生物表面活性剂。生产和应用

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Ashish Verma博士Kolabtree的生物化学工程顾问,写了关于生物表面活性剂的生产和应用的文章。

术语 表面活性剂 是一种混合的 海浪王牌 行动夕阳 agent.表面活性剂通常是两亲性的有机化合物,意味着它们同时含有疏水基团(其 "尾部")和亲水基团(其 "头部")。因此,它们既能溶于有机溶剂,也能溶于水。表面活性剂这一术语是由安塔拉产品在1950年创造的。

表面活性剂通过在液体-气体界面上的吸附作用降低水的表面张力。它们还通过在液-液界面的吸附来降低油和水之间的界面张力。许多表面活性剂也可以在散装溶液中组装成聚集体。这种聚合体的例子是囊泡和胶束。表面活性剂开始形成胶束的浓度被称为临界胶束浓度或CMC。当胶束在水中形成时,其尾部形成一个核心,可以包裹油滴,而其(离子/极性)头部形成一个外壳,与水保持有利的接触。

全球表面活性剂的需求与日俱增,因为它在各个领域都有大量的应用,如强化采油、土壤和含水层修复、食品、药品、化妆品、除草剂、杀虫剂、皮革工业、家庭用品、油漆工业等。2014年全球表面活性剂的市场需求为1593万吨,预计到2022年将达到2419万吨,从2015年到2022年的复合年增长率为5.4%。

生物表面活性剂的生产

目前使用的几乎所有合成表面活性剂都是通过化学方法从 石油.这些化合物通常对环境有毒,它们在分解时可以释放出有毒的化学物质,对人的皮肤有毒,其副产品也可能对环境有害,由于其持久性(不可生物降解),它们会对土壤肥力产生负面影响,也会污染水体。尽管有这些缺点,它们在全球工业和家庭中的使用量与日俱增。

这就是生物表面活性剂的作用。生物表面活性剂是由活细胞产生的表面活性化合物。它们的性质和降低表面张力的能力取决于所使用的微生物(细菌、酵母、真菌)的类型和菌种以及细胞生长的可用营养基质。

微生物表面活性剂/生物表面活性剂是微生物在水溶性或油性基质上生长时产生的表面活性代谢物:它们或者保持粘附在微生物细胞表面,或者在培养液中分泌。 

微生物表面活性剂构成了一个多样化的表面活性分子组,并且已知它们以各种化学结构出现,如糖脂、脂肽和脂蛋白、脂肪酸、中性脂质、磷脂以及聚合物和微粒结构。使它们在商业上有希望成为化学合成的表面活性剂的替代品的特点是,它们的毒性较低,生物降解性较高,因此环境兼容性较强,发泡性能较好(在矿物加工中很有用),以及在极端的pH值、盐度和温度下具有稳定的活性。

生物表面活性剂的活性可以通过测量表面和界面张力的变化、乳剂的稳定或不稳定以及亲水-亲油平衡(HLB)来确定。空气/水和油/水界面的表面张力可以很容易地用张力计来测量。生物表面活性剂具有化学合成的表面活性剂所不具备的独特性能,如高表面活性、环境友好性、低毒性、生物降解性、生态可接受性、良好的抗微生物活性以及在不同温度、pH值和盐度水平下不失去物理化学性能。它们被广泛用于微生物强化采油(MEOR)、农业、食品、化妆品和制药业。今天,原油和石油产品是土壤和海洋环境中碳氢化合物污染物的主要来源。由于这些污染物在水中的不溶性,从环境中清除它们是非常困难的。微生物对碳氢化合物的生物降解是将其从土壤和海洋环境中去除的有希望的方法之一。  

到2020年,全球生物表面活性剂市场预计将达到23.088亿美元。消费者对使用生物基产品的偏好不断升级,特别是在欧洲和北美,预计将提高生物表面活性剂的渗透率。预计到2020年,全球生物表面活性剂市场将达到462公斤,从2014年到2020年的复合年增长率为4.3%(https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/biosurfactants-industry)。

欧洲是生物表面活性剂的最大区域市场,2013年的消费量为178.9公斤。北美是2013年生物表面活性剂的第二大消费者,份额超过四分之一。 

亚太地区在2013年是一个相对较小的市场,但由于该地区的应用行业不断增长,预计将在预测期内获得相当大的份额。印度和中国等国家拥有广泛的纺织、农业和个人护理行业,预计这将增强该地区的市场。 未来6年对生物表面活性剂的需求

生物表面活性剂的应用

然而,生物表面活性剂的应用仍处于工业水平的发展阶段。生物表面活性剂在工业上的应用发展主要集中在生物表面活性剂的高产量和生产具有特定用途的高活性生物表面活性剂上。生物表面活性剂在与石油有关的工业中有着重要的应用,如:。

  • 强化采油。
  • 清理石油溢出物。
  • 石油污染的油轮清理。
  • 粘度控制
  • 油的乳化,和
  • 从淤泥中去除原油。

考虑到生物表面活性剂的广泛潜在应用,在商业层面上提高其产量是非常重要的,而且各种不同的微生物能够生产具有不同化学结构和表面性质的生物表面活性剂。当微生物生长在不溶于水的基质上时,通过与水与水之间的相界相互作用来生产生物表面活性剂是比较有利的。 在一个异质系统中的两相。生物表面活性剂增强了碳氢化合物的乳化,以溶解碳氢化合物污染物并增加其对微生物的可用性,因此,这种现象使微生物在水不溶于水的碳源上生长。

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关于作者

Ashish Verma博士是印度勒克瑙Integral大学生物工程系的助理教授。他是一名自由职业的生化工程师,也是微生物代谢物生产方面的专家。他有8年以上的研究经验。

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