生物表面活性剂

2024年3月12日发(作者：朗诵配乐纯音乐)

98-25：脂肽

H：环脂肽

【内容】

所有的生物都是由细胞所构成，细胞中70％的是水分，蛋白质、核酸、糖类、脂类等各

种物质通过细胞内的精细结构进行着有序的活动。表面活性剂作为控制细胞界面秩序而不可

缺少的物质起着重要作用。

由于生物体内的表面活性剂是在极其复杂的生物物质群中微量地存在，因此大量提取纯

制品非常困难。近来发现微生物在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂。这已在

石油三次回收剂、石油环境污染的无公害处理剂及功能性表面活性剂等许多领域得到应用和

开发。

生物表面活性剂具有合成表面活性剂所没有的结构特征，大多有着发掘新表面活性功能

的可能性，人们正希望开发出生物降解性和安全性及生理活性都好的生物表面活性剂。

1．生物表面活性剂分类

生物表面活性剂根据其亲水基的类别，分为以下五种类型：①以糖为亲水基的糖脂系生

物表面活性剂；②以低缩氨酸为亲水基的酰基缩氨酸系生物表面活性剂；③以磷酸基为亲水

基的磷脂系生物表面活性剂；④以羧酸基为亲水基的脂肪酸系生物表面活性剂；⑤结合多糖、

蛋白质及脂的高分子生物表面活性剂(生物聚合体)。

(1)糖脂系生物表面活性剂 糖脂与磷脂形成复合脂成为连接脂和糖的桥梁，从化学结构

来看，它们是由脂肪醇或脂肪酸形成的复杂脂。根据这种糖脂的结构和分布可分为四类：鞘

氨糖脂，植物糖脂，甘油糖脂，结构单元中无鞘氨醇和甘油的其他糖脂。

鞘氨糖脂是动物糖脂的代表性物质，存在于动物组织，特别是动物的脑神经组织中。植

物糖脂主要存在于植物中。

甘油糖脂广泛存在于高等植物、藻类和能进行光合作用的细菌中，既有植物性又有微生

物性糖脂的特性。

属于结构单元中无鞘氨醇和甘油的糖脂有来自高好碱性菌的硫糖脂，及源于植物的有代

表性的皂草苷生物表面活性剂。以前，人们常用皂草苷作洗涤用品，从结构上看，它是由以

甾族化合物或三萜系化合物为非糖部分(皂草配基)与低聚配糖体构成的。皂草苷具有生物活

性，如具有溶血、强心和免疫等作用。

(2)酰基缩氨酸系生物表面活性剂 大 致分为硫放线菌素类和脂氨基酸类，这类物质以

氨基酸或低聚缩氨酸作亲水基。它广泛存在于各种微生物、植物、无脊椎动物的消化液、鸡

的卵管、人的皮肤等中。 虽然对脂氨基酸的生理意义还不了解，但作为生物膜的存在，它与

维持膜结构及膜机能有关，而且存在于皮肤的角质层中，也与保湿作用有关。硫放线菌素类

是微生 物的产物，有高表面活性。

(3)磷脂系生物表面活性剂 这是磷脂与糖脂在复合脂中形成的一大领域。大致分为甘油

磷脂和鞘氨磷脂。

甘油磷脂是以磷脂酰酸作基本骨架，由具有羟基的各种化合物构成，结构式如下：

鞘氨磷脂是由具有脂肪酸鞘氨醇盐和胆碱乙醇胺的化合物构成，结构式如下：

磷脂是构成生物体膜的成分，广泛存在于微生物、植物和动物体内，但从微生物制取见

于报道的甚少。

大豆卵磷脂是典型磷脂生物表面活性剂。大豆卵磷脂具有高安全性和生物降解性，广泛

用于食品、医药和化妆品生产。

(4)其他生物表面活性剂 这类生物表面活性剂包括脂肪酸系生物表面活性剂和高分子

系生物表面活性剂。

脂肪酸系生物表面活性剂包括所有的脂肪酸类，如动物体分泌的胆汁中存在的胆汁酸即

属于这类生物表面活性剂。

高分子系生物表面活性剂代表物有烃类化合物转化细菌产生的生物乳化剂和烃类乳化

剂。前者的主要成分为多糖蛋白质-脂质，后者为多糖-脂质。

2．源于微生物的生物表面活性剂

由微生物开发生物表面活性剂不同于由植物和动物开发，在制备技术及经济效果方面非

常有利，并且可以大量生产。

(1)糖脂系生物表面活性剂 这类糖脂系生物表面活性剂有鼠李糖脂、藻蛋白糖脂、槐糖

脂和其他糖脂。

鼠李糖脂是由微生物产生的具有表面活性的物质。鼠李糖脂有多种，其结构式如下：

1949年，加尔维斯(Jarvis)对绿脓杆菌N0.141、N0.142产生的具有抗生活性糖月旨迸

行了研究，该物质是由2mol鼠李糖作糖基，2molβ-羟基癸酸作脂肪酸基构成的酯结合型糖

脂，即鼠李糖脂Ⅱ。它对革兰阳性菌有抗生性，对革兰阴性菌无抗生性。

绿脓杆菌SIB7残株对烃类化合物的发酵有促进作用，而这种促进物质即为鼠李糖脂Ⅱ。

SIB7残株为工业用表面活性剂，它与吐温-20和壬基酚聚氧乙烯醚(Noigen EAl41)等具有同

样的表面活性，这可从它对烃类化合物具有同样的乳化能力来佐证。除鼠李糖脂Ⅱ外，鼠李

糖脂l、鼠李糖脂Ⅲ、鼠李糖脂Ⅳ对烃类化合物发酵亦都有促进作用。

藻蛋白糖脂是由节细菌属、短杆菌属、棒状杆菌属、诺卡菌属，以及分枝杆菌属的烃分

解性细菌产生的，这种产物具有很强的乳化能力，称为藻蛋白糖脂I。具有酯结合的藻蛋白

糖脂Ⅱ的乳化能力更强，可用作乳化剂，其结构式如下：

由烃分解性细菌产生的生物表面活性剂产量低，还没有达到实用的生产水平。以发酵生

产的糖脂为起始物，用有机化学方法可生产出更有用的衍生物，但目前在技术上尚有困难，

还不能应用于各种工业生产中。

从野草花蜂蜜中分离出来的槐糖脂有槐糖脂工和槐糖脂Ⅱ。槐糖脂I是由好渗透性酵母

属Toru1opsis bombica1aATCC 22214产生的，槐糖脂Ⅱ是由Candida bogoriensis从葡萄糖

产生的。下面为槐糖脂Ⅰ的结构式：

1．R

1

=R

2

=CUCH

3

；

2．R

1

=COCH

3

，R

2

=H

3．R

1

=H，R

2

=COCH

3

12

4．R=R=H；

5．异构内酯；

12

6．R=R=COCH

3

；

7．R

1

=COCH

3

，R

2

=H

8．R

1

=H，R

2

=COCH

3

9．R

1

=R

2

=H

槐糖脂利用其富有反应性的端羧基和槐糖的羟基，可制成各种烷基酯衍生物，或各种环

氧乙烷加成衍生物。槐糖脂的结构稳定性高，由其可制得各种衍生物，是糖脂系生物表面活

性剂中最有应用前途的。

由T．bombico1a KSM-36发酵产生的槐糖是混合脂，与酸或碱作用容易变为具有化学稳

定的乙内酰醚键的单一糖脂。酸-槐糖脂与糖脂系工业表面活性剂--斯盘、吐温和糖脂比较，

有非常高的HLB值，适合作洗涤剂。因此，将酸-槐糖脂中脂肪酸末端的游离羧基与甲醇或乙

醇等低级醇等进行酯化后形成甲基槐糖脂或乙基槐糖脂，它们可用于洗涤剂的生产，其洗涤

效果优于糖脂。

槐糖脂的羧基与高级脂肪醇进行酯化反应生成烷基-槐糖脂衍生物；槐糖脂的羟基与环氧

乙烷或环氧丙烷进行加成反应则得到聚氧乙烯或聚氧丙烯衍生物。它们可用于增溶剂、润湿

剂和乳化剂的开发。

C

1

～C

18

烷基-槐糖脂衍生物的HLB值从7～45。加成数摩尔环氧丙烷的聚氧丙烯-槐糖脂衍

生物，其物理化学性质显著地不同于烷基-槐糖脂，它有较强的油性，为水中乳化油。

槐糖脂及其衍生物对皮肤有奇特的亲和性，赋予皮肤柔软性和湿润性。目前，利用发酵

生产槐糖脂，由其获得的聚氧丙烯-槐糖脂已用于化妆品的生产。

其他糖脂有甘露糖赤藓醇脂和黑粉菌酸。前者在酸、碱介质中化学不稳定，易脱去脂肪

酸基，所以用它来制备新的有用的表面活性剂是有困难的。黑粉菌酸是具有抗生性的糖脂，

有良好的表面活性。

(2)酰基缩氨酸系生物表面活性剂 属于酰基缩氨酸系生物表面活性剂的主要有硫放线

菌素和脂氨基酸。

硫放线菌素是由枯草杆菌产生的，其表面活性相当于十二烷基硫酸钠，具有溶解血栓的

性能，是一种优异的表面活性剂。但由于产量低，毒性强，限制了其开发。

脂氨基酸方面，已知的鸟氨酸酯和西利里平酯(cerieipin1ipid)的结构式如下：

此外，由烃分解性酵母产生的乳化剂物质(由五种氨基酸和脂肪酸构成)和棒状杆菌属产

生的脂缩氨酸对烃的乳化能力都很好，对若干烃有增殖促进作用。

(3)磷脂系生物表面活性剂和脂肪酸系表面活性剂 磷脂分为从大豆渣滓和卵黄分离制

得的卵磷脂和由微生物产生的各种磷脂。如前所述，卵磷脂是用于食品乳化的良好表面活性

剂，目前已能工业规模大量生产，得到广泛应用。由微生物产生的磷脂由于产量小，目前应

用还不够广泛。

脂肪酸系生物表面活性剂有柯立诺麦克酸(corynomyco1ic acids)和斯匹克斯堡酸(spi—

cu1isporicacid)：

柯立诺麦克酸具有特异的表面活性，可用来分离、回收石油馏分。

斯匹克斯堡酸的表面活性与十二烷基硫酸钠相似，具有良好的降低表面张力的作用，是

一种低泡沫表面活性剂，可用作金属防锈剂、抗静电剂、防雾剂、除油剂以及透氧剂等。

(4)高分子系生物表面活性剂 高分子系生物表面活性剂有烃类经烃分解棒状杆菌发酵

产生的生物乳化剂，及烃类经Acinetobacter SP．RAC-9发酵产生的乳化糖。此种生物乳化

剂含糖20％～70％、蛋白质5％和组成不明的天然聚合物脂质，它可用作油田的石油三次回

收剂及环境的油污染去除剂。

上述乳化糖是由N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰半乳糖胺醛酸及氨基糖构成的脂多糖，在多糖

上有脂肪酸酯键，其相对分子质量为10

6

，是具有乳化能力的脂多糖。这种乳化糖对烃类化合

物有特异的乳化能力，对除去石油污垢特别有效，可用作油轮贮油罐和燃料库的无害洗净剂。

生物表面活性剂在结构上有其特征，故必定还有人们所未发现的新表面活性功能，

借助于高效液相色谱法可望大量制备它们，给深入研究其物理化学性质创造了条件。

生物表面活性剂的概况与发展

内 容：

生物科学是一门古老的科学,在制药工业、食品工业中已得到了很大的应用,如其产品

有:食品稳定剂、乳化剂、维生素、氨基酸、蛋白质、食品酶、酶制剂、特种脂肪酸、保水剂、

风味剂及发泡剂等。

近年来,生物学,尤其是分子生物学有了突破性的进展,使生物技术显出巨大的前景,在

许多原来与生物体系或生物技术似乎无关的领域,如:原材料处理、加工工艺、产品改良、汰选、

废物处理、能量再循环以及节能等方面都具有了应用的可能性,在石油化工方面也逐步获得较

大应用如:MEOR、石油脱沥青、粘度控制、脱硫、溢油控制、废水处理及解毒、乳化、破乳

等。由于应用范围和规模的不断扩大,生物制品的销售额也就逐步上升如:1980年全球生物技

术产品销售额为2500万美元,而1988～1990年为270亿美元,预计在本世纪末将达到5000亿

美元。

表面活性剂素有"工业味精"之称,在各个工业领域中都有广泛的应用,但化学合成表面活

性剂受到原材料、价格和产品性能等因素的影响,同时在生产和使用过程中常常会带来严重的

环境污染问题以及对人体的毒害问题。生物技术快速发展、生物制品销售见好的今天,如果能

够利用生物技术生产出活性高、具有特效的表面活性剂,就可以避免以上出现的各种问题。

生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时,在其代谢过程中分泌出具有一定表面活

性的代谢产物,如:糖脂、多糖脂、脂肽或是中性类脂衍生物等等。

1生物表面活性剂的形成和制备

生物表面活性剂的形成:许多微生物都可能仅靠烃类为单一碳源而生长,如:酵母菌和真菌

主要利用直链饱和烃;细菌则除了降解异构烃或环烷烃以外,还可能利用不饱和烃和芳香族化

合物。微生物要利用各种烃类,就必须使烃类通过外层亲水细胞壁进入细胞,受降解酶作用而被

降解,由于烃基水溶性非常小,因此各种微生物常以不同方式解决这一问题,一些细菌和酵母菌

分泌出离子型表面活性剂如:Pudomonas sp.产生的鼠李糖脂、Torulopis sp.产生的槐糖脂。另

一些微生物产生非离子型表面活性剂如:Candidalipolytica和Candidatropicalis在正构烷烃中培

养时产生胞壁结合脂多糖、Rhodococus erythropolis以及一些Mycobacterium和Arthrobacter sp.

