、降低界面张力和产生结构分离压力等。

作为原油管道减阻剂和降粘剂鼠李糖脂可以溶解在有机溶剂中,然后添加到原油,用作原油管道的减阻剂和降粘剂。

100-1000ppm的鼠李糖脂可以使管道阻力下降20-50%,100-9000ppm的鼠李糖脂可以使原油粘度下降10-90%以上。

罐底油泥的洗脱发酵鼠李糖脂液可以提高储油罐罐底油泥中原油的回收率,实现对罐底油泥的有效洗脱。

鼠李糖脂液可以使溶液表面张力达到0.037N/m,显示出很好的表面活性作用。

作为抗结蜡添加剂，在石油炼化过程中鼠李糖脂可以降低某些石油馏分的凝固点,防止在低温下析出固体蜡质,从而提高石油的低温流动性和抗结蜡性能。

这在燃料油和润滑油方面具有重要作用。

作为粘度指数改进剂。

生物表面活性剂在油田中的应用生物表面活性剂是指有严格的亲水基团和疏水基团、由微生物产生的化学物质。

这种微生物生长在水不溶的物质中并以它为食物源,适应环境并产生这些物质。

它们能吸收、乳化、润湿、分散、溶解水不溶的物质。

生物表面活性剂在工业上有很大的用途,可用于油的开采、油管套清洗、纺织工业、制药业、化妆品、家用清洁剂、造纸业、陶瓷和金属工业。

然而最有前景的应用是用于清理污染的油罐、油轴的清洗、重油的运移、提高采收率、在污泥中和被碳、重金属离子和其他污染剂污染的区域采取生物补救措施开采原油。

已经证明生物表面活性剂是微生物采油的重要机理。

1 生物表面活性剂的特点生物表面活性剂和化学表面活性剂一样具有驱油能力,而且生物表面活性剂还具有如下特点:(1)水溶性好,在油-水界面有高的表面活性。

(2)在含油岩石表面润湿性好,能剥落油膜,分散原油,具有很强的乳化原油的能力。

(3)固体吸附量小。

(4)反应的产物均一,可引进新类型的化学基团,其中有些基团是化学方法难以合成的。

(5)生物表面活性剂无毒、安全。

(6)生物表面活性剂生产工艺简单,在常温、常压下即可发生反应。

若用化学生产条件极为复杂,有些需要苛刻的条件,如高温、高压。

研究表明,生物表面活性剂的驱油效率比人工合成的表面活性剂的驱油效率高3.5倍～8倍,而价格却为人工合成的表面活性剂的30%。

许多国家已经把产生生物表面活性剂的微生物采油作为长期开采油田项目的一部分。

2筛选产生生物表面活性剂的菌种菌种生长在水不溶的物质中,如石油烃、聚苯乙烯、橄榄油、煤油、甲苯、凡士林、二甲苯,并以它们为食物源。

提高采收率的生物表面活性剂,多数是从被原油污染的土壤、海水、地表废水中分离出来的。

这些微生物能有效地降解脂肪族和芳香族的烃类化合物,它们利用这些化合物,在微生物细胞和烃接触的界面上产生生物表面活性剂。

3生物表面活性剂的类型目前,生物表面活性剂主要有4类:糖脂类、磷脂类、脂蛋白或缩氨酸脂和聚合物类。

环境保护与循环经济石油污染土壤微生物修复研究进展付保荣I 刘述凤I 鄢雨朦I 张润洁I 郭宏伟**2收稿日期：2020-11-08；修订日期：2021-03-15。

作者简介:付保荣，女,1965年生，教授，主要从事环境生物学、污染生态及流域生态环境安全等方面的研究工作。

*通讯作者:郭宏伟，女,1976年生，高级工程师，主要从事土壤、地下水污染防治和生态保护的监督管理,土壤、地下水污染防治科研课题研究,建设用地土壤污染状况调查,污染地块管理及修复工作,E-mail : ****************。

基金项目：国家重点研发计划项目(2018YFC1801205 )。

(1.辽宁大学环境学院，辽宁沈阳110000； 2.鞍山市生态环境事务服务中心，辽宁鞍山114000)摘 要:土壤中石油类物质达到一定浓度不但会对土壤的原有生态系统造成破坏，而且会对人体机能带来一定影响。

