قابلیت بیوتكنولوژی در حوزه‌های مختلف باعث شده است كه از میكروارگانیسم‌ها برای تولید مواد فعال‌كنندهٔ سطحی (surfactants) استفاده نمایند. در مطلب حاضر، به اهمیت و برخی از كاربردهای این دسته از محصولات زیستی كه اصطلاحاً "بیوسورفاكتانت" نامیده می‌شوند، اشاره شده است.
● تعریف سورفاكتانت‌ها
سورفاكتانت‌ها دسته‌ای از مولكول‌های قطبی هستند كه دارای دو بخش هیدروفیل (آب‌دوست) و هیدروفوب (آب‌گریز) می‌باشند كه معمولاً در حد فاصل دو فاز با قطبیت متفاوت مانند روغن / آب یا هوا / آب واقع می‌شوند. این ویژگی، سورفاكتانت‌ها را قادر به كاهش كشش سطحی و بین سطحی مایعات می‌نماید و سبب تشكیل میكروامولسیون می‌گردد؛ بطوریكه هیدروكربن‌های نامحلول می‌توانند در آن حل گردند. در ضمن، خصوصیات پاك‌كنندگی، امولسیون‌سازی، كف‌كنندگی و پراكنده‌كنندگی سورفاكتانت‌ها، به این ویژگی آنها مربوط می‌شود.
در حال حاضر، فروش جهانی سورفاكتانت‌ها حدود ۹/۴ میلیارد دلار در سال می‌باشد، با اینحال انتظار می‌رود تقاضای جهانی آن ۳۵ درصد افزایش یابد.
● مزیت بیوسورفاكتانتها نسبت به سورفاكتانت‌های شیمیایی
صنعت سورفاكتانت با روند بالایی رو به گسترش است. مقدار كل سورفاكتانت‌های تولید شده در ایالات متحده آمریكا و كل جهان در سال ۱۹۸۹ به ترتیب ۱۰۹×۶/۷ و ۱۰۹× ۵/۱۵ پوند تخمین زده شده است.
عملاً تمام این سورفاكتانت‌ها به روش شیمیایی تولید می‌شوند. با این وجود، در سال‌های اخیر به دلیل تجدیدپذیر بودن و طیف گسترده خصوصیات كاربردی بیوسورفاكتانتها و قابلیت‌های متنوع میكروب‌ها در تولید آنها، توجه زیادی به سمت بیوسورفاكتانتها جلب شده است. از سوی دیگر، شناسایی ساختار مولكولی بیوسورفاكتانتها نیز امكان سنتز شیمیایی آنها را فراهم كرده است. مهم‌ترین ویژگی بیوسورفاكتانتها، سازگاری زیست محیطی آنها می‌باشد؛ چرا كه این تركیبات به راحتی در طبیعت تجزیه شده و سمیّت كمتری نسبت به سورفاكتانت‌های سنتزی دارند.
● كاربردهای مختلف صنعتی بیوسورفاكتانتها
در این بخش به برخی از كاربردهای صنعتی بیوسورفاكتانتها اشاره می‌شود:
۱) كاربرد در صنایع نفت
یكی از استفاده‌های بالقوه بیوسورفاكتانتها در صنایع استخراج نفت خام می‌باشد. لازم به ذكر است كه در این مورد، نیاز به خالص بودن بیوسورفاكتانت نبوده و حتی می‌توان از محیط كشت حاوی سلول میكروارگانیسم نیز استفاده كرد.
این تركیبات در مقایسه با سورفاكتانت‌های شیمیایی، بسیار انتخابی عمل كرده و در مقادیر كم مورد نیاز می‌باشند، در دامنه وسیعی از شرایط فعال می‌باشند و از نظر زیست محیطی برای محافظت از مناطق ساحلی در برابر آسیب ناشی از تركیبات سنتزی شیمیایی مناسب می‌باشند. مثلاً با استفاده از ترهالولیپیدهای حاصل از گونهٔ Nocardia rhodochrous ، حدود ۳۰ درصد افزایش در استخراج نفت خام از مخازن زیرزمینی ماسه سنگی به ثبت رسیده است.
▪ مثالی از افزایش برداشت و استخراج نفت
شركت Multi-biotech كه یكی از زیرمجموعه‌های شركت Geodyne Technology می‌باشد، بیوسورفاكتانتها را به منظور كاربرد در افزایش برداشت و استخراج نفت خام به صورت صنعتی درآورده است.باكتری B. licheniformis JF-۲ یكی از ایزوله‌های آب‌های آلوده به نفت است كه علاوه بر تولید بیوسورفاكتانت‌های بسیار مؤثر، خصوصیات دیگری نظیر غیرهوازی بودن، مالوتولرانت و مقاومت به گرما (ترموتولرانت بودن) را نیز دارد.
این باكتری بیوسورفاكتانت‌هایی را می‌سازد كه قابلیت استفاده مستقیم برای افزایش استخراج میكروبی نفت خام را دارا هستند. هیز (Hayes) و همكارانش نشان دادند، زمانی‌كه نفت خام سنگین ونزوئلا با امولسان تیمار شود، ویسكوزیته آن از ۲۰۰۰۰ به Cp ۱۰۰ كاهش می‌یابد. بنابراین بعد از این تیمار، نفت سنگین را می‌توان در خطوط لوله نفت به سهولت تا ۲۶۰۰۰ مایل پمپ كرد؛ در صورتی‌كه تیمار با سورفاكتانت‌های شیمیایی ناموفق بوده است. بنت (Banat) و همكارانش، استفاده از بیوسورفاكتانت را برای لجن‌زدایی (desludging) یك تانك ذخیره نفت خام شركت نفت كویت نشان دادند. این گروه موفق شدند ۹۰ درصد نفت محبوس در لجن را با استفاده از یك سویه تولید‌كننده بیوسورفاكتانت مناسب، بازیابی نمایند.