在原油或正构烷烃中产生非离子海藻糖棒杆霉菌酸酯。

并且同一种细菌有时在不同的培养基和不同的环境中可分泌形成不同的表面活性剂,如

31012在淡水、海水、棕榈酸钠溶液以及十二烷烃中,辅以其他必要成份,

均可分泌生成一种属聚合糖类的表面活性剂。但是31012在十八烷烃中

则分泌生成微结构相似的另一种表面活性剂。通过在温和条件下将这两种表面活性剂水解又

可获得其它结构相似的表面活性剂。

由此可见,在烃基质中培养时,许多微生物都可以有利于烃基质被动扩散而进入细胞内的

效应,这是通过微生物产生的一大类物质而起作用的,这类物质就称作"生物表面活性剂"。

生物表面活性剂的制备主要分为培养发酵、分离提取、产品纯化三大步骤。

培养发酵:由于细菌种类成千上万,每种可分泌生成表面活性剂的细菌其要求的碳源不同,

辅助成份不同,加上所要求的发酵条件不同,因此各种细菌的培养发酵便不同,在此就不一一叙

述,而对大多数细菌所分泌形成表面活性剂的分离提取、产品纯化均有一些类似的方法,如萃

取、盐析、渗析、离心、沉淀、结晶以及冷冻干燥等。下面以31012

为例简单介绍一下分离提取、产品纯化这两方面。

当31012在特定的培养基中,在一定温度和湿度下,通过一定时间的

发酵以后,将发酵液慢慢冷却并加入电解质,使发酵液分为两层,取出上层澄清部分,沉淀部分再

用饱和电解质溶液清洗,并离心分出上层清亮部分,合并两次的液体部分用硅藻土过滤。

将收集起来的沉淀溶于水中,用乙醚萃取后,再用蒸馏水渗析,然后通过冷冻干燥即可得到

一种属于聚合糖类的生物表面活性剂的粗产品。

得到粗产品后便要进行产品纯化即:取一定量的粗产品溶于水中,在室温下加入十六烷基

三甲基溴化铵,使其凝聚沉淀,然后进行离心分离,沉淀部分用蒸馏水清洗,再将洗后的沉淀溶于

硫酸钠溶液中,不溶部分用离心方法除去,然后加碘化钾,形成的十六烷基三甲基碘化铵沉淀通

过离心除去,所剩的清液部分用蒸馏水渗析,然后通过冷冻干燥得到一种白色固体---纯净的生

物表面活性剂。

2生物表面活性剂的性质

表1 Rhodococcus和 Pudomonas sp.

产生的糖脂在模拟地层水中40℃下的表面活性和界面活性

同一般化学合成的表面活性剂一样,生物表面活性剂分子中也含有憎水基团和亲水基

团两部分,憎水基一般为脂肪酰基链,极性亲水基则有多种形式如:中性脂的酯或醇功能团、脂

肪酸或氨基酸的羟基、磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基。生物表面活性剂能显著降低表

面张力和界面张力,如表1,表2。

除此之外,还具有其它特有的性能,如:Pu- domonassp-产生的鼠李糖脂的乳化性能很好,

优于常用的化学合成乳化剂Tween,并且生物表面活性剂具有良好的抗菌性能,这一点是一般

化学合成的表面活性剂难以匹敌的,如日本的Itoh实验室从Pudomonassp-得到鼠李糖脂具有

一定的抗菌、抗病毒和抗枝原体的性能等。有些生物表面活性剂可以耐强碱、强酸如α、α

-D-海藻糖-6-棒杆霉菌酸酯,在0.1N盐酸中70小时仅有10%的糖脂被降解。

PudomonasaeruginosaS7B1产生的类蛋白活化剂在pH为1. 7～11. 4范围内非常稳定,并且有

许多生物表面活性剂耐热性非常好,如表3。

表3 温度对生物表面活性剂的γ

1

的影响

同时由于生物表面活性剂是天然产物,因此具有更好的生物降解性。鉴于人们对生物表面

活性剂的研究还很少,因此对各种生物表面活性剂的各种性质的测试报道还不多。

3生物表面活性剂的应用

由于生物表面活性剂有其特殊的性质,因此生物表面活性剂在石油化工方面有着广泛的

应用如:德国WintershullAG公司、美国PhillipsPe-troleum公司、Petroferm公司、

PetroleumBioResources公司、Petroge -neticAG公司、GeneticsInternational公司、以及

WorneBiotechnolgy公司都采用了MEOR技术(microbialen-chancedoilrecovery)。在MEOR

技术中,生物表面活性剂起到了非常独特的作用,如由31012分泌而制

备的一种聚合糖类的生物表面活性剂,可以在高浓度盐的环境中,非常有效地将一采、二采后仍

遗留在油井中的脂肪烃、芳香烃和环烷烃彻底乳化,同时其本身基本不会被地层中泥沙、砂石

所吸收,并且用量非常小。这种生物表面活性剂在清洗贮油罐、油轮贮仓、输油管道以及各种

运油车时也非常有效,首先其用量很小,仅需处理油污量的千分之一到万分之一,并且最后形成

的乳液用通常的物理和化学方法便可破乳,洗下的油可以回收。生物表面活性剂还大量应用于

乳化、破乳、润湿、发泡及抗静电等方面,如日本花王(KAO)公司将Pudomonas、

Corynebacterium、No-cardia、Arthrobacter、Bacillus和Alkaligenessp.产生的生物表面活

性剂用于稳定水煤浆以便输送。处理炼油厂废水时,若在活性污泥处理池中加入鼠李糖脂,会大

大加快正构烷烃的生物降解过程,生物表面活性剂在纺织、医药、化妆品、食品等工业领域中

都能有重要应用。生物表面活性剂是由微生物代谢分泌而来,它不同于通常化学合成的表面活

性剂,化学合成的表面活性剂是具有一定毒性的并且不易被生物降解,而生物表面活性剂是完

全可以生物降解并且基本是无毒的。若将炼油厂废弃的油作为烃基用来培养微生物,这样既可

解决炼油厂的环境污染问题,又可获得非常有使用价值的生物表面活性剂。几乎所有大的石油

公司和大的跨国化学公司都在积极地计划发展生物技术,生物表面活性剂的开发是此项发展

计划的主要组成部分,由于工业技术保密,因而从公开发表的文献中很少能获得这方面的信息。

4生物表面活性剂的前景

生物表面活性剂在石油、化工、医药、化妆品、食品等行业中都有广泛的应用,因而其市

场也是非常大的,并随着社会的进步,科学的发展,应用范围会日益扩大。

(以上为网上资料)

1、卢国满. 产表面活性剂菌株的筛选、发酵条件优化及定量研究

[1]

湖南大学

,

2006

.

生物表面活性剂具有化学合成表面活性剂所无法比拟的环境兼容性及广阔的发展前景,

日益受到国内外科学界的关注。丰富生物表面活性剂产生菌资源、提高其在发酵液中产量及

对表面活性剂定量方法进行研究具有广泛的生物学和经济意义。 本文通过设计筛选培养基,

从饭店下水道污泥中筛选出12株生物表面活性剂产生菌,它们都能使复筛发酵液的表面张力

从(68±0.2)mN/m降低到小于40 mN/m。经菌种鉴定,筛选出来的菌种中细菌占大多数,还有真

菌,其中唐昌蒲伯克霍尔德氏菌和犁头霉菌表面活性最好,故采用正交试验对这两株菌种进行

培养条件优化。在最优培养条件下,唐昌蒲伯克霍尔德氏菌、犁头霉菌的生物表面活性剂产量

分别提高了17倍、13倍。通过亚甲基蓝测验和薄层色谱展开,唐昌蒲伯克霍尔德氏菌所产的

生物表面活性剂是脂肽类生物表面活性剂,其CMC值为20~25mg/L。 在生物表面活性剂众

多种类中,鼠李糖脂是研究最多的一种,所以,本文研究了鼠李糖脂的蒽酮-硫酸法、L-半胱氨酸-

硫酸法、苯酚-硫酸法及其影响因素,结果显示,蒽酮-硫酸法优于其它两种方法,并得出了其最佳

测试条件。发酵液中剩余的葡萄糖、上清液对鼠李糖脂定量分析的影响...

2、检样稀释至倾注平板时间对食品中菌落总数测定结果的影响，王淑香，职业与健康，

2006/16

菌落总数是用来判定食品被细菌污染的程度及其卫生质量的指标,它反映食品是否符合

卫生要求,以便对被检食品做出适当的卫生学评价。在测定过程中每一步的操作均影响到菌落

总数测定的准确性,一般认为较为关键的是样品的处理和稀释。

3、蓝色凝胶平板法筛选生物表面活性剂产生菌，沈薇，南京理工大学学报(自然科学版)，

2005/04

从某炼油厂废水和油泥样中经富集培养、蓝色凝胶平板和发酵液表面张力的测定筛选出

生物表面活性剂产生菌8株。选择其中2株BS-03和BS-01作进一步研究。经初步鉴定2

株菌均属于假单胞菌属。菌株BS-03和BS-01的发酵液表面张力由56.8mN/m分别降至

25.6mN/m和27.4mN/m。电喷雾质谱检测得到菌株BS-03的代谢产物鼠李糖脂主要成分是

RhaC10C10,而菌株BS-01则为Rha2C10和Rha2C10C10,其临界胶束浓度CMC值分别为

326mg/L和58mg/L。菌株BS-03发酵液对苯、正己烷、正十八烷、柴油和原油的乳化性能

都大于70%,而菌株BS-01发酵液则对这些物质的乳化性能不超过60%。

4、宁长发,沈薇,孟广荣,杨树林. 产生物表面活性剂菌种的一种快速筛选模型，微生物学通报 ,

2004,(03) .

利用生物表面活性剂具有溶血性和在产生过程中能使蓝色凝胶平板变色等特性,建立了

产生物表面活性剂菌种的快速筛选模型。模型用于从采自油田和炼厂的土样和水样中筛选生

物表面活性剂产生菌,选出12株能产生物表面活性剂的微生物,其中1株糖脂产量为6.5g/L,

产生的糖脂配成0.5％水溶液,能在25℃将水的表面张力从71.3mN/m降到30.5mN/m。

6、陈翠敏; 府伟灵; 张晓兵; 龚雅丽; 抗真菌药敏试验在3种不同琼脂平板的比较，中华医

院感染学杂志, 2006年 11期

摘要：目的通过对临床常用的5种抗真菌药物的纸片扩散法药敏试验,对3种真菌药敏培

养基进行比较分析。方法选用5种Rosco公司的Neo-Sensitab抗真菌药敏纸片,在Shadomy

改良琼脂、RPMI 1640琼脂(RPMI1640)和葡萄糖亚甲蓝M-H琼脂(GMB M-H)3种培养基上

对80株临床分离酵母菌检测,以Shadomy改良琼脂为对照。结果对于5种抗真菌药物其敏

感性,RPMI 1640琼脂与Shadomy改良琼脂相比较,它们的符合率相同都较高;亚甲蓝MH无

其他两种的符合率高,RPMI 1640和GMB M-H与Shadomy相比都显示了较好的相关性

(P<0.01)。结论RPMI 1640琼脂可以用于Rosco抗真菌药敏纸片试验,既经济、简便、快速、

准确,又有良好的实用性,可以代替Shadomy培养基;MH亚甲蓝培养基对于5-氟胞嘧啶的判读

结果与NCCLS相差甚远,对于其他药敏纸片的结果与NCCLS的符合率,也没有另外两种琼脂

上做出结果的符合率高,不建议使用M-H(亚甲蓝)琼脂进行Rosco纸片扩散实验。

7、陈蓉明. 生物表面活性素高产菌UN1101的选育和理化性质的研究.

福建师范大学

,

2001

.

本文报道了枯草芽孢杆菌ATCC2233产生生物表面活性素的发酵条件的 优化、高产突

变株的筛选、表面活性素的理化性质及纯化等方面的研究工作。 利用高效液相色谱对枯草芽

孢杆菌ATCC2233产生生物表面活性素进行 定性分析，以薄层层定量分析方法研究该菌株

的最佳发酵条件，在此基础上 以ATCC2233为出发菌株经过6代的紫外和亚硝酸钠的诱变，

并经过培养基 的调整获得了一株高产突变株UN1101，其在遗传上是稳定的。 用等电点沉

淀和有机溶剂相结合的方法可得到粗表面活性素，研究其表 面活性、临界胶束浓度、抑菌作

用、热稳定性等。表面活性素粗品经硅胶柱 层析纯化得到含3个组分的表面活性素，用氨基

酸自动分析仪分析其氨基酸 组成。

安徽省帝元生物科技有限责任公司为深圳市帝元生物技术开发有限公司与中科院合肥物质科学研究

院共同在合肥国家高新技术开发区设立的高新技术产业化企业，注册资本2000万元人民币。公司以中科

院物质科学研究院帝元生物科技创新园为基地，致力于离子束生物技术新产品及其设备的研发、生产、销

售和环保科技成果的产业化运营。

公司技术力量雄厚，以中科院合肥物质科学研究院为强大的技术依托。中科院离子束重点实验室余增

亮主任（研究员、博导）担纲帝元生物科技创新园首席科学家， 强大的科研队伍中：研究员8人，博导4

人，硕导6人，高级工程师4人，博士13人，硕士70人。同时拥有一批高学历、年富力强的管理经营团

队。具有多项自 主知识产权和世界领先水平的科技成果。公司首批产业化的三项技术及其产品（生物表

面活性剂、化肥纳米控失剂、有机污水处理剂）的面世，将会提高人们的生活 质量，改善自然环境，降

低江河湖泊污染，促进农业节肥增效，造福社会。

生物表面活性剂BS－莎梵婷（Surfactin）的新宠

表面活性剂是一类很低浓度即能显著降低液体表面张力的化合物,具有极其广泛的应用，包括乳化、发

泡、去污、浸润、分散和增溶等领域；素有“工业味精”的美称。

由微生物、植物或动物产生的天然表面活性剂称为生物表面活性剂（Biosurfactants,简称BS）。生物表

面活性剂结构通常比化学表面活性剂更为 复杂和庞大，单个分子占据更大的空间，因而显示出较低的临

界胶团浓度。生物表面活性剂具有选择性好、用量少、无毒无副作用，能够被生物完全降解，不对环境 造

成污染，可用微生物方法引入化学方法难以合成的新基因等特点。

莎梵婷Surfactin（C53 H 93N7O13）是中国科学院离子束生物工程重点实验室、国家发酵工程（合肥）

研究中心利用离子注入枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis获得的Surfactin 高产菌株E-8发酵生产出的主要产物