采用微生物修复石油污染土壤是一种安全高效的治理技术，主要包括生物强化技术、生物刺激技术、生物通风技术、固定化微生物技 术以及植物-微生物联合修复技术。

微生物修复技术优点在于投资小、见效快、能耗低、无二次污染产生，属于环境友好型治理技术。

微生物修复技术在实际应用中存在一些不足，如风险的不确定性。

重点对国内外微生物修复技术的研究成果以及研究进展进行梳理,并对未来发展进行了展望O关键词:石油类污染；污染土壤;高效降解菌;微生物修复Abstract ： Reaching a certain concentration of petroleum substances in the soil will not only damage the original e-cological system of the soil, but also have a certain impact on human functions. The use of microorganisms to re ­mediate petroleum - c ontaminated soil is a safe and efficient treatment technology , which mainly includes : bio-enhancement technology , bio -stimulation technology , bio -ventilation technology , immobilized microorganism technology , and pl a nt-microbe joint remediation technology. The microbial remediation technology has the advan ­tages of low investment , quick results , low energy consumption , and no secondary pollution. It is an environmen ­tally friendly treatment technology. However , microbial remediation technology has some shortcomings in practical applications , such as the uncertainty of risk. This article focuses on the research results and research progress of microbial remediation technology at home and abroad , and prospects for future development.Key words ： petroleum pollution ; contaminated soil; efficient degrading bacteria; microbial repair中图分类号：X53 文献标识码:A 文章编号：1674-1021(2021)03-0054-071引言石油在勘探、开采、运输、提炼、存储、使用等过程中会因为管理不当或发生突发事故等导致石油污 染,对环境造成既长远又严重的危害。

鼠李糖脂生物表面活性剂及其纯化方法研究进展田静;王靖;冀光;李明【摘要】鼠李糖脂生物表面活性剂是由微生物在一定的培养条件下分泌的次级代谢产物,具有良好的环境相容性,生产成本是制约其工业化应用的主要因素.综述了鼠李糖脂的常用纯化方法,并对其研究方向进行了展望.【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2010(027)006【总页数】4页(P13-16)【关键词】鼠李糖脂;生物表面活性剂;纯化;展望【作者】田静;王靖;冀光;李明【作者单位】中国石油大学(北京)化学科学与工程学院,北京,102249;中国石油大学(北京)化学科学与工程学院,北京,102249;中国石油大学(北京)化学科学与工程学院,北京,102249;中国石油大学(北京)化学科学与工程学院,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】TQ423生物表面活性剂是天然表面活性剂的一种,是微生物在特定条件培养时分泌的具有表面活性的一类代谢产物[1～3]。

其中研究较多的是鼠李糖脂生物表面活性剂。

与化学表面活性剂相比,鼠李糖脂生物表面活性剂除了具有类似的分子结构、一定的表/界面活性外,还表现出良好的环境和生物兼容性,即具有无毒、无害、易降解的特性。

因此,近年来广泛用于环境治理、石油开采、生物医药、造纸及化妆品等领域[4～8],并逐步拓展其它领域的研究应用。

由于化学表面活性剂合成步骤复杂、生产成本固定,而鼠李糖脂生物表面活性剂可以通过选择经济实用的分离方法、优化操作工序来降低成本。

因此,寻找经济、实用、高效的分离纯化生物表面活性剂的方法已经成为科研工作者急需解决的问题。

作者在此综述了鼠李糖脂常用的纯化方法,拟为相关研究提供理论及技术基础。

鼠李糖脂主要有4种结构[9,10],如图1所示。

鼠李糖脂公认的生物合成途径由Burger等[11]和Ochsner等[12]通过放射性同位素标记前体物质的方法研究并提出(图2）。

在此合成途径中,鼠李糖脂的合成是由一系列连续的糖基转移反应完成的,每个反应过程均由特定的鼠李糖脂转移酶进行催化,其中腺苷二磷酸鼠李糖(d TDP2L-鼠李糖）作为糖基的供体,L-鼠李糖苷-β-羟基癸酰-β-羟基癸酸和β-羟基癸酰-β-羟基癸酸分别作为糖基的受体。

