CN108350376A - 用于抑制微生物生长的乳剂 - Google Patents

Abstract

一种乳剂，该乳剂包含水和不混溶的主要基于烃的液体，其中该乳剂进一步包含至少一种用于抑制微生物生长的蛋白质，所述蛋白质含有或能够结合以下项之一：单糖和寡糖。本发明的用途包括但不限于：在需要或希望中和所提取的液体中的细菌的油井/水力压裂作业中的应用；作为用于生物柴油的添加剂乳剂以减少诸如NOx等排放物；以及作为加热/冷却系统的水中的添加剂以实现其杀生物特性。

Description

用于抑制微生物生长的乳剂

技术领域

本发明涉及一种用于抑制微生物生长的方法和制剂。更具体地，本发明涉及包含蛋白质的乳剂、涉及此类乳剂用于抑制微生物生长的用途、并且涉及此类乳剂的制备。本发明还涉及一种燃料/水乳剂，该燃料/水乳剂包含用于抑制燃料与水之间的界面处微生物生长的蛋白质、并且涉及一种用于制备该乳剂的方法。

背景技术

已知微生物在许多不同的液体中增殖，特别是在下述容器中容纳较大体积的此类液体的情况下，这些容器主要或专门仅适用于储存或容纳，并且在这些容器中液体仅相对不频繁地更换、补充和/或消耗。在通常对大气封闭的储罐的特定情况下，大多数情况下，这些储罐容纳的液体和填充在该罐的液体上方的剩余部分中的空气或其他气体两者常常存在一些滞留。适当地清洁此类罐是不方便的并且常常很困难，特别是当罐构成关键液体供应系统的一部分时，因为清洁过程如灭菌和去污通常需要罐完全清除其内容物这样使得专用清洁设备和化学物质可施加到罐的内部。

为了提供第一实例，燃料储罐中微生物的存在是多年来一直影响石油工业的问题。已知存在于此类罐内的微生物以水/燃料界面处的石油馏分为食，这进而促进了污泥和酸性残留物(分别阻塞和腐蚀罐部件)的形成。在某些情况下，罐中污泥和/或酸性残留物的存在也可能不利地影响燃料的质量、储罐的保存限期或使用燃料的发动机的寿命。上述问题在包含原油、柴油机燃料或煤油的储罐中特别普遍。

迄今为止，已经使用杀生物剂如亚甲基-双-噁唑烷(MBO)来控制微生物生长。然而，杀生物剂很昂贵，并且在MBO的情况下，某些微生物已经发展出抗性，以致于使用MBO变得不太适合作为用于控制燃料储罐和发动机中微生物的生长并且消除这些微生物两者的手段。

为了使CO₂排放物最小化，现在正在使用的是更加环境友好的燃料(例如生物燃料)，这些环保燃料单独使用或与作为共混物的一部分的常规石油燃料组合使用。生物柴油是众所周知的生物燃料，其目前正被用作常规石油燃料的替代物。然而，因为生物柴油(也含有少量的水)是吸湿性的，即它从周围环境吸收并储存水，包含生物柴油的燃料遭受更易受微生物污染的缺点。因此，微生物在容纳生物柴油的储罐中比在容纳常规石油燃料的储罐中增殖的趋势的程度更大。

由于燃料燃烧过程，生物柴油也遭受产生增加浓度的NOx的缺点。已知NOx排放物对人体健康有害，并且促成大气中烟雾的形成。

因此，本发明的实施例的一个目的是提供用于控制燃料储罐和发动机中的微生物生长的手段。

易于发生微生物增殖的液体储存的其他实例包括供给以下各项的冷却水罐：炼油厂和其他化学工厂、热电站、和采暖通风与空气调节(HVAC)系统、游泳池、以及冷却塔(自然通风和诱导通风两者)。具体地，冷却塔实质上是排热设备，这些排热设备通过将水流冷却至较低温度而将废热排放到大气中。冷却塔可以利用水的蒸发来去除过程热并且将工作流体冷却至接近湿球空气温度，或者在闭路干式冷却塔的情况下，仅依靠空气来将工作流体冷却至接近干球空气温度。冷却塔从小型屋顶单元到通常在发电站附近常见的非常大的双曲面结构大小不同，但本质上，所有此类塔采用水作为冷却剂，并且因此通常将水容纳在大容器中，在该大容器中微生物增殖的条件常常得以优化。