为分子量1022Da的环脂肽类表面活性物质，比国内外研发的1036Da环脂肽少一个亚甲基（CH2），其表

面活性更强，CMC 值仅为1μM，在浓度低至20μM 就可将水的表面张力从72 mN/m降低到27mN/m，是

有文献记载的最强的生物表面活性剂。采用该菌种发酵生产，时间短，产量高（其产量高于日本昭和公司

开发的同类产品），产品生产成本大幅度降低，按价格/性能比价，仅为国际上同类产品的几十分之一。

生物表面活性剂特点目前大多数市售的表面活性剂主要是来自石油基的化学产品，其生产过程需要消

耗大量的石油产品，同时环境污染严重。化学表面活性剂难以降解，存在环境毒害。

生物表面活性剂的特点是具有特别高的表面活性和乳化活性，可以生物降解，没有毒性，可在极端的

温度和酸碱条件下使用，不仅用途广泛而且环境友好。

Surfactin 源自于生物，具有化学合成表面活性剂所不能的优越性、可生物降解性、良好的生物亲和性、

超低的刺激性，并具有杀菌作用且无毒副作用，比其他生物表面活性剂具有更强的表面活性。

/?corpID=9558

（安徽帝元生物科技有限公司的产品简介）

生物表面活性剂

Surfactin应用于化妆品，可以改善化妆品的水洗性能，增加皮肤的光润和滑嫩性。即使微量使用也能

显示出优异的乳化安定性及分散性，特别是作为敏感性肌肤、干燥性肌肤、过敏性皮肤炎患者使用的化妆

品原料配料更能充分发挥其效能。

Surfactin在食品工业中的应用。其优良的乳化性可在食品原料形成一定的浓度、质地和分散相中发

挥重要作用。微生物表面活性剂可作为乳化剂用于食品 原料的加工，也可用于面包和肉类生产，改善面

粉的流变学特征以及部分裂解的脂肪组织的乳化，还可以防止嗜热链球菌

(Streptococcus thermophilus) 在巴氏灭菌消毒器中的热交换板上的生长和污腐（Busscher 等，1996）。

Surfactin 在医药上的应用，具有抗菌、抗真菌，抑制血纤维素凝集，诱导脂双层膜离子通道的形成，

抑制c AMP, 抗病毒和抗肿瘤以及抗支原体活性。由于 Surfactin具有化学合成表面活性剂所不具备的特

殊结构、特点的生理活性，有作为药物的潜能，特有的溶血性可以作为溶解血栓剂使用，制成的脂质体可

以和多种抗癌药物结合，通过局部或全身给药，特异性的与靶细胞结合，充分发挥治疗作用，降低毒副作

用；

生物表面活性剂：用于农业

Surfactin 在农业中的应用。在农业方面，Surfactin生物表面活性剂可用于土壤改良，加快土壤中有机

质的生物降解；作为分散剂可使化肥和农药能在施用田里均匀分布，提高效率；作为农药助剂可以替代现

有的化学表面活性剂，尤其在水剂型农药中应用效果较好。

摘要:评述了表面活性剂在疏水性有机物污染土壤生物修复中的应用。从表面活性剂、污染物、土壤及

微生物之间相互作用的角度讨论了表面活性剂的作用机制。指出导致污染土壤生物修复效率低的一个很重

要原因是传递问题,而表面活性剂的加入可以加快疏水性有机物污染物从土壤表面到水相的传质过程。目前

已经发现某些表面活性剂能够促进疏水性有机污染物的生物降解,但并未发现一致的规律。

贾凌云,吴刚,杨凤林.表面活性剂在污染土壤生物修复中的应用.现代化工，2003,23(9)：58-61

表面活性剂UV分析

取经过滤离心处理的发酵液和培养基各2mL加入两支10mL比色管中，分别加入1mL5%苯酚水溶液，

然后分别将5mL浓硫酸迅速垂直加入比色管中，室温静置10min，再在30e的水浴中反应20min，摇匀，

以培养基比色管为参比，在UV-260上扫描发酵液的最大吸收峰(480nm)。经微生物作用后发酵液与苯酚硫

酸溶液反应，溶液呈现桔黄色，而且显色灵敏、稳定说明微生物以烃类为唯一碳源代谢产生的表面活性物

质含有糖基部分，即为糖脂类表面活性物质。鼠李糖及其衍生物与苯酚硫酸溶液反应在480nm处有最大吸

收峰，该方法在鉴定糖及其衍生物方面非常有效[4]。

包木太,牟伯中,王修林.采油微生物的代谢过程.化学研究与应用，2003,15(4)：555-557

宁长发，沈薇，孟广荣，杨树林. 产生物表面活性剂菌种的一种快速筛选模型. 生物学通报，

2004,31(3)：55-58

摘要:针对特低渗透油藏注水开发过程中呈现出的油井产水快速上升、产能下降、供液能力差、低产低效的

局面,选用自制的以微生物表面活性剂为主的菌液,在室内进行了实验,并推入矿场进行试验.结果表明:利用

微生物调剖驱油,能降低注水井注入压力的25.3%~61.0%,提高原油采收率6.30%~10.50%,改善注采状况,对

区块起到降水增油的作用。

贾振岐,覃生高,田 利.低渗透油藏微生物的调剖驱油.大庆石油学院学报，2006,30（1）：106－108

摘要：由于其致癌、致突变和致畸性，多环芳烃（PAHs）成为环境中一类重要的有机污染物。生物修复是

一种经济和有效的修复污染土壤的方法。由于PAHs 低的水溶性、强的吸附性，使其生物可利用性降低，

不利于生物修复。添加表面活性剂是一种常见的加强 PAHs 生物利用性的方法。文章概述了近年来在多环

芳烃生物修复中关于表面活性剂的研究进展。

陈来国，冉 勇.多环芳烃生物修复中的表面活性剂.生态环境 2004, 13(1):88-91

摘要:生物表面活性剂是由微生物(细菌、酵母和霉菌)产生的天然化合物,具有或优于化学合成表面活性

剂的理化性质,本文介绍了产糖脂类微生物表面活性剂的几种筛选方法。

生物表面活性剂是一类由微生物合成的、结构不同的表面活性分子,是七十年代后期国际生物工程领域

中发展起来的一个新课题。微生物在一定条件下培养时,在其代谢过程中分泌产生的一些具有一定表/界面

活性,集亲水基和疏水基结构于一分子内部的两亲化合物,称为生物表面活性剂(1)(Biosurfactants)。与化学合

成的表面活性剂相比,生物表面活性剂有更多的优点,如:更低的毒性,更高的生物降解性,更好的环境相容性,

更高的起泡性,在极端温度、pH、盐浓度下的更好的选择性和专一性。也由于这些优点,使生物表面活性剂

在各个工业领域如采油和能源工业、药物和化妆品、食品、环境工程等中的广泛应用,并有可能替代化学合

成的表面活性剂。

生物表面活性剂主要分为糖脂类、脂多肽和脂蛋白类、磷脂和脂肪酸类、聚合表面活性剂类和微粒表

面活性剂类等五大类(2)。最大的一类生物表面活性剂是糖脂类,本文着重介绍了产糖脂类微生物的几种筛

选方法。

刘晔，许有强，牟宏，林建强. 几种快速筛选生物表面活性剂的方法.山东轻工业学院学报，2003,17（4）：

38-39

糖脂含量的测定：

Zhang Y, Miller RM. Enhanced octadecane dispersion and biodegradation by a Pudomonas rhamnolipid

surfactant (bio-surfactant) [J]. Appl. Environ. Microbiol, 1992, 58 (10):3276-3282.

表面活性剂的溶血效应

菌体培养42h,离心去掉菌体,用微量进样器吸取20ml上清液并注射到含有5%绵毛血的琼脂平板上的孔

穴中(直径3mm),结果在孔穴周围出现透明圈,4h后透明圈直径达到最大,说明Surfactin能够溶解红血细胞,

将标准Surfactin配制成相对含量不同的梯度,以0.25g/L定为100%,进样到血琼脂平板上,结果在平板上形成

大小不同的透明圈,4h后测定透明圈的直径大小,结果表明透明圈大小与相对含量成一定的函数关系,见图1,

该曲线可作为发酵条件摸索和筛选高产突变株粗筛的测定方法[5]。

陈蓉明，林跃鑫，黄谚谚. 枯草芽孢杆菌ATCC2233产生表面活性素的研究. 福建轻纺，2000,12：1-4

辛中尧，陈秀蓉，杨成德，薛莉.枯草芽饱杆菌Bl, B2发酵液生物表面活性剂初探.甘肃农业大学学报，

2005,40(4)：501-506

沈薇,杨树林,宁长发,袁辉.蓝色凝胶平板法筛选生物表面活性剂产生菌.南京理工大学学报, 2005,

29(4): 486-490

从1000份土壤和水等样品中，经富集培养、血平板分离、摇瓶培养和排油活性测定等方法筛选出10

株能产生各种生物表面活性剂的菌株（包括细菌，酵母和霉菌）。其中一株细菌产海藻糖脂，一株细菌产

鼠李糖脂，两株细菌分别产长碳链不饱和脂肪酸和壬二酸，两株酵母产生的脂多糖具有良好的乳化性能

1.2.1 生物表面活性剂排油活性测定：取一培养皿, 加水, 水面上加0.1mL正烷烃形成油膜。在油膜

中心加摇瓶发酵液,中心油膜被挤向四周形成一圆圈,圆圈的直径与表面活性剂含量和活性成正比。圆圈直

径大于3cm的菌株保留作进一步的研究。

潘冰峰,徐国梁,施邑屏,李江云,李祖义.生物表面活性剂产生菌的筛选.微生物学报，1999,39(3)：264-267

卢国满, 刘红玉, 曾光明等. 生物表面活性剂产生菌犁头霉菌(Absidiaorchidis)的筛选及发酵条件优化. 环

境科学学报，2006, 29(6)：1426-1632

摘要：以东海原甲藻为实验材料，研究了铜绿假单胞菌产鼠李糖脂类生物表面活性剂对藻细胞的抑制和杀

藻作用。结果表明，鼠李糖脂在较低浓度下对东海原甲藻的生长有明显的抑制效果，增大用量，可直接杀

灭藻细胞。生长延滞期的藻细胞对鼠李糖脂的作用更为敏感。在相同实验条件下，鼠李糖脂对绿藻生长的

影响基本可以忽略，在低浓度下对中肋骨条藻和湛江叉鞭金藻生长的影响也很弱，鼠李糖脂的浓度增至

5.0mg/L以上时，对中肋骨条藻和湛江叉鞭金藻的生长表现出一定的抑制作用。

龚良玉 ，李雁宾 ，王修林等.生物表面活性剂对东海原甲藻生长的影响.中国环境科学 2004，24(6)：692-696

油平板筛选： 油平板制作方法是利用去掉碳源后的固体富集培养基倒平板、然后在其上加上一张已灭菌

的并均匀浸有原油的粗滤纸、把富集的培养液划线接种于以原油为唯一碳源的油平板上、37℃保温保湿培

养5.7ｄ。只有产生表面活性剂能够乳化碳氢化合物的菌株才能吸收利用石油形成噬油斑。挑选出有噬油

斑的菌落接种于斜面上作进一步研究。

丁立孝,何国庆,刘晔,李海军,林建强.脂肽生物表面活性剂产生菌的筛选.农业生物技术学报,2004，12（3）：

330-333

Ding Lixiao, He Guoqing, Liu Ye, Li Haijun, Lin ion and Screening of Microbe Producing

Lipopeptide l of Agricultural Biotechnology 2004，12（3）：330-333

Engineering bacteria for production of rhamnolipid as an

agent for enhanced oil recovery

Qinhong Wang, Xiangdong Fang

*

, Baojun Bai, Xiaolin Liang, Patrick J. Shuler, William

A. Goddard III, Yongchun Tang

Power, Energy and Environment Rearch (PEER) Center, Division of Chemistry and

Chemical Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125

email:XiangdongFang(*******************.edu)

*

Correspondence to Xiangdong Fang, Power, Energy and Environment Rearch (PEER)

Center, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology,

Pasadena, California 91125; telephone: 626-858-5077; fax: 626-858-9250.

Funded by:

Department of Energy; Grant Number: DE-FC26-04NT15525

KEYWORDS

rhamnolipid ?biosurfactant ?transposome ?chromosomal inrtion ?interfacial

tension ?enhanced oil recovery

ABSTRACT

Rhamnolipid as a potent natural biosurfactant has a wide range of potential

applications, including enhanced oil recovery (EOR), biodegradation, and

bioremediation. Rhamnolipid is compod of rhamno sugar molecule and

-hydroxyalkanoic acid. The rhamnosyltransfera 1 complex (RhlAB) is the key enzyme

responsible for transferring the rhamno moiety to the -hydroxyalkanoic acid

moiety to biosynthesize rhamnolipid. Through transposome-mediated chromosome

integration, the RhlAB gene was inrted into the chromosome of the

Pudomonas

aeruginosa

PAO1-rhlA

-

and

Escherichia coli

BL21 (DE3), neither of which could produce

rhamnolipid. After chromosome integration of the RhlAB gene, the constitute strains

P. aeruginosa

PEER02 and

E. coli

TnERAB did produce rhamnolipid. The HPLC/MS spectrum

showed that the structure of purified rhamnolipid from

P. aeruginosa

PEER02 was

similar to that from other

P. aeruginosa

strains, but with different percentage for

each of the veral congeners. The main congener (near 60%) of purified rhamnolipid

from

E. coli

TnERAB was 3-(3-hydroxydecanoyloxy) decanoate (C

10

-C

10

) with

mono-rhamno. The surfactant performance of rhamnolipid was evaluated by

measurement of interfacial tension (IFT) and oil recovery via sand-pack flooding

tests. As expected, pH and salt concentration of the rhamnolipid solution

significantly affected the IFT properties. With just 250 mg/L rhamnolipid (from

P.

aeruginosa

PEER02 with soybean oil as substrate) in citrate-Na

2

HPO

4

, pH 5, 2% NaCl,

42% of oil otherwi trapped was recovered from a sand pack. This result suggests

rhamnolipid might be considered for EOR applications.

