糖脂類生物表面活性劑——鼠李糖脂、海藻糖脂和槐糖脂的研究和應(yīng)用最多，特別是它們?cè)谑烷_采、原油污染修復(fù)、油田防腐等方面的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究效果。一方面，生物表面活性劑可以降低油水混合物的表面張力，剝離地層巖石表面原油，增大原油的流動(dòng)性，提高油水混合物的運(yùn)移效率，達(dá)到提高原油采收率的目的。另一方面，生物表面活性劑可以增強(qiáng)原油污染土壤中疏水烴類污染物的生物可利用性。石油中大分子量烴類如多環(huán)芳烴(PAHs)等難溶于水相，會(huì)牢牢地吸附在固相土粒上而難以降解。生物表面活性劑能有效地解除這種吸附，使石油烴分散成液滴，并進(jìn)一步降解，從而促進(jìn)石油污染的生物修復(fù)，減少其對(duì)環(huán)境造成的污染與破壞。

在微生物修復(fù)石油污染中的作用機(jī)制

隨著石油生產(chǎn)量和消費(fèi)量的不斷提高，石油類物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境所造成的污染問題日益嚴(yán)重。由于人類對(duì)環(huán)境以及人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重視，生物修復(fù)已成為凈化石油烴類污染物的主要方向之一。該技術(shù)本質(zhì)是微生物以石油烴類作為生長(zhǎng)基質(zhì)，將其分解代謝為CO2和水，減輕其對(duì)環(huán)境的影響。由于不同開采地區(qū)的原油組分差別較大且生產(chǎn)過程不同，所以隨之形成的石油烴化學(xué)成分也相差較大，因此，生物降解石油烴類污染物的速率也有明顯差別。

近年來(lái)，許多學(xué)者在微生物修復(fù)石油污染中引入糖脂類生物表面活性劑來(lái)提高石油烴的降解率。糖脂類生物表面活性劑促進(jìn)微生物對(duì)石油烴的降解有其獨(dú)特的機(jī)制：①降低菌體周圍介質(zhì)的表面張力、菌體細(xì)胞壁與烴類分子之間的界面張力，增大石油烴溶解度，增強(qiáng)混合力，使疏水性物質(zhì)更多地與菌體和O2接觸，從而提高微生物對(duì)疏水底物的生物利用度，使其更易被生物降解；

②與細(xì)胞膜相互作用。在不破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的條件下對(duì)細(xì)胞膜進(jìn)行修飾，該修飾主要使蛋白質(zhì)組成發(fā)生改變，或使脂多糖減少，從而引起細(xì)胞壁疏水性的增加，進(jìn)而促進(jìn)微生物細(xì)胞對(duì)烴類的攝取。

微生物在烴類環(huán)境下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)明顯不同。胞內(nèi)的烴類物質(zhì)累積，在其外部形成特殊的膜狀復(fù)合物導(dǎo)致外表面變得不規(guī)整，出現(xiàn)褶皺。在表面活性劑的作用下，細(xì)胞壁的外表面出現(xiàn)一種特殊的吸收系統(tǒng)，將膠團(tuán)直接運(yùn)至與膜結(jié)合的酶系統(tǒng)或運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)部。研究鼠李糖脂在銅綠假單胞菌NY3代謝烴過程中的生理作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，在該過程中鼠李糖脂會(huì)造成菌體表面脂多糖的減少，而細(xì)胞中疏水性物質(zhì)含量增加，菌體細(xì)胞Zeta電位明顯降低，表面負(fù)電荷增加，菌體表面斥力增加，這使得菌體在培養(yǎng)體系中更易分散，增加其與疏水性物質(zhì)烴類的接觸機(jī)會(huì)，從而提高烴類降解率。在研究鼠李糖脂促進(jìn)菌體代謝正十六烷過程時(shí)亦發(fā)現(xiàn)：菌體表面脂的多糖含量減少；掃描電鏡結(jié)果顯示在代謝初期，鼠李糖脂可促進(jìn)菌體自身蛋白合成，隨后胞內(nèi)蛋白含量趨于穩(wěn)定，在代謝后期，胞內(nèi)蛋白含量降低，說(shuō)明鼠李糖脂明顯加快十六烷的傳質(zhì)速度。糖脂類生物表面活性劑除具有上述功能外，其具有的可生物降解性、低毒性、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)亦使其在表面活性物質(zhì)的選擇中脫穎而出。