就水的储存和/或容纳而言，抑制微生物增殖即使不是至关重要的话也是非常重要的，因为人类可能接触到受污染的水。例如，在医院中已经有许多公布的军团病爆发，并且这已被追溯到“嗜肺军团菌”(Legionella pneumophila)微生物在出现爆发的医院中及周围的水储罐中的存在。在游泳池中，微生物增殖可能会导致水面上的生物膜，这起码在美学上是令人厌恶的，并且在最坏的情况下具有潜在有害的健康隐患。尽管水的氯化可以对静止的水体(包括可能的饮用水贮存器)中的微生物增殖提供一定抗性，但是氯的使用越来越受到蔑视，因为已经提出氯可能是各种短期和长期的神经系统障碍的根本原因。

因此，本发明的实施例的一个目的是提供一种用于控制液体储存容器和罐(特别是适于储存或容纳水或燃料的那些)中的、以及通常容纳在此类容器和罐中的液体自身中的微生物生长的手段。

本发明的实施例的又一个目的是提供用于控制液体储存容器和罐中的、以及其中所容纳的液体中的微生物生长的常规杀生物剂的替代物。

本发明的实施例的又一个目的是提供用于控制燃料储存罐和发动机中的微生物生长的杀生物剂的替代物。

本发明的实施例的另一个目的是减少燃料、以及特别是包含生物燃料如生物柴油的燃料中的水吸收。

本发明的实施例的另外的目的是减少由含有生物柴油的燃料的燃烧产生的NOx排放物。

发明内容

本发明的各种方面在所附权利要求书中阐述。

根据本发明的一个方面，提供了一种乳剂，该乳剂包含水和不混溶的主要基于烃的液体，其中该乳剂进一步包含至少一种含有或能够结合糖的蛋白质。

优选地，该蛋白质至少部分地溶解于该水中或与水溶解成乳剂以作为水-蛋白质乳剂，由此在下文中被称为水-蛋白质混合物，并且优选地该乳剂是通过将所述水-蛋白质混合物添加至基于烃的液体中形成，或反之亦然。

根据本发明的另一个方面，提供了一种乳剂，该乳剂包含水和燃料，其中该乳剂包含用于抑制在燃料与水之间的界面处微生物生长的蛋白质，并且其中该蛋白质含有或能够结合糖。发现包含此类蛋白质的乳剂在抑制燃料/水界面处的微生物生长方面和在减少燃料储罐内生物膜和污泥的形成方面是有效的。还发现，在燃料/水界面处存在此类蛋白质减少了吸收到燃料中的水量，这使得燃料、以及特别是容易饱和的生物燃料(如生物柴油)能够满足与燃料中的含水量相关的当前法规标准。还发现当该乳剂包含含有或能够结合糖的蛋白质时可以减少NOx排放物。

糖可以是单糖或寡糖。

优选地，蛋白质是糖蛋白或凝集素，其两者均能够结合微生物如细菌、微菌和真菌的外部细胞壁。

蛋白质优选为亲脂性的，并且进一步优选为糖蛋白或凝集素(两者均能够结合微生物如细菌、微菌和真菌的外部细胞壁)，进一步优选为结合铁的糖蛋白，还进一步优选为球状蛋白，甚至进一步优选为转铁蛋白，并且最优选为乳铁蛋白和乳球蛋白之一，理想地是乳铁蛋白。乳铁蛋白具有抗微生物特性，并且还能够充当杀细菌剂和/或用作杀真菌剂。乳铁蛋白结合存在于例如细菌的细胞壁中的脂多糖，这不利地影响细胞壁渗透性并导致其分解。乳铁蛋白是特别优选的，因为它对已知污染燃料如柴油的假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德菌属(Burkholderia)以及芽孢杆菌属(Bacillus)是有效的。作为乳铁蛋白的替代物，可以使用具有杀细菌和/或杀真菌特性的其他糖蛋白。例如，代替乳铁蛋白或除乳铁蛋白之外，可以使用血蛋白(如胎球蛋白)和/或乳蛋白(如κ酪蛋白)。优选的是使用乳蛋白，因为它们相对便宜且容易获得。