Biotechnol. Bioeng. 2007; 98: 842-853. © 2007 Wiley Periodicals, Inc.

Received: 23 January 2007; Revid: 5 April 2007; Accepted: 6 April 2007

/cgi-bin/abstract/114250724/ABSTRACT?CRETRY=1&SRETRY=0

Oil & Natural Gas Projects

Exploration and Production Technologies

Bio-Engineering High Performance Microbial Strains for MEOR by

Directed-Protein-Evolution Technology

DE-FC26-04BC15525

Project Goal

The goals of this project are to 1) apply advanced bio-engineering methods (such as genetic

manipulation) to induce bacteria that naturally make biosurfactants do so at a much higher,

commercially uful rate; and 2) implant the genetic information for rapid biosurfactant production

into microbes adaptable in an oil rervoir environment.

Performer

California Institute of Technology, Pasadena, CA

Results

This project is currently in the third and final pha of propod 3-year rearch period. Significant

progress has been made since the project last update, including the following accomplishments:

Rearchers have successfully engineered the new mutant strains P. aeruginosa PEER02

and E. coli TnERAB so they can produce rhamnolipid biosurfactants.

Core flooding tests showed that rhamnolipids produced by the rearchers’ engineered

bacteria are effective agents for microbial enhanced oil recovery (MEOR). At 250 ppm rhamnolipid

concentration from P. aeruginosa PEER02, 42 percent of the remaining oil after waterflood was

recovered. The results were therefore important for considering the exploration of the studied

rhamnolipids as EOR agents.

The engineered P. aeruginosa PEER02 strain can produce rhamnolipids with different

carbon sources as substrate. Interfacial tension analysis (IFT) showed that different rhamnolipids

from different substrates gave different performance.

Through the methodology of synthetic biology and metabolic engineering, rearchers

engineered E. coli strains harboring various gene combinations from P. aeruginosa and successfully

produced either mono-rhamnolipids or di-rhamnolipids (one or two head groups).

Benefits

This project benefits the industry by identifying a wider spectrum of types of surfactant products that

may be uful for EOR. In particular, bio-bad surfactant alternatives offer new (and perhaps

better) choices for an EOR project. The chemicals are more environmentally friendly and can

come from renewable resources.

The State and the public benefit of this rearch is that it promotes MEOR, and thereby a method to

increa domestic oil supply. There is also a general benefit becau the project approach is a

successful example for other rearchers to follow. Other oilfield or industrial chemicals may be

created using bioprocess that will produce a product that costs less, and is environmentally

friendly.

Background

This 3-year project began in October 2004 as an effort to improve the cost-effectiveness of MEOR.

The motivation for this study was that the oil industry had a history from the previous “boom” period

of the late 1970s and 1980s of developing MEOR in the laboratory and having some moderately

successful technical field tests. However, the economics of MEOR prevented widespread

commercial deployment of the technology, due in part to the high cost of the nutrients to maintain

the microbes in-situ and the low production rate of biosurfactant.

The current project eks surface process to manufacture biosurfactant rates efficiently from

waste feed streams so that the chemicals can be cost-competitive with synthetic surfactants.

Implanting this surfactant-making ability in microbes adapted to oil makes feasible an in-situ MEOR

process that requires little operator maintenance.

Summary

Project rearchers have:

Cloned genes involved in the rhamnolipid and surfactin bio-synthesis.

Successfully produced rhamnolipids in both P. aeroginosa PAO1-RhlA- strain and P.

fluorescens ATCC15453 strain, with an increa of 55-fold to 175-fold in production compared with

wild-type bacteria strain.

Successfully engineered E. coli strains that can produce the rhamnolipids.

Established veral methods, such as colorimetric agar plate assay, colorimetric

spectrophotometer assay, and oil-spreading assay, to detect and screen rhamnolipid and surfactin

production.

Characterized the behavior of the rhamnolipid and surfactin as EOR agents by surfactant

adsorption assay, interfacial tension assay, and wettability tests using calcite flotation methods.

Characterized the behavior of the rhamnolipid as EOR agents by core flooding experiments.

Engineering the rhamnolipid at an injected concentration as low as 250 ppm recovered 42 percent of

remaining oil after waterflooding.

Current Status (July 2007)

The project is on schedule, and rearchers have completed Pha 1 and Pha 2 of this project. A

rearch paper has been accepted to be prented at the 2007 SPE International Symposium on

Oilfield Chemistry, and another rearch paper has been submitted to the Journal of Biotechnology

and Bioengineering. In the current pha of this project, the rearchers will continue to perform

DNA quencing of the improved mutant bacteria strains and further evaluate the EOR properties of

the biosurfactants produced by the engineered bacteria strains. The project statement of work will

be reduced in the third year due to reduced DOE funding in FY2007.

Funding

This project was lected in respon to the DOE Oil Exploration and Production solicitation

DE-PS26-04NT15450-3B, with a focus on Enhanced Oil Recovery.

Project Start: October 1, 2004

Project End: September 30, 2007

Anticipated DOE Contribution: $766,786

Performer Contribution: $191,696 (25 percent of total)

Contact Information

NETL – Rhonda Jacobs (**********************.gov or 918-699-2037)

Cal Tech - William Goddard (***************.edu or 626-395-2731)

Cal Tech - Xiangdong Fang (*******************.edu or 626-858-5077)

Publications

Fang X., Wang Q., Bai B., Liu X., Shuler P., Tang Y. and William G.A., “Engineering Rhamnolipid

Biosurfactants as Agents for Microbial Enhanced Oil Recovery,” accepted for prentation at the

2007 SPE International Symposium on Oilfield Chemistry held in Houston, TX, February 28–March

2, 2007.

Wang Q., Fang X, Bai B., Liang X., Shuler P., Goddard W.A. and Tang Y., “Engineering bacteria for

production of rhamnolipid as an agent for enhanced oil recovery,” submitted to Biotechnology and

Bioengineering, January 2007.

Second annual project report to DOE, December 2006. First annual project report to DOE, October

2005.

IFT analysis of rhamnolipid in various conditions. (a) Profile of IFT of different concentration of rhamnolipid in

water. (b) Effects of pH on IFT of rhamnolipid. Diamond: no NaCl; Square: 2% NaCl; Triangle: 8% NaCl. (c)

Effects of Salinity on IFT of rhamnolipid. Diamond: pH 6; Square: pH 5; Triangle: pH 4. (d) Effects of

temperature on IFT of rhamnolipid. Diamond: Rhmanolipid in pH 4, 1%NaCl; Square: pH 5, 2%NaCl; Triangle:

pH 6, 8%NaCl.

Oil recovery test of a waterflooded sand pack core by rhamnolipid flooding. (a) Profile of oil recovery (Triangle)

and IFT (Circle) during flooding. b) Water cut (Square) and cumulative oil recovery (Diamond). (I) rhamnolipid

flooding; (II) Brine flooding. One pore volume was 85 ml brine solution (50mM citrate-Na2HPO4, 2% NaCl, pH

5.0 buffer). The porosity and brine permeability of the sand-packed core in this experiment was 45% and 17.9

Darcies, respectively.

IFT analysis, main congeners and their relative abundance of rhamnolipids from various

sources.

Effects of pH and salinity on the interfacial tension (IFT) value of rhamnolipids produced by recombinant strain

PAAB06. Each strain produces a different rhamnolipid structure that has a different optimal salinity and pH to

create its lowest IFT. Data shown for n-octane as the oil pha and at 30 C.

Oil recovery of initial oil in-place during surfactant flood and water flood. (500 mg/l biosurfactant). The sand pack

absolute permeability is about 20 D with a pore volume of 85 ml. One PV of brine was injected into the core, and

then 3-PV of 500 mg/l rhamnolipid was injected into the core to flush remaining oil; finally, more than 10-PV of

brine was injected. The initial water injection recovered 62.9% OOIP, 3-PV surfactant injection incread the oil

recovery to 67.6% OOIP. Water flood after surfactant flood further incread oil recovery to 80.8% OOIP.

Surfactant flood and then water flood recovered about 48.3% of remaining oil.

Abstract: This paper introduces the results of lecting and breeding a micro-organism, Strain I, and its core

model experiment investigation for microbial enhanced oil recovery (MEOR). Strain I was parated from the

formation water of the Dagang oil field, with analytical results showing that Strain I is a gram-positive bacillus. A

further study revealed that this strain has an excellent tolerance of environmental stress: It can survive in

conditions of 70℃, 30 wt% salinity and pH3.5-9.4. Strain I can metabolize biosurfactants that could increa the

oil recovery ratio, u crude oil as the single carbon source, and decompo long-chain paraffin with a large

molecular weight into short-chain paraffin with a small molecular weight. The core model experiment shows that

Strain I enhances oil recovery well. Using 2 vol% of the fermentation solution of Strain I to displace the crude oil

in the synthetic plastic bonding core could increa the recovery ratio by 21.6%.

1. Introduction

The majority of oil fields in China have entered the late stage of tertiary oil recovery with a high water cut, at

which the chemical flooding and polymer flooding have been the main enhancing oil recovery technology and

en widespread u till now. However, more and more environmental problems and rious damage to the

formation by wide u of chemical flooding and polymer flooding have aroud our attention. Both the emission

water and the injection water contain such chemicals as alkali, surfactants and polymers, all of which are difficult

to remove and degrade in nature. Moreover, the recovered crude oil that contain the chemicals, especially the

polymers, is difficult to treat in subquent process. To avoid or overcome this difficulty, much money and

energy has been consumed over the years, but a perfect solution had not been found until the microbial

enhanced oil recovery (MEOR) technology appeared.

Zobell got the first patent on MEOR in 1946. Since then, the MEOR technology has en numerous

laboratory studies and practical applications in oilfields. Desouky constructed a one-dimensional model to

simulate the process of enhanced oil recovery by three microorganisms: Streptococcus, Staphylococcus and

Bacillus in porous media (Desouky, et al., 1996), Yakimov described a Bacillus licheniformis which was able to

enhance oil recovery in 1997 (Yakimov, et al., 1997), Ma prented some new practical application of MEOR in

China (Ma and Schneider, 1998).

The rearch results proved that the MEOR process was technologically and economically feasible. Many

excellent strains that can degrade hydrocarbons and metabolize biosurfactants (Banat, 1995; Makkar and

Cameotra, 1997)and biopolymers (Khachatoorian, et al.,2003; Shah and Ashtaputre, 1999) have been lected for

MEOR. Now it has become a comprehensive technology for EOR and found widespread u in oilfields, for

example, the investigation and application of MEOR technology in North Sea Rervoir (Bryant,1994). In China,

Venezuela and Romania (He, et al.,2000; Smith and Trebbau, 1998; Rebecca, 1996; Lazar,et al., 1992), pilot

results have boosted encouraging extensive field applications. Compared with other tertiary oil recovery

technologies, MEOR has many advantages such as broad applicable range, simple process, less investment, high

performance, low cost and no harm to the environment in particular(Li, et al.,1997). It is the most prospective oil

recovery process for tertiary oil recovery and American technicians regarded the MEOR process as the fourth oil

recovery technology following the familiar tertiary oil recovery technology such as heat, chemicals and gas

enhanced oil recovery technology in 1991.

The key step of MEOR is lecting an excellent bacterium. Whether it is lected from nature or bred in the

laboratory, the microbe should be able to survive in the oil rervoir conditions, to u crude oil as a carbon source

and produce some uful metabolites such as biosurfactants, organic acids, alcohols, esters, solvents and gas for

oil recovery (McInerneyet, et al., 1985; Li, et al., 2001). The rervoir is almost anoxic initially, however, after oil

production begins, the flooding water brings dissolved oxygen down into the rervoir and increas the oxygen

concentrations, so it is difficult to keep an absolute anoxic condition in industrial production. Therefore, the

facultative anaerobes (tho able to live in either anoxic or aerobic conditions) are more suitable for MEOR

process. Nowadays, most oilfields in China (oil layer temperature: 60-90℃) have come into the later tertiary oil

recovery stage at which the polymer flooding has been carried out, and the difficulty in injection bothered us more

and more frequently becau of the formation damage of the polymer (polyacrylamide). This paper describes the

isolation and evaluation of a strain called I that can metabolize biosurfactants at a high temperature and high

salinity. Its model experiment for MEOR under simulated rervoir conditions indicates that the strain could be a

potential MEOR strain for oilfields in China.

4. Conclusion

An excellent strain called Strain I, which is able to produce biosurfactant and enhance oil recovery had been

parated from the formation water of Dagang oilfield. The primary analysis and comparison show that Strain I is

a gram-positive bacillus with an excellent salinity tolerance (30 wt% NaCl), acidity tolerance(pH3.5-9.4) and

thermo-tolerance (70℃). This strain is a promising prospect for MEOR.

Strain I can degrade long-chain paraffins into short-chain isomeric paraffin in 6 days at 60℃, which decreas

the viscosity and improves the flow ability of crude oil. The most important characteristics of its degradation

ability is that a 4vol% microbial solution can degrade the heavy components of crude oil to light components in a

short time (6 days), and almost reaches 25%.

The core model experiment shows that strain I can increa the oil recovery ratio with crude oil as a carbon

source at 65℃ and an anaerobic condition. The oil recovery ratio increas with the increa of microbial culture

concentration. However, the highest concentration (4 vol %) did not get the best microbial flood effect. Maybe the

possible reason is that this microbe size is too long (6-11μm) and in the highest concentration, there are too many

microbes in the core, so they can plug some holes in the core and restrain the migration of crude oil in some

degree, although the metabolites can reduce the oil-water interface and wash out the oil from the pore wall.

