生物表面活性劑的提取

發(fā)酵產(chǎn)物的提取(也稱下游處理)費(fèi)用大約占總生產(chǎn)費(fèi)用的60%,這是生物表面活性劑產(chǎn)品商業(yè)化的一個(gè)主要障礙。生物表面活性劑的佳提取方法隨發(fā)酵操作及其物理化學(xué)性質(zhì)的不同而不同。其中溶劑萃取是常用的提取方法,如Kuyukina等[7]利用甲基-叔丁基醚萃取紅球菌生產(chǎn)的生物表面活性劑,可以獲得較高產(chǎn)率10mg/L。超濾是用于提取生物表面活性劑的一種新方法。Lin等[8]用分子量截止值為30000Da的超濾膜從發(fā)酵液中提取枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的脂肽類生物表面活性劑莎梵婷,收率達(dá)95%。Mattei等設(shè)計(jì)了一套連續(xù)提取生物表面活性劑的裝置,應(yīng)用切面流過濾法能連續(xù)提取產(chǎn)物,產(chǎn)率高達(dá)3g/L。能與連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)配套的產(chǎn)物提取方法有泡沫分離、離子交換樹脂法等。Davis等[9]用泡沫分離法連續(xù)提取枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的莎梵婷,收率達(dá)71.4%。鼠李糖脂的提取過程是先離心過濾除去細(xì)胞,再通過吸附色譜將鼠李糖脂濃縮在安珀萊特XAD-2樹脂上,后用離子交換色譜法提純,后將液體蒸發(fā)和冷凍干燥可得純度為90%的成品,收率達(dá)60%。

生物表面活性劑在環(huán)境工程中的應(yīng)用 許多化學(xué)合成表面活性劑由于難降解、有毒及在生態(tài)系統(tǒng)中的積累等性質(zhì)而破壞生態(tài)環(huán)境,相比之下,生物表面活性劑則由于易生物降解、對生態(tài)環(huán)境無毒等特性而更適合于環(huán)境工程中污染治理。如:在廢水處理工藝中可作為浮選捕收劑與帶電膠粒相吸以除去有毒金屬離子,修復(fù)受有機(jī)物和重金屬污染的場地等。

在廢水處理工藝中的應(yīng)用 用生物法處理廢水時(shí),重金屬離子對活性污泥中的微生物菌群常會(huì)產(chǎn)生抑制或毒害作用,因此,在用生物法處理含重金屬離子的廢水時(shí)須進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)前,常用氫氧化物沉淀法除去廢水中的重金屬離子,但其沉淀效率受氫氧化物溶解度的限制,應(yīng)用效果不甚理想;浮選法用于廢水預(yù)處理時(shí)又常因所用浮選捕收劑在其后續(xù)處理過程中難降解(如化學(xué)合成表面活性劑十二烷基磺酸鈉),易產(chǎn)生二次污染而受限制,因此,有必要開發(fā)易生物降解、對環(huán)境無毒害的替代品,而生物表面活性劑恰好具有這一優(yōu)勢。

但是,國內(nèi)外對這一方面的應(yīng)用研究很少,直到近才有報(bào)道。Zouboulis等[10]研究了生物表面活性劑作為捕收劑除去廣泛存在于工業(yè)廢水中的兩種有毒金屬離子:Cr4+和Zn2+。結(jié)果表明,莎梵婷和地衣芽孢桿菌素在pH為4時(shí)均能很好地從廢水中分離吸附了Cr4+的αFeO(OH)或Cr4+與FeCl3?6H2O形成的螯合物,極大地提高了Cr4+(50mg/L)的去除率,幾乎可達(dá)100%;在pH為6時(shí),莎梵婷對螯合物中的Zn2+(50mg/L)去除率高達(dá)96%,而在相同條件下,地衣芽孢桿菌素的處理效果不明顯,去除率為50%左右。4.2在生物修復(fù)中的應(yīng)用 在利用微生物催化降解有機(jī)污染物,從而修復(fù)被污染環(huán)境的過程中,由于所使用的生物表面活性劑可以直接使用發(fā)酵液,能節(jié)省表面活性劑的分離提取和產(chǎn)品純化成本,因此,生物表面活性劑在現(xiàn)場生物修復(fù)有機(jī)污染場地的應(yīng)用潛力很大。國外對生物修復(fù)的研究大約起始于20世紀(jì)80年代初期,至今已有大量成功的工程實(shí)例。如Harvey等[11]將銅綠假單胞菌生產(chǎn)的海藻糖脂,加入ExxonValdez號油輪在阿拉斯加威廉王子海灣造成的原油泄漏污染的海水中,大大提高了原油的降解速度。這也是目前為止規(guī)模大的實(shí)際應(yīng)用中成功的現(xiàn)場生物修復(fù)。而在國內(nèi)還未見有將生物表面活性劑成功用于環(huán)境污染物治理方面的報(bào)道。