优选地，不混溶的主要基于烃的液体是以下之一：油(优选无毒油如植物油)、和燃料油或基于烃的燃料。

乳剂可以是其中水(水相)分散在燃料(油相)中的油包水乳剂。优选地，乳剂的水(水相)包含糖蛋白。

乳剂可以是其中水-蛋白质混合物(分散相)分散在不混溶的主要基于烃的油(连续相)中的油包水乳剂，或其中不混溶的主要基于烃的油(分散相)分散于水或水-蛋白质混合物(视情况而定)(连续相)中的水包油乳剂。

应理解的是，油包水乳剂被油或燃料所接受要容易得多(即，在其可能添加的燃料或油的体积中分离的倾向小得多)，而水包油乳剂被水或基于水的溶液所接受要容易得多。

优选地，对乳剂进行进一步混合处理，最优选通过涡旋(例如使用胶体磨)、通过振动、通过超声波混合、使用乳剂管或通过任何其他合适的混合技术，从而导致乳剂的分散相组分的液滴尺寸减小并因此增加乳剂的稳定性，因为分散相经历与连续相分离的可能性小得多。例如，能够以高达18000r.p.m.旋转的胶体磨可以在乳剂内引起非常高的剪切力，从而导致分散相的液滴尺寸较小，在一些情况下低至1μm，从而得到非常稳定的乳剂。可替代地(或另外)，可以使乳剂经受超声波，这也是用于减小分散体和乳剂的粒度的公认方法。例如，超声波处理器由于解聚的潜力和初级体(primaries)减少目前被用于产生纳米尺寸的材料浆料、分散体和乳剂。这些是超声空化的机械效应。

在水包油乳剂的情况下，优选地，乳剂包含至少两种糖蛋白。优选地，两种蛋白质中的每一种都是极性的。最优选地，这些极性是相反的。还进一步优选地，第一种糖蛋白是脱铁乳铁蛋白(apolactoferrin)，并且第二种糖蛋白是乳球蛋白。

也认为本发明的发明可延伸至通过向其中添加预定量的水包油乳剂来处理水体。具体地，可以设想任何贮存器、容器、器皿、罐中的水(例如像)可以设置在冷却系统中，可以通过这样的乳剂来处理。据信在乳剂内，乳铁蛋白和乳球蛋白分子具有相反的极性并且对乳剂内的油滴具有亲和力，它们自身围绕油滴形成，并且组合的糖蛋白-油结构然后能够以悬浮剂的形式进入较大的水体。一旦以悬浮剂的形式在较大的水体中，由于糖蛋白、具体地脱铁乳铁蛋白，除了结合病原体之外，实现了乳铁蛋白的杀细菌和/或杀生物作用，从而对抗其他微生物(如嗜肺军团菌)赢得了对水中游离铁离子的竞争。还据信，糖蛋白破坏病原体信号传导途径，并且因此将通常抑制管道和罐中的军团菌属生物膜的形成。在某些实施例中，包含乳铁蛋白的乳剂可以更普遍地用作游泳池和饮用水供应中的杀生物剂和生物膜抑制剂。

在本发明的另外的方面，不混溶的主要基于烃的液体是烃燃料。优选地，乳剂包含用于抑制在燃料与水之间的界面处微生物生长的蛋白质(如上所述)。已经发现包含此类蛋白质的乳剂在抑制燃料/水界面处的微生物生长方面和在减少燃料储罐内生物膜和污泥的形成方面是有效的。还已经发现，在燃料/水界面处存在此类蛋白质减少了吸收到燃料中的水量，这使得燃料、以及特别是容易饱和的生物燃料(如生物柴油)能够满足与燃料中的含水量相关的当前法规标准。还已经发现当含有少量的包含蛋白质的乳剂的燃料燃烧时，可以减少NOx排放物。