Additionally, different injection time can bring different MEOR effects, the final oil recovery ratio is almost alike

whenever the injection time is Fw=50% or Fw=98%, but the relative increment of recovery ratio has a major

difference. The relative increment of the recovery ratio with Fw=50% is higher than that with Fw=98%, becau

there is more oil remaining in the core in the former than that in the latter. However, the final recovery ratio and

the injected microbial solution volume of the two methods are alike, and more water is consumed in the latter than

that in the former. So, we conclude that the injection time with Fw=50% is better than that with Fw=98%. In

practice, we hope that the MEOR process will be ud when the water cut is less than 80% in flooding process,

since its economy would be the better than that of the latter MEOR process.

Zhang Zhongzhi, Wei Xiaofang, Luo Yijing et al. The Selection and Breeding of a Novel Microorganism Strain I

and Investigation of Core Model Experiment for MEOR. Petroleum Science,2005,2(2):95-102

摘要：评述了表面活性剂在疏水性有机物污染土壤生物修复中的应用。从表面活性剂、污染物、土壤及微

生物之间相互作用的角度讨论了表面活性剂的作用机制。指出导致污染土壤生物修复效率低的一个很重要

原因是传递问题，而表面活性剂的加入可以加快疏水性有机物污染物从土壤表面到水相的传质过程。目前

已经发现某些表面活性剂能够促进疏水性有机污染物的生物降解，但并未发现一致的规律。

关键词：表面活性剂；疏水性有机污染物；土壤生物修复

疏水性有机污染物，如石油、有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃、梯恩梯(TNT)等，在自然界中主要以吸

附态等形式存在于土壤中，在水中不溶或微溶，不易被自然界的微生物降解，易被植物和动物富集，并通

过食物链进入人体，可致癌、致畸、致突变，已成为需要解决的世界性难题之一。目前其污染土壤的主要

修复方法是生物修复法，但在生物修复中存在的关键问题是修复效率太低，一块土地要得到彻底修复往往

需要几十年到上百年的时间。导致修复效率低的一个很重要因素就是传递问题。一系列研究表明，疏水性

有机污染物从土壤表面到细胞内部的传递速率是生物降解的主要限制步骤[1-3]，而表面活性剂增加了疏水

性有机污染物在水相中的溶解度进而增加了污染物的传递速率，对提高土壤修复效率、降低修复费用等具

有重要意义。

表面活性剂对疏水性有机物污染土壤生物修复的影响包括以下几方面：表面活性剂对微生物的影响，即对

于不能被生物利用的表面活性剂，其毒性可导致抑制微生物的生长，但对于可生物利用的表面活性剂，微

生物可将其作为辅助碳源促进其生长；表面活性剂可以促进传质作用，在疏水性有机物污染土壤的生物修

复中，表面活性剂的最重要作用是促进疏水性有机污染物从土壤到水相的传质过程，对处于不同物理状态

下的疏水性有机污染物，表面活性剂对改善其生物可利用性起重要的作用。

对于处于吸附态、固态或液态的疏水性有机污染物，研究者[4]认为微生物可能有3种摄取机制：③生物表

面活性剂存在时污染物的摄取。第三种摄取机制主要是针对能够分泌生物表面活性剂的某些特殊细菌而

言，生物表面活性剂可引起疏水性污染物分散度增加，增加污染物与细菌的接触面积，提高其生物降解速

率。但从阻碍生物降解的因素考虑，加强疏水性有机污染物在土壤中的流动性、增加微生物与污染物的接

触频率将是提高污染土壤生物修复效率的有效手段。

存在的问题有：

1 表面活性剂的毒性和可生物降解性

在选择表面活性剂时，必须首先考虑表面活性剂的生物毒性和可生物降解性。表面活性剂的生物毒性表现

在以下两方面[7]：表面活性剂与细菌细胞膜中脂类成分的相互作用可能破坏细胞膜的结构；表面活性剂分

子与细胞必不可少的功能蛋白有可能发生反应。这2个因素都有可能降低微生物的活性甚至导致其死亡。

实验发现在不同条件下，不同种类的表面活性剂所表现出的毒性有很大差别。在pH值为7或稍高时，阳

离子表面活性剂毒性较大；阴离子表面活性剂则在较低的pH值时呈现较强毒性，非离子表面活性剂总体

上比离子型表面活性剂的生物毒性要小得多。因此目前在土壤生物修复中使用的表面活性剂大多为非离子

表面活性剂，如Tween-80、TritonX-100等[8]，而部分研究者在生物修复中更倾向于采用生物表面活性剂

[9]，如糖脂、磷脂、脂肪酸、脂蛋白等，但其来源与价格限制了其大规模使用。

2 表面活性剂对微生物的作用

表面活性剂对微生物的作用除上述的毒性外还体现在细胞膜对表面活性剂的吸附作用和对微生物在土壤

中存在状态的改变。由于生物膜由大量磷脂分子组成，磷脂与表面活性剂有类似的结构和性能，所以细胞

膜对表面活性剂具有较强的吸附作用[13]，这种吸附作用会降低表面活性剂在水相中的浓度，进而可能影

响到污染物的脱附速率，同时改变了细胞膜的通透性，使疏水性有机物和中间代谢物的跨膜速率加快[14]，

这一点对提高降解速率有利由于生物表面活性剂在细菌与污染物界面的相互作用中起重要的作用[15]。因

此表面活性剂的添加将影响到微生物在土壤中的存在状态，进而影响到其流动性。

实验证明，表面活性剂会影响到细菌和土壤间的相互作用。如在加入带有磺酸基的阴离子表面活性剂后，

类产碱假单胞菌同黏土间的吸附作用减弱[16]。引起这种现象的原因可能有以下几点：表面活性剂能够引

起土壤和细菌表面电荷密度的改变进而降低细菌的可逆吸附；表面活性剂会阻碍絮凝，促进菌体的迁移；

细胞壁表面分泌物和土壤表面有机质的溶解将改变土壤与细菌的天然相互作用，进而改变微生物所处的环

境和活性[17]，这对污染土壤的修复、特别是原位修复有很大影响。

3 表面活性剂对疏水性有机污染物可生物利用性的影响

表面活性剂主要通过以下3方面作用提高疏水性有机污染物的可生物利用性：对液体污染物的乳化作用。

提高了污染物在水相的表观溶解度[18]，但这些处于假溶解状态的疏水性有机物能否被细菌快速利用目前

还存在很多异议[19]。促进污染物的传递，包括几个不同的过程，如一个污染物分子与单个表面活性剂分

子的相互作用；表面活性剂与游离相或被吸附的污染物之间的作用；有机质的乳化导致的污染物的迁移以

及由于土壤颗粒中孔隙水表面张力降低使污染物迁移进土壤颗粒内核等[20]。

这3种机制都可以起到强化传质的作用，每种机制所起作用的大小在很大程度上取决于污染物的物理状态，

由于传递作用的增强可以导致污染物向非污染区扩散，也会带来一些负面作用。

3. 展望

虽然发现某些表面活性剂能够促进疏水性有机污染物的生物降解，但并未发现一致的规律，这说明表面活

性剂、微生物、污染物、土壤之间存在着复杂的作用过程，从一些简单的实验中得到的结果还不能充分解

释实验中出现的现象。另外，利用表面活性剂作为土壤生物修复的辅助手段有一定的可行性，也是提高疏

水性有机污染物可生物利用性的有效方法之一。

但表面活性剂在实际应用中还存在很多问题。如对于原位修复，表面活性剂加入到土壤中，虽然经过多次

土地翻耕可以增强表面活性剂与土壤的混合，同时也可提供足够的氧气以加速污染物的清除，但表面活性

剂的作用仍受混合不均匀的影响；在好氧土壤生物修复反应器中加入表面活性剂会缩短降解时间，但同时

会产生大量多余的泡沫，不利于操作。如果从修复成本考虑，最好采用浓度较低的表面活性剂溶液，但低

浓度的表面活性剂对提高疏水性污染物的流动性和分散性作用不明显。所以，从降低修复成本和提高修复

效率两方面来考虑，可分泌生物表面活性剂的降解菌株的筛选和优化是个有前景的研究方向。因为利用污

染物降解菌(原位或异位)产生的生物表面活性剂不仅可以促进污染物的降解，也可排除降解菌和污染物之

间可能产生的相互干扰、消除二次污染，且成本低廉。

总之，在表面活性剂作为一个标准技术被应用到土壤修复中之前，还需要在实验室、实际污染点作大量深

入细致的实验研究，以确定表面活性剂的作用机理和作用效果，为实际应用提供确凿的依据。

▲ 贾凌云，吴刚，杨凤林.表面活性剂在污染土壤生物修复中的应用.现代化工，2003，23(9)：58-61

摘要:从石油化工厂附近的污染土壤中分离到一株产表面活性剂的石油降解菌,经鉴定为假单胞菌属,其生物

表面活性剂的产量为0.53g/L。文章研究了该菌株在不同条件下的生长状况,并与两株不产表面活性剂的菌

对比测定了其石油降解的效率,生物表面活性剂,最终使另外两种菌株的降解率在此过程中起了重要作用。

将表面活性剂产生菌与其它菌株组合能有效的提高菌株对石油的降解效率分别提高了7.38%和18.33%。

▲ 郑金秀,彭祺,张甲耀，等.产表面活性剂的石油降解菌降解特性研究.环境科学与技术,2007,30(1):5-8

摘要：从大港油田氧化塘池中分离得到1株能降解原油产生生物表面活性剂的菌株I。经鉴定，该菌株为

芽孢杆菌属(Bacillus)。用气相色谱仪进行原油的全烃组分分析，结果表明原油的重质组分减少，轻质组分

增加，从而可使原油的流动性增加。通过选用不同培养基培养来优化代谢产物，确定了培养基的最佳组成。

最后通过岩心模拟试验来验证其提高原油采收率的可能性。结果表明：增大菌液的浓度，提高采收率的幅

度增大；注入菌液的时机不同，提高采收率的幅度也不相同。

利用微生物提高原油采收率的第一项专利是由美国微生物学家Zobell于1946年提出的[1],它是依靠微生物

形成酸、二氧化碳和其它气体扩大含油层的孔隙,增加原油的流动性;或是把高分子的碳氢化合物分解成短

链的更易流动的化合物,以及生物表面活性剂、生物聚合物等物质的作用。其中利用细菌产表面活性剂来提

高原油采收率是近年来研究较多并且获利较大的方法之一。微生物以烃类为底物产的表面活性剂通常是脂

类,包括脂肪酸、糖脂、脂多糖、脂肽等[2]。生物表面活性剂能提高原油采收率,其作用机理是能使烃类乳

化,在水中形成小的水包油乳化液滴,增加两相接触面积,降低界面张力,改变岩石表面的憎水性质,增加原油

的流动性,从而提高原油采收率[3]。与化学合成表面活性剂相比,生物表面活性剂具有洗油能力强、吸附滞

留量小、稳定性高、耐盐以及无毒等优点。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3.5~8倍,而价格为人工合成表面活性剂的30%[4]。所以生物表面活性剂可能成为今后提高原

油采收率的重要手段。

1.2 方法

原油的降解情况：将培养前的原油和培养6d的发酵液离心分离后的上层黑褐色原油用HP6890气相色谱仪

进行原油的全烃组分分析，通过分析原油组分的变化来判断细菌对原油的降解情况。

界面张力的测定：用JJ2000A旋转滴界面张力仪测定过滤后的发酵液与8mg/ml沥青质模型油间的界面张

力。

室内岩心模拟试验：首先测试岩心的特性参数；然后用原油饱和岩心，再用10%NaCl溶液驱替，直至没

有原油流出为止，测量驱出原油体积；最后向岩心中注入菌液，将岩心夹持器置于水浴中，在65e培养箱

中培养72h，再用盐水驱替，计算增收率。

3 结 论

菌株I为兼性厌氧菌,可在30%NaCl及72e高温生长,生长酸碱度范围很宽,适应油藏条件。其可代谢生物表

面活性剂,降解原油,洗油效果非常好,通过岩心模拟试验证明了其提高原油采收率的可能性。根据以上结论

可以预见菌株I有望用于微生物采油,这还需矿场试验来验证。

▲ 安秀林，李庆忠，张忠智. 产生生物表面活性剂菌株I降解原油的研究. 河北北方学院学报(自然科学版)，

2005,21(1)：20-23

▲ 王琰. 鼠李糖脂表面活性剂的制备及产生菌的筛选. 表面技术，2006,35（5）：69－70

Wang Yan. Production of Rhamnolipid Bio-surfactantsants Separation of Pudomonas. Surface technology,

2006,35（5）：69－70

Abstracts

Biosurfactants in environmental biotechnology

William R Finnerty

Finnerty Enterpris Inc, 160 Chinquapin Place, Athens, Georgia 30605, USA

Available online 26 August 2004.

Abstract

Biosurfactants are natural products derived from bacteria, yeasts, or fungi. The

complex chemical structures and physical properties of biosurfactants generally

result in properties equal to, or exceeding, many synthetic surfactants.

Biosurfactants have low toxicity profiles to freshwater, marine, and terrestrial

ecosystems, and are potential candidates for a variety of environmental applications.

Rearch, to date, has largely been focud on the enhancement of oil biodegradation

and microbial enhanced oil recovery. The solubilization and emulsification of

toxic pesticides by biosurfactants has also been reported, aiding in the recovery

of such hazardous materials from contaminated sites. The future success of

biosurfactant technology in bioremediation initiatives will require the preci

targeting of the biosurfactant system to the physical conditions and chemical nature

of the pollution-affected site.

API, American Petroleum Institute; HLB, hydrophilic-lipophilic balance

Ralph J. Portier and Gary P. Miller

Aquatic/Industrial Toxicology Laboratories, Institute for Environmental Studies,

Louisiana State University, Baton Rouge, Louisiana 70803, U.S.A.

Available online 17 December 2004.