在提高原油采收率方面的作用機(jī)制

我國(guó)大部分油田都具有低孔、低滲和非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，如何更加高效地開發(fā)油藏資源，成為目前亟待解決的問題。雖然已經(jīng)開展了調(diào)驅(qū)、聚合物驅(qū)等應(yīng)用研究，但因采出液含有較高濃度的聚合物，導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性高，油水分離難度大，嚴(yán)重影響采出液的脫水和原油的外輸，同時(shí)加大污水的處理難度，也增加了成本，而微生物采油是利用微生物或其代謝產(chǎn)物提高原油產(chǎn)量的一種綠色采油方式，能有效地緩解油田“零排放”的環(huán)保壓力。

糖脂類生物表面活性劑作為微生物代謝產(chǎn)物的一種，其作用對(duì)象主要是油藏孔隙中的殘余油和剩余油，可有效降低界面張力，降低喉道處油滴的毛細(xì)管壓力，減小油滴運(yùn)動(dòng)阻力，改變巖石表面的潤(rùn)濕性，同時(shí)還可以提高混合流體的滲流能力，所以也能降低啟動(dòng)壓力和注水壓力，提高驅(qū)油效率，從而提高原油采收率，在三次采油領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。提高原油采收率的原理主要有以下幾點(diǎn)：

①調(diào)節(jié)油水極性，降低油水界面張力。糖脂類生物表面活性劑吸附于油水界面上，可降低油水界面的表面張力。油水混合物界面張力越小，殘余油和剩余油的混合物液滴越易聚集，聚集后的油水混合物流動(dòng)性增強(qiáng)，在油藏孔隙中越容易運(yùn)移。

②增強(qiáng)巖石潤(rùn)濕性。油水混合物流經(jīng)親油油層時(shí)，混合物中的油相很容易吸附在巖石表面上，從而降低了油水混合物的流動(dòng)性。糖脂類生物表面活性劑可以使油藏中的親油巖石轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水巖石，降低巖石表面對(duì)油水混合物的吸附力，減小油水混合物在油藏孔隙中流動(dòng)時(shí)損失的能量，從而增強(qiáng)油水混合物在油藏孔隙中的驅(qū)替效率。

③乳化作用。糖脂類生物表面活性劑溶入油水混合物后會(huì)吸附在油水界面上并形成乳狀液體。乳狀液體不易吸附在油藏中的巖石表面上，從而增強(qiáng)油水混合物的流動(dòng)性，使其在油藏孔喉中更好地聚集并且運(yùn)移。

④改變?cè)驮谟筒乜障吨械倪\(yùn)動(dòng)特征和性能。由于原油是非牛頓流體，其黏度隨剪切應(yīng)力變化而變化，同時(shí)，原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟等高分子化合物易形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在原油流動(dòng)時(shí)被破壞，且其破壞程度與流動(dòng)速度有關(guān)，當(dāng)原油靜止時(shí)又重新恢復(fù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。糖脂類生物表面活性劑可吸附在瀝青質(zhì)上，增強(qiáng)其溶劑化外殼的牢固性，減弱瀝青質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用，削弱原油中的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而降低原油的極限動(dòng)剪切應(yīng)力，提高采收率。

⑤提高表面電荷密度。糖脂類生物表面活性劑吸附在油滴和巖石表面上，提高表面電荷密度，增加油滴與巖石表面之間的靜電斥力，使油滴更易被驅(qū)替介質(zhì)帶走，從而提高采收率。