最优选地，使用油包水乳剂作为用于较大的燃料体或其他不混溶的主要基于烃的液体的处理剂。

所形成的油包水乳剂含有至少1％的水。优选地，乳剂含有5％-50％的水。包含5％-50％水和蛋白质的乳剂已经显示出减少了其中混合了乳剂的燃料燃烧时的NOx排放物，并且还降低了CO、HC和烟的排放物水平，从而延长润滑油的使用寿命和改善发动机部件的抗磨损特性。

燃料可以是燃料油，该燃料油可以被定义为在炉或锅炉中燃烧用于产生热量或用于发动机中用于产生电的任何液体燃料。优选的燃料油包含石油馏分，如柴油、汽油或煤油。

可替代地，燃料可以是生物燃料，如生物柴油。生物柴油是由植物油、废食用油、动物脂肪或鱼油制成的无毒的、可生物降解的燃料。

燃料可以是燃料油和生物燃料的共混物，例如柴油和生物柴油的共混物。通过使用共混物，可以达到温室气体(例如CO₂排放物)的减少。

优选地，共混物含有高达10％的生物燃料，这使得该共混物能够用于机动车辆发动机中而无需改性。优选的是含有2％-10％或5％-10％生物燃料的共混物。

共混物可以含有超过10％的生物燃料，并且在优选的范围内，共混物可以包含至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％的生物燃料。然而，此类共混物可能仅适合于在具有特别适应性发动机的机动车辆中使用。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于抑制燃料/水乳剂中微生物生长的方法，该方法包括以下步骤：a.提供包含含有或能够结合糖的蛋白质的溶液，以及b.将溶液添加至燃料中以形成乳剂。

向燃料添加溶液具有以下作用：抑制燃料/水界面处的微生物生长，可以减少燃料储存或运输期间在燃料中的水吸收，以及可以减少由燃料燃烧产生的NOx排放物(即相对于没有添加溶液的燃料)。

优选地，在供应链开始时(即在精炼厂)，将溶液添加至燃料中。然而，溶液也适合用于分解和清洁现有储罐和供应管道中的生物膜。

蛋白质可以是糖蛋白，如乳铁蛋白、κ酪蛋白(或胎球蛋白或凝集素。

优选地，溶液包含水。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于抑制含有一定体积的以下项之一的容器内的微生物生长的方法：燃料和水，该方法包括以下步骤：

a.提供包含含有或能够结合糖的蛋白质的溶液，以及

b.以下项之一：将溶液添加至燃料中以形成油包水乳剂，和将燃料添加至溶液中以形成水包油乳剂。

c.将油包水乳剂添加至一定体积的燃料中，或将水包油乳剂添加至一定体积的水中，并且任选地

d.将乳剂混合到一定体积的液体中。

在将油包水乳剂添加至更大体积的燃料中的情况下，这可以具有抑制组合体积的液体内的任何燃料/水界面处的微生物生长的作用。在燃料的储存或运输期间还可以抑制在燃料中的水吸收，并且即相对于未添加乳剂的燃料，还可以减少由燃料燃烧产生的NOx排放物。

优选地，在供应链开始时(即在精炼厂)，将乳剂添加至燃料中。然而，溶液也适合用于分解和清洁现有储罐和供应管道中的生物膜。

优选地，该方法包括提供能够抑制微生物生长的量的蛋白质的步骤。

优选地，该方法包括将蛋白质溶解在溶剂(如水)中的步骤。每升溶剂可以溶解高达10g的蛋白质。优选地，每升溶剂溶解0.1-10g蛋白质，更优选地溶解1-10g蛋白质。

优选地，该方法包括按低于溶液被燃料吸收的量将乳剂添加至燃料中的步骤。每升燃料可以添加高达1.5g的乳剂。优选地，每升燃料添加0.5-1.5g乳剂。

根据本发明的另外的方面，提供了含有或能够结合糖的蛋白质用于抑制燃料和水储罐以及发动机中微生物生长的用途。

根据本发明的又另外的方面，提供了含有或能够结合糖的蛋白质用于减少燃料中的水吸收的用途。

根据本发明的又另外的方面，提供了含有或能够结合糖的蛋白质用于减少由燃料燃烧产生的NOx排放物的用途。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明，现将仅以举例的方式描述本发明的实施例。