Abstract

The application of adapted microbial populations immobilized on a porous

diatomaceous earth carrier to pre-treat and reduce toxic concentration of volatile

organics, pesticides, petroleum aliphatics and aromatics has been demonstrated for

veral industrial sites. In the pre-treatment of industrial effluents and

contaminated ground-waters, the bioreactors have been ud to optimize and reduce

the cost of conventional treatment systems, i.e. steam stripping, carbon adsorption

and traditional biotreatment. Additionally, the systems have been employed as

eding devices for larger biotreatment systems. The cost effective utilization of

an immobilized microbe reactor system for water supply regeneration in a

microgravity environment is prented. The feasibility of using immobilized biomass

reactors as an effluent treatment technology for the biotransformation and

biodegradation of phenols, chlorinated halocarbons, residual oils and lubricants

was evaluated. Primary biotransformation tests of two benchmark toxicants, phenol

and ethylene dichloride at concentrations expected in life support effluents were

conducted. Biocatalyst supports were evaluated for colonization potential, surface

and structural integrity, and performance in continuous flow bioreactors. The

implementation of such approaches in space will be outlined and specific areas for

interfacing with other non-biological treatment approaches will be considered for

advanced life support, tertiary waste water biotreatment.

Author Keywords: immobilized biomass; zero gravity; waste water; biotreatment;

phenols; ethylene dichloride; biotransformation; biodegradation

*1 First prented at the

NASA Symposium on Waste Processing in Space for Advanced

Life Support

, Ames Rearch Center, Moffett Field, California, September 11–13,

1990.

Interaction between thermophilic microorganisms and crude oils: recent

developments

Eugene T. Premuzic and Mow S. Lin

Brookhaven National Laboratory, Upton, NY 11973, U.S.A.

Received 3 January 1990; accepted 14 November 1990. ; Available online 7 July 2003.

Abstract

A considerable rearch effort in the area of microbially enhanced oil recovery

(MEOR) has shown that it is promising and that a recovery biotechnology may be

developed. Successful biochemical process would have to be cost effective and have

certain attributes, such as being able to produce emulsifying agents and acidify the

media. Further, the microbes producing the conditions should be tolerant to high

salt concentrations and be capable of metabolizing high molecular weight compounds.

Since oil rervoirs are also subject to temperature and pressure variations,

successful microbial strains should be able to adapt to such environments.

Thermophilic microorganisms, which usually live in harsh environments, appear to be

good candidates for MEOR. Continuing work in Brookhaven National Laboratory dealing

with the chemistry and biochemistry of microorganisms living under extreme conditions

has been expanded to a systematic study of the interaction of thermophilic

microorganisms with crude oils and oil derivatives. Some recent results of the

studies are prented.

Corresponding author. To whom correspondence should be addresd.

摘要 利用酸沉、醇提和薄层层析等方法从Bacillus nattoTK-1发酵液中分离得到脂肽。TLC结果表明,

在迁移值Rf0.58~0.65处出现单一紫红色条带其为脂肽粗提物。脂肽的临界胶束浓度约115mg/L。在浓度

为512mg/L时,脂肽能将水的表面张力显著地降低到30.1mN/m。同时,通过体外抗粘连实验表明,脂肽能显

著抑制沙门氏菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌对96孔板固体表面的粘附,其中,对沙门氏菌的抗粘连效果较

为明显。通过平板扩散法考察脂肽抑菌活性,结果表明脂肽具有较广泛的抑菌谱,对灰霉和镰胞霉的抑菌能

力较强。

脂肽类生物表面活性剂主要来源于一些由细菌、酵母菌、真菌分泌的代谢产物,结构上含亲水的肽键和

亲油的脂肪烃链两部分[1,2]。其中肽链上的氨基酸能以内酯或酰胺键形式与脂肪烃链的羧基、羟基或氨基

结合形成环状结构。脂肽分子中脂肪链部分的碳原子数一般在12~19之间,肽链部分的氨基酸残基数在6~13

之间。由于肽链中氨基酸的个数、种类及连接顺序的不同,以及脂肪链中碳原子个数及支链的位置不同,导

致脂肽往往是多个结构类似异构体的混合物[3]。目前发现的脂肽类生物表面活性剂已有10多种,主要包括

Surfactin、Lichenysin、Iturin、Fengysin等[4,5]。与化学表面活性剂相比,生物表面活性剂具有可生物降解、

低毒、可耐受极端环境(温度、pH及盐度)等优点[6]。

1968年Armi a等首次报道在Bacillus subtilis发酵液中分离得到了一种新的活性物质Surfactin,这种生

物活性物质可以显著地降低表面张力,可以在20μmol/L的浓度下将水的表面张力从72mN/m降低到

27mN/m。近几十年以来,人们对生物表面活性剂的兴趣主要集中在石油开采、食品、化妆品、农业以及环

境保护等领域,而对其在生物医药领域的应用却未给予充分的了解和重视[8~10]。最近的研究表明脂肽类生

物表面活性剂具有许多优良的生物活性,如抑菌[11]、抗肿瘤[12]、降低胆固醇[13]、抗支原体[14]等功能。

但有关脂肽对致病菌的抗粘连作用还很少见报道。

病原真菌PDA培养基:马铃薯200g,蒸馏水1000ml,煮沸50min,半固体培养基加琼脂0.8%, pH6.7。

病原细菌LB培养基:胰蛋白胨10.0g/L,酵母粉5.0g/L,NaCl10.0g/L,蒸馏水定容至1000m,l半固体培养基

加琼脂0.8%, pH 7.2。

在无菌96孔板中,分别加入不同浓度的脂肽200μ,l每个浓度设4个平行孔,对照孔加入200μlpH7.2

PBS。置4℃冰箱孵育24h后,倒掉脂肽溶液,并用PBS清洗两遍,随后分别在每个孔内加入处于对数生长期

的病原菌菌悬液200μ,l菌悬液密度为5×105/m,l继续孵育4h后,PBS洗掉未粘附96孔板的菌体,用99%甲

醇固定已粘附菌体。固定完毕后,用1%的结晶紫对菌体染色5min,自来水轻轻冲洗掉多余的结晶紫,随后在

每孔板内加入200μl33%的预冷乙酸以溶解被菌体富集的结晶紫,振荡10min后,在595nm下酶标仪测定其

吸光值,计算抗粘连率。

抗粘连率(% ) =[对照组吸光值-实验组吸光值] /对照组吸光值×100

1.6 脂肽抑菌活性实验

将供试菌株活化后,用生理盐水分别将其制成菌悬液,活菌数>106cfu/m,l备用。将素琼脂固体培养基融

化后倒入培养皿,待冷却凝固后,等距平稳地将3个已经灭菌的牛津杯放在固体培养基平面上,再将分别培养

细菌的LB以及培养霉菌的PDA半固体培养基融化冷却至40℃~50℃,移取1ml菌悬液到培养基中,混匀,然

后用移液管移取8 ml含菌培养基至素琼脂平板上。待凝固后,拔出牛津杯,用移液枪取30μl不同浓度脂肽

加入牛津孔内,以生理盐水作对照。每个处理重复3次,最后细菌放置于37℃培养箱培养24h;霉菌置于28℃

培养箱培养48h。培养完成后,取出培养皿测量抑菌圈的直径大小。

纳豆素中分离的Bacillus nattoTK-1发酵产生的脂肽为一种生物表面活性剂,具有较强的表面活性。脂

肽在512mg/L的浓度下可将水的表面张力从72.3mN/m降低到30.1 mN/m,其中CMC为115mg/L。

丛集运动和形成菌斑是细菌在物体表面传染的关键行为,致病菌对器官的粘连是许多传染病以及人体

肠道疾病发生的第一步。因此,尝试抑制致病菌对受体部位的粘附力,对预防某些流行性疾病的发生和传染

具有重要意义[15]。抗粘连实验结果表明,脂肽能明显抑制部分致病菌对96孔板固体表面的粘附能力,其中,

对沙门氏菌的抗粘连效果较为显著。

抑菌实验表明,脂肽具有较广泛的抑菌谱,对灰霉以及镰胞霉的抑菌效果尤为明显,说明脂肽是一种非常

有潜力的抗菌剂。目前,脂肽的抑菌机理还不十分明确,被广为接受的一种解释为它可以结合到微生物的细

胞膜上(其上含有较多的磷脂),在达到一定浓度时产生“去垢剂”一样的效应,破坏细胞膜的结构,造成胞内

物质外泄,最终导致细胞死亡[16,17]。本实验脂肽对不同指示菌的抑制效果有一定差异,推测与菌体磷脂双

分子层极性头的甘油分子C3位上的R基团不同有关。不同种类的微生物具有不同的R基团,如磷脂酸、磷

脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸或磷脂酰肌醇等。不同的R基团与脂肽的结合能力

不同,从而造成了脂肽对指示菌的不同抑制效果[18],具体的抑菌机制还有待进一步的研究证实。

曹小红，廖振宇，王春玲等, Bacillus nattoTK-1

产脂肽的纯化、抑菌活性及其表面活性剂特

性

. 中国生物工程杂志, 2008. 28(1): 44-48.

摘要:铜绿假单孢菌在葡萄糖、甘油、石蜡、菜油培养基中合成鼠李糖酯生物表面活性剂的最

高产量分别为0.48 g/L、18.90 g/L、2.28 g/L、13.50 g/L。根据各碳源的代谢特点和相应的发

酵动力学,分析认为葡萄糖和短链烷烃不适合生物表面活性剂的合成;甘油发酵中细胞生长和

产物合成沿着相同的代谢途径,细胞的适应性好,鼠李糖酯产量高;从经济性考虑,菜油是大规模

生产生物表面活性剂的首选碳源。

菜油浓度对细胞生长和产物合成的影响类似于液体石蜡,实验经过优化选用4 %的菜油进

行发酵研究。图6为菜油发酵的过程曲线。微生物生长周期较短,鼠李糖酯的合成也是开始于

细胞生长的稳定期,并在100 h出现一个明显的产物过程。接着细胞快速衰亡,鼠李糖酯的合成

也很快停止,估计是由于碳源限制造成的,这可以通过加碳源来进一步提高产率。虽然菜油在支

持细胞生长方面不如甘油,鼠李糖酯的产量也略低,但从降低成本的角度考虑,以菜油作为碳源

并辅以合理的发酵工艺将是工业发酵生产鼠李糖酯的首选。

通过上述实验可以看出,四类碳源均支持铜绿假单胞菌的生长,但遵循完全不同的代谢途

径。葡萄糖培养基中只有微量鼠李糖酯合成。动力学研究证明,甘油发酵中的糖酯合成是生长

相关型的。而对于疏水性底物而言,鼠李糖酯的合成开始于细胞生长稳定期,属于次级代谢过

程。其中,菜油对生物表面活性剂的大规模生产具有优势,经过进一步的菌种选育和发酵工艺设

计可以得到更高的产率。菜油浓度对细胞生长和产物合成的影响类似于液体石蜡,实验经过优

化选用4 %的菜油进行发酵研究。图6为菜油发酵的过程曲线。微生物生长周期较短,鼠李糖酯

的合成也是开始于细胞生长的稳定期,并在100 h出现一个明显的产物过程。接着细胞快速衰

亡,鼠李糖酯的合成也很快停止,估计是由于碳源限制造成的,这可以通过加碳源来进一步提高

产率。虽然菜油在支持细胞生长方面不如甘油,鼠李糖酯的产量也略低,但从降低成本的角度考

虑,以菜油作为碳源并辅以合理的发酵工艺将是工业发酵生产鼠李糖酯的首选。

通过上述实验可以看出,四类碳源均支持铜绿假单胞菌的生长,但遵循完全不同的代谢途

径。葡萄糖培养基中只有微量鼠李糖酯合成。动力学研究证明,甘油发酵中的糖酯合成是生长

相关型的。而对于疏水性底物而言,鼠李糖酯的合成开始于细胞生长稳定期,属于次级代谢过

程。其中,菜油对生物表面活性剂的大规模生产具有优势,经过进一步的菌种选育和发酵工艺设

计可以得到更高的产率。

钱欣平，阳永荣，孟琴, 利用不同碳源合成生物表面活性剂的研究. 日用化学工业, 2002.

32(1): p. 15-17.