鼠李糖脂生物表面活性剂的特点及应用鼠李糖脂是由假单胞菌或伯克氏菌类产生的一种生物代谢性质的生物表面活性剂。

同时也是一种研究时间最长、应用技术最为成熟的一种生物表面活性剂。

它在土壤、水体和植物中都自然存在。

它属于一种糖脂类的阴离子表面活性剂。

它们是假单孢菌在以正构烷烃为唯一碳源的培养基时，得到的一种表面活性剂。

如果假单孢菌在果糖或葡萄糖中生长，只能得到少量产物。

一旦有鼠李糖脂生成，将有助于培养基中基质烃的乳化，从而可刺激菌体生长，加速产物的生成。

鼠李糖脂的结构多达几十种，一般在学术界经常看到双鼠李糖脂和单鼠李糖脂的表述。

1、理化性能（1）鼠李糖脂的分子量通常在476-766g/mol之间。

（2）临界胶束浓度在20-200mg/L。

（3）鼠李糖脂的HLB值还没相关报道，按通常的计算方法，通过对官能影响的分析计算，它的HLB值在10-15之间。

（4）能使水的表面张力从72mN/m降低到30mN/m，油水界面张力从43 mN/m 降到1mN/m。

（5）耐温性：在90℃的高温下仍可保持其表面活性。

（6）耐盐性：10%的盐溶液中仍不沉降或析出，而化学合成表面活性剂在2～3% 的盐溶液中就会失活。

（7）可生化降解性：在水体或土壤生物环境中都易于降解。

（8）低毒或无毒，对环境友好。

鼠李糖脂是由微生物产生的阴离子生物表面活性剂，它们不仅溶于甲醇、氯仿和乙醚，在碱性水溶液中也表现出良好的溶解特性。

它兼具良好的化学和生物特性。

具有油、水两亲性，可以降低水表面张力，可以作为润湿剂、乳化剂和发泡剂使用，鼠李糖脂生物表面活性剂可以在温度、pH 值及盐度处于极端状况下使用，并且无毒，可以生物降解。

为探究鼠李糖脂用作生物表面活性剂的潜力,科研人员以铜绿假单胞菌1.104 52发酵生产的鼠李糖脂为研究对象,利用高效液相色谱-质谱联用法（HPLC-MS）进行成分鉴定,并测定其临界胶束浓度（CMC）、乳化性、起泡性及抗菌活性。

成分分析结果表明,该鼠李糖脂主要由9种同系物组成,且以双鼠李糖脂为主要成分。

表面活性剂在石油污染土壤修复中的应用—以鼠李糖脂为例摘要：鼠李糖脂是由微生物等产生的具有表面活性的天然物质，有环境兼容性和易于生物降解等特点，物理化学性质接近或优于人工合成表面活性剂，应用前景广阔。

文章综述了石油污染对土壤理化性质产生的影响，以鼠李糖脂为例阐述了其在石油污染土壤修复中的应用，对可能存在的问题进行了展望。

关键词：石油；土壤；鼠李糖脂1 石油污染对土壤理化性质的影响石油是一种主要由烃类化合物组成的复杂混合物，含有少量的O、N、S等元素，其中多环芳烃（PAHs）和苯系物具有毒性，对人和动物有较大的危害。

石油在开采、炼制、运输和使用过程中，会有大量的原油和石油制品抛洒或泄漏，造成土壤和地下水污染。

由于石油的粘度较高，石油进入土壤后，会显著改变土壤的理化性质，使土壤颗粒聚合成较为致密的片层状或团状结构体，降低土壤的孔隙度，增加土壤的渗透阻力和疏水性；土壤有机质、有机碳含量和水溶性有机碳含量增加；土壤可提取腐殖质含量和胡敏酸（HA）含量下降，胡敏素（HM）含量增加；土壤氧化还原电位下降等。

2 石油污染土壤修复方法石油污染土壤的修复方法主要有物理处理、化学处理和生物处理，其中生物修复技术应用广泛。

细菌和真菌是石油烃的主要降解者，它们在土壤中的生长状态、数量和活性对石油的降解有重要作用。

在石油污染土壤中，石油烃类是微生物可以利用的碳源，N、P、S等其他营养物是限制微生物活性的重要因素，表面活性剂有较大影响。

物理、化学和生物联合修复、菌种筛选及修复机理是重点研究的方向。

3 鼠李糖脂在石油污染土壤中的应用3.1 鼠李糖脂的结构与性能目前研究较多的是由假单胞菌产生的鼠李糖脂。

铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）可利用不同的碳源生成鼠李糖脂，亲水基团一般由1--2分子鼠李糖构成，憎水基团则由1—2个不同碳链长度的饱和或不饱和脂肪酸构成。

在生物合成过程中，这些基团之间可能相互连接而生成多种化学结构相近的同系物。

污染土壤修复中表面活性剂的应用研究进展摘要：文中对表面活性剂的特征与种类进行深入的分析，阐述了表面活性剂在复合污染土壤修复、重金属污染、有机污染当中的国内外发展，深入的分析了表面活性剂在土壤修复当中的应用发展趋势。