值得注意的是，仅排他性地参考本发明的实施例提供下面实例，在该实施例中形成了包含糖蛋白、具体地乳铁蛋白的油包水乳剂，并且然后将该乳剂添加至体积大得多的基于烃的燃料中以抑制其中的微生物生长，并且可能还消除存在于其中的现有微生物。

根据第一实例(E1)，能够抑制燃料储罐中微生物生长的溶液通过以下方式制备：提供0.1-10g的乳铁蛋白，并且然后将乳铁蛋白添加至1升水中。然后在室温和空气压力下搅拌溶液，直至乳铁蛋白完全溶解，如通过目视检查确定的。

然后在灭菌器皿中提供1升柴油燃料并且对细菌计数进行定量。然后将1.5g上述乳铁蛋白溶液添加至柴油中并搅拌所得混合物以形成油包水乳剂。将乳剂保持在标准的温度和压力下并经10天时间进行监测。在10天过去后，对细菌计数进行定量以确定器皿中细菌生长的程度。作为比较实例(C1)，在无菌器皿中提供从与E1相同的柴油来源获得的1升柴油，并经相同时间且在相同条件下对其进行监测。在10天时间过去后也进行细菌计数。

测试结果显示乳剂E1中的细菌计数低于比较实例C1中的细菌计数。这表明在燃料/水界面处存在乳铁蛋白在抑制燃料/水乳剂中的细菌生长是有效的。

本发明的用途包括但不限于：

在需要或希望中和所提取的液体中的细菌的油井/水力压裂作业中的应用。

本发明使得可以形成包含水和悬浮于水中的至少两种极性相反的极性糖蛋白(例如，第一种糖蛋白为脱铁乳铁蛋白并且第二种糖蛋白为乳球蛋白)的胶体。

可以将所得的胶体添加至油中以制备乳剂。然后可以将该乳剂添加至生物柴油中并乳化，并且然后将该混合物添加至常规柴油中以减少排放物，如NOx等。

可替代地，可以将乳剂添加至用于加热/冷却系统(例如冷却装置、HVAC等)中的水中以对该水进行灭菌，从而减少或防止(在某些情况下)军团菌的出现。

可替代地，可以将胶体添加至油提取工艺中使用的水中。例如，经处理的水可以与例如正在提取的原油混合以形成乳剂。这可以导致在所提取的油中的杀生物活性，从而增加其寿命。

以下陈述不是权利要求，而是涉及本发明的可能实施例的各种特征：

陈述1.一种乳剂，该乳剂包含水和燃料，其中该乳剂包含用于抑制在该燃料与水之间的界面处的微生物生长的蛋白质，并且其中该蛋白质含有或能够结合糖。

陈述2.根据陈述1所述的乳剂，其中该蛋白质是能够结合该微生物的细胞壁的蛋白质。

陈述3.根据陈述1或陈述2所述的乳剂，其中该蛋白质包括糖蛋白。

陈述4.根据陈述3所述的乳剂，其中该糖蛋白包括乳蛋白。

陈述5.根据陈述3所述的乳剂，其中该蛋白质包括乳铁蛋白、κ酪蛋白或胎球蛋白。

陈述6.根据陈述1或陈述2所述的乳剂，其中该蛋白质包括凝集素。

陈述7.根据以上陈述中任一项所述的乳剂，其中该水分散在该燃料中。

陈述8.根据陈述1或陈述2所述的乳剂，其中该水包含该糖蛋白。

陈述9.根据以上陈述中任一项所述的乳剂，其中该乳剂含有至少1％的水。

陈述10.根据以上陈述中任一项所述的乳剂，其中该乳剂含有5％-50％的水。

陈述11.根据以上陈述中任一项所述的乳剂，其中该燃料包括燃料油。

陈述12.根据以上陈述中任一项所述的乳剂，其中该燃料油包括柴油、汽油或煤油。

陈述13.根据以上陈述中任一项所述的乳剂，其中该燃料包括燃料油和生物燃料的共混物。

陈述14.根据陈述13所述的乳剂，其中该共混物包含高达2％的生物燃料。

陈述15.根据陈述13或陈述14所述的乳剂，其中该共混物包含高达5％的生物燃料。

陈述16.根据陈述13-15中任一项所述的乳剂，其中该共混物包含高达10％的生物燃料。

陈述17.根据陈述13所述的乳剂，其中该共混物包含超过10％的生物燃料。

