烷烃类物质的降解 烷烃是石油的主要组成成分。在石油勘探、开采、运输、加工及储存过程中,不可避免地会有石油排入环境中而对土壤、地下水造成污染。为了提高烷烃的降解速率,加入生物表面活性剂能够增强疏水性化合物的亲水性和生物可降解性,增加微生物的数量,继而提高烷烃的降解速率。Noordman等[12]研究了不同类型表面活性剂对十六烷的降解作用,结果表明生物表面活性剂鼠李糖脂对十六烷的降解作用明显优于其他十四种化学合成表面活性剂。Rahman等[13]发现分别添加0.1%和1%鼠李糖脂的堆制系统中,汽油污染土壤中碳氢化合物的降解率分别提高了11.9%~45.2%和20.2%~48.3%。最近Rahman等[14]在研究储油罐底部泥状沉积物与土壤混合堆制过程中正构烷烃的降解情况时,也发现添加鼠李糖脂能显着增加烷烃的降解率。
促进多环芳烃的降解 多环芳烃因其“三致”(致癌、致畸、致突变)作用而日益受到人们的重视,许多国家都已将其列为优先污染物。已有研究表明,微生物降解是从环境中去除多环芳烃的最主要途径,且多环芳烃的降解性能随苯环数量的增加而降低,三环以下的多环芳烃易降解,四环以上的较难降解。迄今为止,关于多环芳烃降解菌能促进多环芳烃的生物可利用性存在三种假说:(1)通过分泌生物表面活性剂促进多环芳烃的降解[15]。(2)通过产生胞外聚合物促进多环芳烃的降解[16]。(3)通过形成生物膜促进多环芳烃的降解[17,18]。Johnsen等[19]的实验结果表明少动鞘脂单胞菌是通过分泌表面活性剂——葡聚糖脂的方式而促进多环芳烃化合物降解的。
用于除去有毒重金属 由于有毒重金属在土壤环境中的污染过程具有隐蔽性、稳定性及不可逆性等特点,因此,土壤中有毒重金属污染的修复一直是学术界的热点研究课题。目前可以用玻璃化、固定化/稳定化、热处理等技术除去土壤中的重金属。玻璃化处理技术可行,但是工程量大,费用高;固定化过程具有可逆性,因此处理后还需要不间断地监测处理效果;而热处理技术则只适用于除去易挥发的重金属如Hg等。因此,低成本的生物学处理方法发展很快。近年来,人们开始利用对生态环境无毒的生物表面活性剂修复受重金属污染土壤。Torrens等[20]的实验结果表明,添加鼠李糖脂使Cd的去除率提高了8%~54%。Mulligan等[21]用0.25%的莎梵婷连续5d冲洗受重金属污染的土壤后,Cu的去除率达70%。Mulligan等[22]分别使用三种不同的生物表面活性剂冲洗受重金属Cu、Zn污染的沉积物。三种生物表面活性剂对重金属的去除效果都不同:0.5%的鼠李糖脂对Cu的去除效果较好,去除率为65%;4%的槐糖脂则对Zn的去除效果较好,为60%;而莎梵婷对两者均无多大效果,去除率仅为15%和6%。并研究了重金属在沉积物中赋存形态量的变化,其中,鼠李糖脂和莎梵婷主要除去了有机结合态的Cu,槐糖脂主要除去了氧化物结合态和碳酸盐结合态的Zn。这一研究结果也证实了用生物表面活性剂冲洗沉积物除去其中重金属的方法是可行的。
展望 生物表面活性剂在石油、化工、医药、化妆品、食品等行业也有广泛的应用,因而其市场前景广阔。目前,生物表面活性剂的研究大多还处于实验室或模拟实验研究阶段,其主要原因就是生产成本还很高,和化学合成表面活性剂相比还没有明显的竞争优势,在污染物的治理应用中受到限制。为了早日实现生物表面活性剂的大规模工业化生产,提高实际应用程度,今后的研究将着重于以下三个方面:(1)选育能以廉价碳源为底物、产量高的菌种(如Benincasa等[23]利用生产向日葵油过程中产生的废物皂料为唯一碳源成批培养铜绿假单胞菌,获得的鼠李糖脂最大浓度为16g/L)。(2)在对生物表面活性剂的纯度要求较高的应用场合应设计经济有效的产物分离纯化方法。将其二次开发产品应用于化妆品、食品、制药等行业,能在一定程度上抵消生物表面活性剂的高生产成本。(3)研究生物表面活性剂生产菌降解有机污染物的作用机制,明确生物表面活性剂在污染现场的作用过程,使之在直接应用发酵液进行生物修复时能快速、有效降解污染物。
