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，特別是它們在石油開采、原油污染修復(fù)、油田防腐等方面的室內(nèi)和現(xiàn)場應(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，增大原油的流動性，提高油水混合物的運移效率，達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，并進一步降解，從而促進石油污染的生物修復(fù)，減少其對環(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制

隨著石油生產(chǎn)量和消費量的不斷提高，石油類物質(zhì)進入環(huán)境所造成的污染問題日益嚴重。由于人類對環(huán)境以及人類社會可持續(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基質(zhì)，將其分解代謝為CO2和水，減輕其對環(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，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提高石油烴的降解率。糖脂類生物表面活性劑促進微生物對石油烴的降解有其獨特的機制：①降低菌體周圍介質(zhì)的表面張力、菌體細胞壁與烴類分子之間的界面張力，增大石油烴溶解度，增強混合力，使疏水性物質(zhì)更多地與菌體和O2接觸，從而提高微生物對疏水底物的生物利用度，使其更易被生物降解；

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

微生物在烴類環(huán)境下的細胞結(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，細胞壁的外表面出現(xiàn)一種特殊的吸收系統(tǒng)，將膠團直接運至與膜結(jié)合的酶系統(tǒng)或運入細胞內(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發(fā)現(xiàn)，在該過程中鼠李糖脂會造成菌體表面脂多糖的減少，而細胞中疏水性物質(zhì)含量增加，菌體細胞Zeta電位明顯降低，表面負電荷增加，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)烴類的接觸機會，從而提高烴類降解率。在研究鼠李糖脂促進菌體代謝正十六烷過程時亦發(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制

我國大部分油田都具有低孔、低滲和非均質(zhì)性強的特點。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，嚴重影響采出液的脫水和原油的外輸，同時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管壓力，減小油滴運動阻力，改變巖石表面的潤濕性，同時還可以提高混合流體的滲流能力，所以也能降低啟動壓力和注水壓力，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：

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性增強，在油藏孔隙中越容易運移。

②增強巖石潤濕性。油水混合物流經(jīng)親油油層時，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，降低巖石表面對油水混合物的吸附力，減小油水混合物在油藏孔隙中流動時損失的能量，從而增強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，從而增強油水混合物的流動性，使其在油藏孔喉中更好地聚集并且運移。

④改變原油在油藏空隙中的運動特征和性能。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，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)在原油流動時被破壞，且其破壞程度與流動速度有關(guān)，當(dāng)原油靜止時又重新恢復(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，增強其溶劑化外殼的牢固性，減弱瀝青質(zhì)點之間的相互作用，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。