驱油用表面活性剂

一、前言

表面活性剂是一类具有两亲结构的特殊化学物质，它们能够吸附在表（界）面上，在加入量

很少时即可显著改变表（界）面的物理化学性质，从而产生一系列的应用功能。表面活性剂

分子结构由亲水基和疏水基（也称亲油基）两部分组成。其中，亲油基一般由长链烃基构成，

结构上差异较小，以碳氢基团为主，碳原子在8～20之间；亲水基部分的基团种类繁多，差

别较大，一般为带电的离子基团和不带电的极性基团。表面活性剂被称作“工业味精”，可

以用于洗涤、润滑、食品、化妆品、农业、采油等多个行业，多个领域。在油田作业中，表

面活性剂可用于油田钻井、采油和集输环节。用于采油时，能够做驱油剂、堵水剂、酸化用

添加剂、降粘剂和降凝剂以及油井的清蜡和防蜡。目前，表面活性剂驱油主要是用于各种化

学驱油方法中。

二、概述

1表面活性剂用于驱油的基本情况

表面活性剂驱是在油层中注入表面活性剂水溶液驱油的方法。利用表面活性剂采油并非最近

才提出来的一种方法，20世纪20年代末，德格鲁特就曾提出水溶性表面活性剂有助于提高原

油采收率。当表面活性剂溶入溶液时，双亲基团会在液/固接触面、液/液界面及体相的溶液中

发生定向分布，当极性基团与矿物、岩石的表面结合时，就会破坏原油边界层，把边界层中

束缚的原油解脱出来，成为可流动油，极性的水分子或亲水基团就会占据颗粒表面，从而使

矿物、岩石表面由油湿变为水湿，同时发生油水界面张力降低、原油乳化、油滴聚并等现象，

使原油采收率得以提高。目前，应用表面活性剂提高采收率发展有两种不同的方法：一种是

注入低浓度大段塞（15%～60%）表面活性剂溶液，表面活性剂溶于油或者水，溶解的表面

活性剂与称为胶束的表面活性剂聚集体相平衡，注入油层的溶液可以降低油水界面张力，从

而提高原油采收率；第二种则是把小段塞（3%～20%）高浓度表面活性剂注入油层，与原油

形成微乳液。但是，随着高浓度段塞在油层中的运动，溶液被地层流体稀释，该过程就转变

为低浓度驱了。因此，第一种被称为低张力表面活性剂驱油体系，第二种被称为微乳液驱油

体系。目前，倾向于采用低浓度大段塞表面活性剂。使用表面活性剂作为提高原油采收率的

驱油技术主要包括活性水驱、碱水驱、微乳液驱、泡沫驱、增稠水驱、正向异常液驱，胶束/

聚合物驱和三元复合驱等。实际应用的表面活性剂驱油体系十分复杂，主要包括表面活性剂、

油、水、电解质、控制粘度的稠化剂、提高或保护主要表面活性剂性能的助表面活性剂和堵

水剂等。

（2）驱油用表面活性剂分类用作驱油剂的表面活性剂品种多：按照亲水基团的结构，即表面

活性剂溶于水时的离子类型来分类，是最为常见的驱油用表面活性剂分类方法，通常有5种类

型：阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型和混合型；按照疏水基分类，主要分为疏

水基为碳氢基团的碳氢表面活性剂和疏水基为全氟化或部分氟化碳氟链的表面活性剂；按照

分子量大小分类，可以分为低分子量表面活性剂（分子量一般为300左右）和高分子表面活

性剂（分子量一般在1000或者数千之上）；按照三次采油技术中油藏条件对表面活性剂性能

的要求分类，可以分为耐盐表面活性剂体系、耐温表面活性剂体系、耐盐耐温表面活性剂体

系和特殊油藏条件下的表面活性剂体系；按照来源分类，可分为天然表面活性剂、合成表面

活性剂和生物表面活性剂；按照表面活性剂的溶解特性分类，可以分为水溶性表面活性剂和

油溶性表面活性剂。目前，国内外驱油配方中应用最多的表面活性剂是阴离子磺酸盐类（石

油磺酸盐、烷基磺酸盐、芳基磺酸盐及硫酸盐）与羧酸盐类、非离子型表面活性剂（聚氧乙

烯型）和表面活性剂复配物等。表1概述了离子型驱油用表面活性剂的特点。

（3）对驱油用表面活性剂的要求

随着各国的主力油田相继邻近和进入高含水开发阶段，利用表面活性

剂或者其复配体系的EOR研究和试验日趋增多。在目前的技术水平下，对

表面活性剂的应用主要提出了以下几方面的要求：

1在油水界面上的表面活性高，使油水界面张力降至0.01～0.001兆牛/米以下，溶解度、浊点

和pH值适宜，能够降低岩层对原油的吸附性；2在岩石表面的被吸附量小；

3在地层介质中扩散速度较大；

4低浓度水溶液的驱油能力较强；

5能够阻止其他化学剂副反应的发生，即具备“阻化性质”；

6能耐高温；

7能耐高矿化度；

8成本低。目前应用较为广泛的石油磺酸盐类表面活性剂就是成本相对较低的一类表面活性

剂。实际注表面活性剂驱油时，应该综合考虑地层矿物组分、地层水、地层温度、注入水、

油藏枯竭程度以及成本等各方面的因素，选择合适的表面活性剂类型。

目前，国内外采用最多的驱油用表面活性剂是以钠盐为主的阴离子表面活性剂，它是最符合

上述要求的表面活性剂。而阳离子表面活性剂在地层易发生吸附和沉淀，不易产生超低界面

张力，而且毒性较大，因而不适于三次采油用。非离子表面活性剂可产生超低界面张力，而

且此类体系耐盐、耐硬水能力很强，具有良好的乳化性能，具有良好的驱油效果。但非离子

表面活性剂对温度敏感，对环境污染程度大，不适宜大量使用。

三、驱油表面活性剂的几个有价值的发展方向

2生物表面活性剂

（1）生物表面活性剂的定义

生物表面活性剂是人们比较关注的一种天然表面活性剂，它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此为食物源，它们能吸收，乳化，润湿，分散，

溶解水不溶的物质。

（2）生物表面活性剂的特点

生物表面活性剂具有以下特点：

① 水溶性好，在油－水界面有较高的表面活性；

② 在含油岩石的表面润湿性好，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 无毒、安全；

⑥ 生产工艺简单，在常温、常压下即可发生反应。

（3）产生生物表面活性剂的菌种

一般产生生物表面活性剂的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烃的烃类化合物，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。表3列出了部分产生生物表面活性剂的菌种与类型。

（4）生物表面活性剂的分类

生物表面活性剂的来源有整胞生物转换法（发酵法）和酶促反应法。按照生物表面活性剂的化学结构不同

可分为6种类型：①糖脂类-糖脂、糖醇脂和糖苷；②磷脂/脂肪酸；③含氨基酸类脂-脂蛋白、脂多肽和脂

氨基酸；④聚合物-脂多糖、脂-糖-蛋白质复合物；⑤中性类脂-甘油单双酯、聚多元醇酯和其它蜡酯；⑥特

殊型-全胞、膜载体和纤毛。大多数生物表面活性剂是糖脂，其他的像缩氨酯、脂蛋白和异聚多糖的结构更

复杂。有多种微生物可以合成不同类型的生物表面活性剂。与此分类方法类似的是将其分为糖脂系生物表

面活性剂、酰基缩氨酸系生物表面活性剂、磷脂系生物表面活性剂、脂肪酸系生物表面活性剂和高分子生

物表面活性剂5类。

（5）应用及效果

生物表面活性剂用于油田提高采收率的研究已有60多年的历史。就目前的研究来看，地衣杆菌JF-2是研

究最多的产表面活性剂菌种。美国、德国、前苏联及中国等国家都进行了实验研究，效果良好。应用生物

表面活性剂提高原油采收率成功的矿场试验有以下几个实例：

①西德的试验室研制了海藻糖脂等生物表面活性剂，并已申请专利，在北海油田进行了矿场试验，

加入海藻糖脂50毫克/升，驱油效果提高30％，与一般的化学表面活性剂相比，驱油效果增大5倍。

②美国的俄克拉何马大学用两种方法验证了直接向地层注入微生物表面活性剂和注入活的微生物细菌地

衣杆菌JF-2（美国专利号4522261）对原油提高采收率的影响，两种方法都获得了良好的效果。

四、表面活性剂驱油机理

表面活性剂驱油的机理要么是改变分相流动关系，比如降低界面张力或者增加粘度，要么是改变相态特性，

比如原油部分溶解在水相内或者水溶解在油相内。

1基本化学机理

水驱后采出残余油的机理分为两类：一类是在流经岩石时油相对水相的速度发生了改变；另一类是液相组

分发生了改变。注入表面活性剂引起的相对流速的变化可以通过改变的分流量或者相对渗透率和流体相粘

度进行描述；水相和油相组分的改变，可以用拟三元平衡相图或者在某些特定的情况下，用这种相图的非

平衡模拟来表示。对基本机理的描述和证明已经是定性的，涉及到的主要因素有：（1）油相-水相粘度比；

（2）油相和水相的相对渗透率曲线；（3）油相和水相间的界面张力；（4）三元相态图（水/油/化学剂）单

两相区的双节点曲线和准线。

2使分流量发生改变的基本机理

（1）降低界面张力

表面活性剂驱油方法的主要机理是能够降低油相和驱替水相之间的界面张力。科学研究表明，当富含表面

活性剂的半固体颗粒在水相中扩散，到达油水界面时，就可形成超低界面张力。如果张力足够低，将原油

俘获在孔隙空隙内形成油滴或者残余油块的毛细管力会被削弱，油滴就可以在粘滞力和重力的作用下流

动。注水开发后期，毛管数一般为10-6～10-7，当毛管数提高到10-2时，理论上原油采收率可以达到100%。

根据毛管数的公式，只有界面张力值的降低才能使毛管数的数量级提高。油水界面张力通常在20～30兆

牛/米范围之内，而理想的表面活性剂可以使油水界面张力降至10-6～10-7兆牛/米。一般情况下，毛管数

达到10-4以上，剩余油饱和度就会随毛管数增加而有显著下降，进而达到提高采收率的目的，此时一般界

面张力要达到10-2～10-3以下。能使油水间界面张力降低到这种程度、能满足驱油要求且成本较低的表面

活性剂并不是非常易得的。该机理涉及到的最重要的无因次变量毛管数Nc，即达西定律压力梯度与界面

张力控制奋斗着毛细管力的比值。在毛细管力足够高时（即界面张力足够低时），油滴变为可流动的，油

相的分流量fo增加。该分流量是相体积流量与通过岩石孔隙空间的全部流体体积流量的比。由于分流量会

受到相粘度比的强烈影响，还会受到毛细管压力梯度的影响，因此，根据多孔介质相对渗透率来说明界面

张力降低的效果更为简单。

（2）改变润湿性

润湿性是采油中需要注意的一个重要条件，因为驱油效率与岩石的润湿性密切相关。适宜的表面活性剂可

以使原油与岩石的润湿接触角变小，降低油滴在岩石表面的粘附力。如果原始润湿条件不利，可以通过加

入化学剂改变孔壁的润湿性，进而提高采收率。润湿性是渗吸和排泄动态、毛细管压力和相对渗透率的综

合作用，可以从中性润湿性和混合润湿性条件下的亲水转变为亲油。Salathiel认为，混合润湿性可能是对

原油开采最为有利的因素，因为在混合润湿条件下，水相粘附在大面积的孔隙表面上，但是原油附着的连

续通道延伸到了孔隙表面之外。结果为在常规水驱过程中，沿这些通道在薄膜上流动的原油能够排泄，使

残余油饱和度极低。表面活性剂和腐蚀性流体能够改变润湿性。通过改变孔隙空间内流体相的分布，润湿

性改变可以强烈地影响相对渗透率，并因此影响到分流量。这是一个很重要的采油机理，但对流体分布的

改变了解不够，所以无法确定地下润湿性，因而也难以控制润湿性。

（3）封堵孔隙

当孔隙空间的喉道被固体微粒、乳状液滴、泡沫、聚合物聚集体或者其他物体堵住后，即出现孔隙堵塞。

局部堵塞会造成渗透率降低，困此能够提高宏观波及效率。通过提高局部压力梯度，可能沿主要渗流通道

或潜在流道形成的局部堵塞，就能形成毛细管数增加的区域，因此可以帮助驱替被俘获的油滴，但这样的

反应极难控制。恰当的表面活性剂复配体系可以出现孔隙封堵效应。

（4）改变粘度比

加入表面活性剂复配体系可以增加水相的有效粘度，从而改变粘度比。根据达西定律，改变粘度比会使原

油分流量增加。此外，粘度比改变的一个结果是可能会抑制粘性指进的不稳定性。在发生选择性孔隙封堵

时，在水相中局部生成的高粘度会导致微观压力梯度的出现，因此，可以帮助驱扫被俘获的油滴，但这一

反应不易控制。

3使相态特性改变的基本机理

4使视相态特性改变的基本机理

在表面活性剂存在的情况下，非混相的水相和油相通过多孔介质的流动会伴有稳定状态的乳状液的形成。

其中所涉及到的机理，除了孔隙内的拉伸流动和剪切形成的正常乳化作用，还有被称作自发乳化作用的机

理，即，认为乳状液是在因扩散造成的过饱和三元溶液的沉淀作用下生成的。

（1）水包油乳化作用

水包油乳化作用发生时，如果乳化状态足够稳定，将会生成溶解作用的非均衡类似物，也即，曾经以细小

的分散油滴存在的原油仍旧留在水为连续相的乳状液（水包油乳状液）内，能够被采出（只是随后需要进

行油水分离）。如果乳状液拟相以及任何与之接触的非混相次相的视组分和表观特性都是仅仅由它们的总

组分确定的，那么一定存在一个拟相图。

（2）油包水乳化作用

油包水乳化作用会形成胀溶作用的非均衡类似物，也就是说，曾经以小水滴的形式扩散的水留在油包水乳

状液内。表面活性剂在适当的盐度下能够与原油形成油包水型乳化液，其粘度远远高于原油的粘度。这种

高粘度乳化液既可以调节地层流体间的流度比，又为剩余油的剥落和剥落油滴的聚并起到了很大的作用；

同时，由剥落油滴乳化聚并形成的高粘度富油带也起到一个活塞推进的作用。综上所述，含表面活性剂驱

油的机理是非常复杂的，但驱油机理并非是单一的，而是多种机理并存，只是某种机理起主要作用。比如，

一般低张力表面活性剂驱主要机理是降低油水相间界面张力，改变润湿性，乳化作用等；而微乳液驱的主

要机理是混相和增溶作用，同时乳化作用也在起作用。

五、应用实例

根据文献，ASP是目前表面活性剂驱油的一个重要应用方向，矿场试验很多，但从文献来看，矿场试验主

要是在我们国家做的，尤其是大庆油田，因此，我们对此没有做出调研。

六、结论

1常用的驱油用表面活性剂有阴离子磺酸盐类与羧酸盐类、非离子型表面活性剂和表面活性剂复配物等。

其中已工业化生产的石油磺酸盐和烷基苯磺酸盐为主的阴离子磺酸盐类表面活性剂在驱油方面应用尤为

广泛，依然是当前的主导方向。

2生物表面活性剂是微生物生命活动的产物，其以水溶性好、高界面活性、良好的润湿性、吸附量小、引

入人工无法合成的基团、无毒安全、工艺简单等等优点用于驱油，使之成为一个有前途的发展方向。

3水驱后采出残余油的机理分为两类：在流经岩石时油相对水相的速度发生了改变和液相组分发生了改变。

表面活性剂驱油机理非常复杂,多种机理并存，只是某种/某些起主要作用。

4表面活性剂作为驱油剂既可以作为主剂单独注入（表面活性剂驱、微乳液驱）也可和其他试剂复配注入

（三元复合驱、表面活性剂/聚合物复合驱等），在注入时既可以单一段塞注入，也可以和其他试剂段塞配

合注入。

张蕾. 驱油用表面活性剂. 中外科技情报, 2006,10: 8-32

摘要:对从大庆油田分离到的一株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ZW-3代谢的脂肽生物表

面活性剂的理化性质(CMC值、乳化活性、对温度、矿化度的稳定性、降低油水界面张力能力)