● تعریف سورفاكتانت‌ها
سورفاكتانت‌ها دسته‌ای از مولكول‌های قطبی هستند كه دارای دو بخش هیدروفیل (آب‌دوست) و هیدروفوب (آب‌گریز) می‌باشند كه معمولاً در حد فاصل دو فاز با قطبیت متفاوت مانند روغن / آب یا هوا / آب واقع می‌شوند. این ویژگی، سورفاكتانت‌ها را قادر به كاهش كشش سطحی و بین سطحی مایعات می‌نماید و سبب تشكیل میكروامولسیون می‌گردد؛ بطوریكه هیدروكربن‌های نامحلول می‌توانند در آن حل گردند. در ضمن، خصوصیات پاك‌كنندگی، امولسیون‌سازی، كف‌كنندگی و پراكنده‌كنندگی سورفاكتانت‌ها، به این ویژگی آنها مربوط می‌شود.
در حال حاضر، فروش جهانی سورفاكتانت‌ها حدود ۹/۴ میلیارد دلار در سال می‌باشد، با اینحال انتظار می‌رود تقاضای جهانی آن ۳۵ درصد افزایش یابد.
● مزیت بیوسورفاكتانتها نسبت به سورفاكتانت‌های شیمیایی
صنعت سورفاكتانت با روند بالایی رو به گسترش است. مقدار كل سورفاكتانت‌های تولید شده در ایالات متحده آمریكا و كل جهان در سال ۱۹۸۹ به ترتیب ۱۰۹×۶/۷ و ۱۰۹× ۵/۱۵ پوند تخمین زده شده است.
عملاً تمام این سورفاكتانت‌ها به روش شیمیایی تولید می‌شوند. با این وجود، در سال‌های اخیر به دلیل تجدیدپذیر بودن و طیف گسترده خصوصیات كاربردی بیوسورفاكتانتها و قابلیت‌های متنوع میكروب‌ها در تولید آنها، توجه زیادی به سمت بیوسورفاكتانتها جلب شده است. از سوی دیگر، شناسایی ساختار مولكولی بیوسورفاكتانتها نیز امكان سنتز شیمیایی آنها را فراهم كرده است. مهم‌ترین ویژگی بیوسورفاكتانتها، سازگاری زیست محیطی آنها می‌باشد؛ چرا كه این تركیبات به راحتی در طبیعت تجزیه شده و سمیّت كمتری نسبت به سورفاكتانت‌های سنتزی دارند.
● كاربردهای مختلف صنعتی بیوسورفاكتانتها
در این بخش به برخی از كاربردهای صنعتی بیوسورفاكتانتها اشاره می‌شود:
۱) كاربرد در صنایع نفت
یكی از استفاده‌های بالقوه بیوسورفاكتانتها در صنایع استخراج نفت خام می‌باشد. لازم به ذكر است كه در این مورد، نیاز به خالص بودن بیوسورفاكتانت نبوده و حتی می‌توان از محیط كشت حاوی سلول میكروارگانیسم نیز استفاده كرد.
این تركیبات در مقایسه با سورفاكتانت‌های شیمیایی، بسیار انتخابی عمل كرده و در مقادیر كم مورد نیاز می‌باشند، در دامنه وسیعی از شرایط فعال می‌باشند و از نظر زیست محیطی برای محافظت از مناطق ساحلی در برابر آسیب ناشی از تركیبات سنتزی شیمیایی مناسب می‌باشند. مثلاً با استفاده از ترهالولیپیدهای حاصل از گونهٔ Nocardia rhodochrous ، حدود ۳۰ درصد افزایش در استخراج نفت خام از مخازن زیرزمینی ماسه سنگی به ثبت رسیده است.
▪ مثالی از افزایش برداشت و استخراج نفت
شركت Multi-biotech كه یكی از زیرمجموعه‌های شركت Geodyne Technology می‌باشد، بیوسورفاكتانتها را به منظور كاربرد در افزایش برداشت و استخراج نفت خام به صورت صنعتی درآورده است.باكتری B. licheniformis JF-۲ یكی از ایزوله‌های آب‌های آلوده به نفت است كه علاوه بر تولید بیوسورفاكتانت‌های بسیار مؤثر، خصوصیات دیگری نظیر غیرهوازی بودن، مالوتولرانت و مقاومت به گرما (ترموتولرانت بودن) را نیز دارد.
این باكتری بیوسورفاكتانت‌هایی را می‌سازد كه قابلیت استفاده مستقیم برای افزایش استخراج میكروبی نفت خام را دارا هستند. هیز (Hayes) و همكارانش نشان دادند، زمانی‌كه نفت خام سنگین ونزوئلا با امولسان تیمار شود، ویسكوزیته آن از ۲۰۰۰۰ به Cp ۱۰۰ كاهش می‌یابد. بنابراین بعد از این تیمار، نفت سنگین را می‌توان در خطوط لوله نفت به سهولت تا ۲۶۰۰۰ مایل پمپ كرد؛ در صورتی‌كه تیمار با سورفاكتانت‌های شیمیایی ناموفق بوده است. بنت (Banat) و همكارانش، استفاده از بیوسورفاكتانت را برای لجن‌زدایی (desludging) یك تانك ذخیره نفت خام شركت نفت كویت نشان دادند. این گروه موفق شدند ۹۰ درصد نفت محبوس در لجن را با استفاده از یك سویه تولید‌كننده بیوسورفاكتانت مناسب، بازیابی نمایند.
