生物表面活性剂对稠油重质组分生物降解屏障的作用机制

The solubilization of hydrophobic orgamic matter by biosurfactant has been a focus of research, but the functioning machanism on the anti-degrading macromolecules of heavy components in viscous oil remains to be elucidated. This project aims to explore the solution of the anti-degrading barrier breakage of the heavy components in viscous oil by biosurfactant based on our well understanding of the anti-biodegrading barrier of the resins and asphaltenes in viscous oil. The synergism between bio-surfactant, high-efficient bio-degrading community and resins and asphaltenes will be simulated experimentally. The physico-chemical and bio-surficial effects resulting from biosurfactant, the variation of the composition, structure and functional group of heavy components, as well as the characteristics of the enzymatic system of degrading bacterial community during the acting process of biosurfactant will be studied by infrared spectrometry (IS), fouier transform ion cyclotron resonance-mass spectrometry (FT-ICR-MS), gas chromatography-mass spectrometry (GS-MS). The mechanism of the anti-degrading barrier breakage of heavy components by biosurfactant will be obtained. The mechanism of anti-biodegradation of heavy compoents in viscous oil and the mechanism behind the microbiological action on the anti-degrading barrier will be set forth at the molecular level. The biogeochemical process of resins and asphaltenes will also be revealed. The finding will supply theoretical support to the bioremediation of viscous oil-contaminated environment and microbial enhanced oil recovery. The applicant has done some screening work of the bacteria that produce bio-suractant, which may lay a foundation for probing into the research.

生物表面活性剂对疏水性有机物的增溶作用已成为研究热点，但对于稠油重质组分抗降解性大分子的作用机理还不明确。本课题通过对重质组分中官能团和化学键型的可生物降解性分析，识别稠油重质组分抵抗生物降解的屏障，进而研究生物表面活性剂对稠油重质组分抗性屏障破解的可能途径。通过生物表面活性剂、降解菌群与胶质、沥青质协同作用的实验模拟，利用红外光谱、核磁共振波谱、傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）及气相色谱-质谱等技术，精细解析生物表面活性剂作用下重质组分的抗性屏障、降解酶系以及微生物细胞的表面效应变化，从分子组成和酶系水平量化生物表面活性剂对重质组分可生物降解性的影响，阐释稠油重质组分抗降解机理和生物表面活性剂在攻击重质组分抗性屏障中的作用机制，揭示胶质、沥青质的生物地球化学过程，也为微生物采油和污染环境的生物修复提供理论支持。申请者已进行了降解菌筛选机生物表面活性剂发酵制备的前期探索。

稠油重质组分的可生物降解性存有争议，生物表面活性剂对于稠油生物降解的作用效果尚不明确。本研究开展了生物表面活性剂作用下的稠油的生物降解实验，对稠油重质组分的可生物降解性、生物表面活性剂的可能作用途径进行了研究，为揭示胶质的生物地球化学过程、微生物采油增效和污染环境的生物修复提供理论支持。. 菌种筛选及生物表面活性剂制备实验结果表明：（1）利用血平板、蓝色凝胶平板和油平板联合法可获得产生物表面活性剂菌株。（2）利用响应面法可优化发酵条件，高效制备生物表面活性剂。（3）筛选到的产生物表面活性剂菌株为解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens），生物表面活性剂的化学结构为环状脂肽，临界胶束浓度（CMC）为100mg/L。. 稠油的生物降解实验研究表明：（1）胶质可以被微生物降解。在生物降解过程中，苯环上的取代基首先产生变化，会生成-OH官能团；吡啶中的碳氮双键最先被降解，会产生游离的-NH官能团或-NH2。（2）不同细菌优先利用含氧化合物和含氮化合物的顺序不同。（3）稠油降解过程中，O1类化合物大量生成，尤其是异戊二烯苯酚(DBE=4)和不饱和异戊二烯苯酚(DBE=5)两类，他们在不同菌种的处理下增加幅度不同。（4）稠油生物降解过程中，不同菌种具有不同优势降解的部分，可同时进行降解，并不是严格按照从饱和烃到沥青质的顺序进行。.脂肽作用下稠油的生物降解实验研究表明：（1）脂肽可提高生物降解率。本研究中，对稠油饱和烃、芳烃、胶质及沥青质的生物降解提高率分别为115~231%，130~168%，116~161%，135~217%。(2)多菌种的正交实验也证明了脂肽是影响稠油生物降解的主要因素,脂肽可加速稠油生物降解过程。（3）脂肽可改变微生物利用稠油杂原子化合物的顺序。脂肽作用下，N1和O1系列化合物发生生物降解，咔唑、苯并咔唑和二苯唑类化合物生物降解明显；C27H50O和C28H50O生物降解明显。（4）脂肽生物表面活性剂对稠油增溶作用的生物表面效应有：稠油降解菌细胞表面疏水性增加；菌体表面所带的负电荷量降低，同时，细胞的外表面不整齐，出现褶皱。