关键词：表面活性剂；土壤修复；重金属污染；有机污染；复合污染一、表面活性剂的种类与特征（一）表面活性剂的种类所谓表面活性剂，具体指的是加入少量能够使溶液体系界面状态出现转变的物质。

根据极性基团性质，表面活性剂有四类，包括非离子表面活性剂、两性表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂。

因为阳离子表面活性剂在土壤当中能够非常容易的产生吸附出现二次污染，所以非离子以及阴离子表面活性剂被广泛的应用到了土壤修复工作当中。

新型离子液态表面活性剂以及生物表面活性剂具有绿色、稳定、无污染、无毒、抗菌、科生物降解、耐盐、耐酸等特征。

生物表面活性剂能够结合它的化学结构划分为脂肪酸系、磷脂系、酰基缩氨酸系、糖脂系、高分子聚合物这几大类。

针对重金属污染以及有机污染的土壤修复工作，生物表面活性剂有着非常明显的作用。

（二）表面活性剂的特征在使用的过程中形成胶束是表面活性剂最大特点，其进入到水中，可以在溶液表面产生吸附，进而导致液体表面张力降低。

其在水中到达相当大温度的时候，液体表面的张力就会停止降低。

想要保证溶液体系当中的低能量状态，液体当中的双亲分子能够自行构成极性基朝着水碳氢链朝内的集合体，该种集合体就是胶束。

如果表面活性剂溶液到达了临界胶束的浓度值，那么表面活性剂的分子就会缔结形成胶束，导致各式各样化学物理性质产生转变，从而具备乳化、去污、增溶等多样化功能，能够在溶剂提取、化学催化、污水治理等方面得到普遍的应用。

表面活性剂的种类不同，其物理化学性质也存在着很大的差异，从而使其进行土壤修复工作的过程中存在着不同的适应性与效果。

相较于阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂能够更好的吸附多氯联苯。

但是在修复重金属污染土壤的过程中，非离子表面活性剂的修复效果并不好。

鼠李糖脂在生态农业中的应用鼠李糖脂在生态农业中的应用一、鼠李糖脂简介1.1 鼠李糖脂的来源鼠李糖脂通常是由铜绿假单胞菌在一定培养条件下，通过生物发酵的方法产生的具有表面活性的糖脂类产物[1]。

1949年，Jarvis和Johnson最早对使用铜绿假单胞菌（Pseudomonas spp.）生产鼠李糖脂进行了报道[2]。

目前，人们通常采用假单胞菌（Pseudomonas spp.）发酵生产鼠李糖脂。

发酵法的关键是首先筛选出性能优良的高产菌株，然后再进行培养条件的优化来提高产量、降低成本。

培养基中的碳源是决定生物表面活性剂产量和结构的重要因素。

鼠李糖脂在菌株培养中生产的限制条件是发酵过程中累积的次级代谢产物，这些限制条件不包括碳源，而氮源和磷则会限制鼠李糖脂的生产[3]。

鼠李糖脂发酵的关键首先是能筛选或者构建出鼠李糖脂产量高的菌株，然后再对合适的生产菌株的发酵的各种条件进行优化，从而达到高产量低成本的目标。

条件优化主要从碳源、氮源、无机盐离子以及pH、温度等方面来进行[4]。

目前主要通过代谢工程和基因工程方法来提高鼠李糖脂产量，这些策略的主要目的是：(a)不使用化学消泡剂获得高浓度的鼠李糖脂；(b)利用可再生资源生产鼠李糖脂，降低生产底物成本；(c)控制生产过程中的其他产物，获得单一的鼠李糖脂而不是混合物；(d)建立鼠李糖脂的非致病性生产菌株；(e)寻常基础材料生物催化鼠李糖脂的生产[5]。

实际工业生产中，鼠李糖脂生产条件的优化主要是通过添加脂肪酸、生产菌株随机突变、控制发酵pH值、控制底物摄取量和运用Tween-80及Triton X-100提高鼠李糖脂的产量。

之前有研究者将鼠李糖基转移酶复合物I(Rh1AB)在相对较安全的生产宿主恶臭假单胞菌KT2440中异源表达，但是产量提高的很少[6]。

可以通过构建工程菌株提高鼠李糖脂产量，之前有研究证明自转运酯酶参与了细胞膜的形成和运动，也参与了脂类的运输，当敲除自转运酯酶基因，鼠李糖脂产量明显降低，由此可知，自转运酯酶也参与了鼠李糖脂的形成，过量表达自转运酯酶EstA[7]和鼠李糖基转移酶复合物I(Rh1AB)提高鼠李糖脂产量[8]。