陈述18.根据陈述1-10中任一项所述的乳剂，其中该燃料是生物燃料。

陈述19.根据陈述13-18中任一项所述的乳剂，其中该生物燃料包括生物柴油。

陈述20.用于抑制燃料/水乳剂中微生物生长的方法，该方法包括以下步骤：a)提供包含含有或能够结合糖的蛋白质的溶液，以及b)将该溶液添加至该燃料中以形成该乳剂。

陈述21.根据陈述20所述的方法，其中该溶液通过将该蛋白质溶解于水中来制备。

陈述22.根据陈述21所述的方法，其中该溶液通过每升水溶解高达10g的该蛋白质来制备。

陈述23.根据陈述20-22中任一项所述的方法，其中该蛋白质包括糖蛋白或凝集素。

陈述24.根据陈述20-23中任一项所述的方法，其中该乳剂通过每升燃料添加高达1.5g的溶液来形成。

陈述25.含有或能够结合糖的蛋白质用于抑制燃料/水乳剂中的微生物生长的用途。

陈述26.含有或能够结合糖的蛋白质用于减少燃料中的水吸收的用途。

陈述27.含有或能够结合糖的蛋白质用于减少由燃料燃烧产生的NOx排放物的用途。

本发明不限于前述实施例的细节，这些实施例仅仅是本发明的示例。前述实施例仅以举例的方式进行描述，并且在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下可以有许多变化。

Claims (22)

1.一种乳剂，该乳剂包含水和不混溶的主要基于烃的液体，其中该乳剂进一步包含至少一种用于抑制微生物生长的蛋白质，所述蛋白质含有或能够结合以下项之一：单糖和寡糖。

2.根据任一前述权利要求所述的乳剂，其中该蛋白质是亲脂性的。

3.根据权利要求1或2所述的乳剂，其中该乳剂包含糖蛋白。

4.根据权利要求3所述的乳剂，其中该糖蛋白包括乳蛋白。

5.根据权利要求4所述的乳剂，其中该蛋白质包括乳铁蛋白、脱铁乳铁蛋白、乳球蛋白、κ酪蛋白。

6.根据权利要求4所述的乳剂，其中该蛋白质包括胎球蛋白。

7.根据权利要求3及其任一从属权利要求所述的乳剂，该乳剂包含至少两种此类蛋白质。

8.根据权利要求7所述的乳剂，该乳剂含有脱铁乳铁蛋白和乳球蛋白。

9.根据权利要求3及其任一从属权利要求所述的乳剂，其中该水包含溶解和分散于其中的一种的该糖蛋白。

10.根据权利要求1或2及其任一从属权利要求所述的乳剂，其中该蛋白质包括凝集素。

11.根据任一前述权利要求所述的乳剂，其中该不混溶的主要基于烃的液体是油。

12.根据权利要求11所述的乳剂，其中该油是以下项之一：燃料油、非燃料油、生物燃料、和植物油、动物油或鱼油、及其共混物。

13.根据任一前述权利要求所述的乳剂，该乳剂是油包水乳剂。

14.根据权利要求13所述的乳剂，其中该油包水乳剂含有至少1％的水。

15.根据权利要求13所述的乳剂，其中该油包水乳剂含有5％-50％的水。

16.根据权利要求9或其任一从属权利要求所述的乳剂，其中每升水溶解或分散高达10g的该蛋白质。

17.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中该第二乳剂通过在每升不混溶的主要基于烃的油中添加高达1.5g的溶液或第一乳剂来形成。

18.根据权利要求13或其任一从属权利要求所述的油包水乳剂用于抑制一定体积的油中的微生物生长的用途。

19.根据权利要求13或其任一从属权利要求所述的油包水乳剂用于减少油中的水吸收的用途。

20.根据权利要求13或其任一从属权利要求所述的油包水乳剂用于减少由油的燃烧产生的NOx排放物的用途。

21.根据权利要求1-12中任一项所述的乳剂，该乳剂是水包油乳剂。

22.如权利要求21所述的水包油乳剂用于抑制一定体积的水中的微生物生长的用途。