进行了测定,同时进行了物理模拟实验。研究结果表明,该脂肽表面活性剂具有优良的乳化和降

低油水界面张力的能力,并可以适应油藏中复杂的环境,可提高采收率9.2 %。在微生物采油中

具有较好的应用前景。

表面活性素是生物表面活性剂脂肽(又名脂酰肽)的一种,是微生物产生的次生代谢产物。

1968年,Arima等首次发现Bacillus subtilis IFO3039能够产生脂肽类生物表面活性剂[1],是迄

今报道的效果最好的生物表面活性剂之一,被命名为表面活性素。它是由一个LLDLLDL(共7个

短肽)手性序列的亲水基团和β-羟基脂肪酸的疏水基团形成的内酯环,具有马鞍型的结构。近

来,研究者利用高分辨 1H NMR结合分子成形技术确定了表面活性素的三维结构模型[2-4]。

由于脂肽及其他生物表面活性剂具备多种活性,因此它们可以应用于石油开采等众多工业领

域中。Java-heri等报道了[5] Bacillus licheniformis JF-2在严格缺氧的条件下能产生多种降低

培养基表面张力(小于30mN/m)的脂肽类物质;郝瑞霞等报道[6 ]Bacillus subtilis SP4能够产生

挥发性脂肪酸、有机酸、酮、醚、酯和生物表面活性物质等代谢产物,同时能够转化和降解不

同原油的芳烃、非烃和沥青质组分以及极性有机硫化合物和有机氮化合物,降低原油的重质馏

分含量,改化合物和有机氮化合物,降低原油的重质馏分含量,改善原油的物理化学性质。笔者

对菌株发酵生产的脂肽生物表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)值、乳化活性及其对温度、矿

化度的稳定性等理化性质及在微生物采油中的应用进行了全面研究。

培养方法是:①种子培养方法:在250mL三角瓶中装入种子培养基100mL,接入斜面活化后

的种子,在45℃条件下以180r/min速率振荡,培养至对数生长中后期,约10~12h。②初始发酵条

件:以4%的接种量将种子培养物接入装有100mL发酵培养基的500mL摇瓶中,在45℃条件下

以250r/min速率振荡,培养48h。

1.2.1 脂肽生物表面活性剂乳化活性的测定方法取0.5mL不同稀释度的菌株发酵液、

0.1mL体积比为1∶1的十六烷/2-甲基萘酚混合液、4.4mL总浓度为20mmol/L和MgSO4浓度为

10mmol/L的Tris缓冲液(pH值为7.0)在试管中用Ployron均质机以10000r/min均质混合1min,

静置30min后测定乳化混合液在540nm处的光密度。

1.2.2 脂肽发酵液降低油水界面张力测定采用TVT2滴体积界面张力仪和旋滴界面张力

仪,分别对地层水、培养基、发酵液在45℃条件下测定了界面张力。

1.2.3 脂肽发酵液乳化原油的稳定性测定取去离子水、细菌培养基、ZW-3菌株发酵液

各10ml分别和等体积原油置于30mL的乳化管中,用Ployron均质机以10 000r/min速度混合

1min,45℃放置,最初2h观察一次,放置7d观察乳化液分离效果。

1.2.4 脂肽发酵液泡沫稳定性的测定利用泡沫发生器,分别使发酵液和化学发泡剂-十二

烷基磺酸钠起泡,在20℃和50℃下测定两者的半衰期。

1.2.5 脂肽发酵液的物理模拟实验采用人造岩心柱(渗透率为0.91~0.945μm2,变异系

数为0.65,饱和度为76.5%~77.1%)进行了室内物理模拟驱油实验,采用了大庆第三采油厂联合

站的原油,黏度为19.9mPa.s。分别注入菌株发酵液、发酵液+0.8%NaOH、发酵液

+1.0%NaOH、发酵液+1.5%NaOH。注入方式:模型通过水饱和、油饱和、水驱油含水率达到

98%后,分别注入复合体系段塞0.5倍孔隙体积(PV)。每个样品进行了3支岩心平行实验。

为了获得极低界面张力,使用旋滴界面张力仪对发酵液/原油的界面张力进行了测定,1.5h

后观察油滴拉长情况。根据大庆油田原油的特点,分别加入0.8%、1f%、1.3%、1.5%、1.8%

和2.0%的NaOH溶液与发酵液进行复配分析(图4)。从图4中可以看到,1.8%NaOH与发酵液复

配和2.0%NaOH与发酵液复配两个组合分别使界面张力降至1.2×10-3mN/m和1.4×

10-3mN/m,属于超低界面张力。说明该脂肽对降低界面张力具有较强的能力,同时和碱的加入

量成一定的线性关系。脂肽生物表面活性剂与碱复配能降低界面张力,其原因推测是碱与原油

中的羧基物质生成了羧酸盐类,这对降低界面张力具有很大的作用。

使用电子显微镜观察ZW-3菌株发酵液乳化管中的油水混合情况可以看到(图5),乳化液既

有油包水(W/O)的形式,也有水包油(O/W)的形式,但主要是水包油的形式。这说明该脂肽的乳

化能力较强,最后可以形成稳定的水包油的乳化液。这些特性有利于原油的增采、输送以及清

除原油污染。

5 结 论

实验结果表明,脂肽生物表面活性剂的临界胶束浓度约为33.3mg/L,可耐高温(50℃

~100℃),高盐离子(12%NaCl),pH值适应范围为4~10。菌株发酵液可以将油水界面张力降低到

4.57mN/m;如与1.8%NaOH溶液复配,可以将油水界面张力降低到0.0012mN/m。同时,对原油

具有较强的乳化作用和发泡性能。菌株发酵液可以提高原油采收率5.1%,与1.0%NaOH溶液复

配进行驱替模拟实验表明,可以提高采收率9.2%。其理化性质可以适应油藏特殊和复杂的环境,

在微生物采油中将具有重要的利用价值和广阔的应用前景。

王大威，刘永建，杨振宇等, 脂肽生物表面活性剂在微生物采油中的应用. 石油学报, 2008.

29(1): p. 111-115.

生物表面活性剂是由微生物(细菌、酵母和霉菌)产生的天然化合物,具有或优于化学合成表面

活性剂的理化性质,本文介绍了产糖脂类微生物表面活性剂的几种筛选方法。

生物表面活性剂是一类由微生物合成的、结构不同的表面活性分子 ,是七十年代后期国

际生物工程领域中发展起来的一个新课题。微生物在一定条件下培养时 ,在其代谢过程中分

泌产生的一些具有一定表/界面活性 ,集亲水基和疏水基结构于一分子内部的两亲化合物 ,称

为生物表面活性剂Biosurfactants 。与化学合成的表面活性剂相比 ,生物表面活性剂有更多的

优点 ,如:更低的毒性 ,更高的生物降解性 ,更好的环境相容性 ,更高的起泡性 ,在极端温度、

pH、盐浓度下的更好的选择性和专一性。也由于这些优点 ,使生物表面活性剂在各个工业领

域如采油和能源工业、药物和化妆品、食品、环境工程等中的广泛应用 ,并有可能替代化学

合成的表面活性剂。

生物表面活性剂主要分为糖脂类、脂多肽和脂蛋白类、磷脂和脂肪酸类、聚合表面活性

剂类和微粒表面活性剂类等五大类 。最大的一类生物表面活性剂是糖脂类 ,本文着重介绍了

产糖脂类微生物的几种筛选方法。

2 水溶性糖脂的直接筛选

Singer等人提出一种测定水溶性和扩散性糖脂的方法。这种快速评价方法是基于表面活

性剂溶解红血球的能力。将富集培养基中分离出的微生物接种于红血球琼脂板上,培养几天后,

菌落的周围区域内因微生物生长使红血球溶解,形成一个明显的区带形成溶血圈,表明生成了

生物表面活性剂,如图1所示。根据溶血圈与菌落之比来判断菌体产生生物表面活性剂的能力,

这种方法比较直观。

刘晔,许有强,牟宏等. 几种快速筛选生物表面活性剂的方法[J]. 山东轻工业学院学报 ，2003,

17 (04) : 38-39

摘要：鼠李糖乳杆菌经实验室耐高糖高酸选育,能够在高糖浓度下高效高产L2乳酸。以酵粉为

氮源和生长因子,葡萄糖初始浓度分别为120g/L和146g/L,摇瓶培养120h,L2乳酸产量别为

104g/L和117.5g/L,L2乳酸得率分别为86.7%和80.5%。高葡萄糖浓度对菌的生长和乳发酵有

一定的抑制。增加接种量,在高糖浓度发酵条件下,可以缩短发酵时间,但对增加乳酸产效果不

明显。乳酸浓度对鼠李糖乳杆菌生长和产酸有显著的影响。初始乳酸浓度到达70g/L上时,鼠

李糖乳杆菌基本不生长和产酸,葡萄糖消耗也被抑制。酵母粉是鼠李糖乳杆菌的优良源,使用其

它被测试的氮源菌体生长和产酸都有一定程度的下降。用廉价的黄豆粉并补充微量生素液,替

代培养基中的酵母粉,可以使产酸浓度和碳源得率得以基本维持。

李海军,林建群,林建强等.高糖和氮源对鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)

L2乳酸发酵的影响. 工业微生物，2004,36(4)：22-27

丁立孝，何国庆，孔青等. 微生物产生的生物表面活性剂及其应用研究. 生物技术，2003,13

（5）：52-54

▲ 顾晓波，郑宗明，俞海清等. Bacillus subtilis MO-L010中的ComA蛋白对脂肽合成的影

响及高产工程菌株的构建. 南开大学学报，2005，38(2)：70－73

▲ 刁虎欣，王践，张心平等. 假单胞菌23－1菌株烃代谢产生表面活性剂的研究. 微生物学

通报，2000,27(6): 413-416

▲ 李国强,马挺,李京浩等.红球菌 Rhodococcus 23 dszABC基因和dszD 基因在大

肠杆菌中的共表达.微生物学报,2006,46(2):275-279

2)产生物表面活性剂培养基ⅠNH4Cl(2g)，NaCl(1g)，KH2PO4(2g)，MgSO4(0.2g)，K2HPO4 (0.8g)，蛋白

胨(1g)，酵母膏(1g)，pH=7.0～7.2。

3)产生物表面活性剂培养基ⅡMgSO4(0.2g)，CaCl2(0.02g)，KH2PO4(1.0g)，K2HPO4(1.0g)，NH4NO(1.0g)，

Fe2Cl(0.05g)，酵母膏(1.0g)，胆固醇(0.3g)，pH=7.0～7.2。

4)发酵液表面张力定性与定量及原油乳化性能分析①发酵液的排油活性测定：取90mm培养皿加水20ml，

加液体石蜡10ml，待形成油膜后，分别将离心了的发酵液加于油膜中心，测量排油圈直径。②发酵液乳化

性能测定：将发酵液以5%的接种量接到发酵培养基中，再接入1%的原油，45℃，摇床培养4d，观察原

油乳化情况。③发酵液表面张力测定[6]：用自制简便装置测得。

▲ 夏晶晶, 佘跃惠, 张雪梅. 大庆油田聚合物驱后产生物表面活性剂本源菌研究[J]. 长江大

学学报(自然科学版)理工卷. 2008, 5(1): 166-169.

摘要：测定生物表面活性剂产生的方法有：滴液法、排油圈法和血平板裂解法。排油圈法是较为常用的一

种方法。表面活性剂浓度与排油圈直径和培养液表面张力之间都呈线性关系，通过它们之间的线性图，根

据其中的一个参数就能计算出另外两个参数。用上述方法对从大港油田分离出来的一株菌DG-1进行实验，

证明了排油圈法能快速准确地对生物表面活性剂的产生，进行定性和定量。

▲ 张凡, 佘跃惠. 排油圈法对生物表面活性剂的定性与定量[J]. 化学工程师. 2005, (1):

14-15,38.

▲ 刘佳, 黄翔峰, 陆丽君等. 生物破乳剂产生菌的筛选及其方法研究[J]. 微生物学通报.

2008, 35(5): 690-695.

生物表面活性剂是集亲水基和疏水基结构于一分子内的两亲化合物，同一般化学合成的表面

活性剂一样，生物表面活性剂具有显著降低表面张力、稳定乳状液、较低的临界胶束浓度等

特点；此外，还具有可生物降解、无毒或低毒、不致敏、可消化等优点。

▲ 傅时波, 李尔炀. 生物表面活性剂检测方法的研究[J]. 江苏工业学院学报. 2007, 19(2):

23-25.

建议阅读“蓝色凝胶平板法筛选生物表面活性剂产生菌”（南京理工大学学报（自然科学版），2005年 第29卷 第04期）

蓝色凝胶平板法筛选生物表面活性剂产生菌.pdf

我没有用过蓝色凝胶平板，查了些文献推测蓝平板筛选产生物表面活性剂菌株的现象和原理如下，不知是否合理，供参考。

生物表面活性剂是生物（主要是微生物）合成的低分子量、有表面活性的物质，依据他们的化学组成和微生物来源可分为糖

脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸和磷脂、聚合物和全胞表面脂质等五大类。它们的分子结构主要由两部分组成：一部分是疏油亲

水的极性基团，如单糖、聚糖、磷酸基等；另一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，如饱和或非饱和的脂肪醇及

脂肪酸等。疏水基一般为脂肪酰基链,极性亲水基则有多种形式,如中性脂的酯或醇官能团。

十六烷基三甲基溴化铵是常见的常见阳离子表面活性剂，溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，

使疏水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为胶束，十六烷基三甲基溴化铵胶束与细菌表面的脂类生物表面活性剂不

亲和，所以分布在集落周围。因而在十六烷基三甲基溴化铵琼脂平板上菌落周围培养基常可以扩散有水溶性色素。用亚甲基

蓝为指示剂时，十六烷基三甲基溴化铵胶束自水溶液中吸附亚甲基蓝，形成兰色晕圈。如果细菌表面没有脂类生物表面活性

剂就不会形成兰色晕圈。十六烷基三甲基溴化铵胶束与亚甲基蓝也用亚甲基蓝的亲和能力也使得亚甲基蓝法测定十六烷基三

甲基溴化铵的含量成为可能。