喷气燃料中微生物污染的研究概况

杨浩 熊云 和倩倩 龙泉芝 李晓然

摘 要：喷气燃料微生物污染会造成严重危害，对于飞行安全和油料储存安全都是巨大威胁。针对喷气燃料中主要微生物（枝孢霉菌和硫酸盐还原菌）、微生物引起的危害、微生物检测方法以及防治措施四个方面进行了介绍，并对喷气燃料中微生物的研究进行了展望。

关 键 词：喷气燃料;微生物;危害;检测方法;防治措施

中图分类号：X 131 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1377-04

Research on Microbial Contamination of Jet Fuel

YANG Hao， XONG Yun， HE Qian-qian， LONG Quan-zhi，LI Xiao-ran

（Dept. of Oil Application & Management Engineering，Logistical Engineering University of PLA，Chongqing 401311，China）

Abstract： The microbial contamination of jet fuel can cause serious problems， and it is a great threat to flight safety and storage security. In this paper， main microbes in jet fuel （hormoconis resinae and sulfate reducing bacteria） were discussed; problems caused by microbial contamination were introduced as well as microbial detection methods and microbial contamination control.

Key words：Jet fuel; Microbial contamination; Problems; microbial detection methods; Microbial contamination control

最早發现喷气燃料微生物污染问题是在上世纪30年代，有研究者发现喷气燃料中细菌产生的H2S会加速飞机燃料系统的腐蚀[1]。接着Bushnelland Haas等发现燃料储存罐底部水相中有微生物的存在，他们发现这些微生物可以将喷气燃料中烃类作为碳源[2]。上世纪50年代末到60年代初航空煤油中的微生物问题被广泛报道[3]。Neioef等发现枝胞霉菌可以代谢燃料中的烃，并可以在含水量很低的燃料中存活几个月[1]。Ferrari等在1990-1996期间收集的几百个航空涡轮燃料JP-4样品，分析微生物污染的出来，主要微生物污染为：油相中的枝孢霉（Hormoconis resinae）及曲霉（Aspergillus Fumigatus）和水相中的假单胞菌属（Pseu-domonas）、黄杆菌属（Flavobacterium）、气单胞菌属（Aeromonas），而且80%的水相样品中都分离出了硫酸盐还原菌（Sulfate Reducing Bacteria）[4]。另外Passman等在1992-1996年之间调查的四百个炼油厂、零售商的汽油储存罐中发现60%的样品存在明显的微生物污染[5]。我国从2009年下半年开始，对北京、天津、上海虹桥和广州等4个机场油料公司，进行微生物污染的监控，监控结果发现，微生物污染问题确实存在[6]。

1喷气燃料中微生物种类

喷气燃料中微生物种类很多，可分为三类，1.真菌：树脂枝孢霉（Hormoconis resinae）、拟青霉（Paecilomyces Varioti）、烟曲霉（Aspergillus Fumigatus）等。2.细菌：假单胞杆菌（Pseu-domonas）、弧菌（Vibrio）、芽孢杆菌（Bacillus），硫酸盐还原菌（Sulfate Reducing Bacteria）等 。3.酵母菌：红酵母（Rhodotorula）、假丝酵母（Candida）、球拟酵母（Tomlopsis）等[7]。综合国内外研究发现，对喷气燃料质量以及储存影响最严重的主要是枝胞霉菌（Hormoconis resinae）和硫酸盐还原菌（Sulfate Reducing Bacteria）[8-14]。

1.1 枝孢霉菌

枝孢霉菌是最早从油品污染物中分离出来的真菌之一，同时也是最常见的真菌。它主要以油品中碳链长度为8～20的烃为碳源[15]。枝孢霉菌可以在油品中产生孢子，并且这些孢子可以在无水的环境下存活几年。有研究表明，枝孢霉菌在25 °C条件下只需游离水的浓度为80×10-6，便可在燃料中生存。枝孢霉菌生长最适宜温度为25～30 °C，最适宜pH为3.5～6[16]。在琼脂培养基上，枝孢霉菌菌落的颜色从浅棕色到灰棕色再到橄榄绿色[17]。袁祥波等在微生物污染比较严重的喷气燃料中，分离出来的微生物真菌主要为枝孢霉菌，并对喷气燃料悬浮物和真菌之间的关系进行了研究，发现枝孢霉菌是引起喷气燃料悬浮物的重要原因之一[18]。

1.2 硫酸盐还原菌

硫酸盐还原菌（Sulfate Reducing Bacteria）种类繁多，并广泛存在于自然界中，它是一类可以将硫氧化物以及元素硫还原成硫化氢的这类细菌的总称。硫酸盐还原菌主要存在于水相以及底部淤泥中，基本上为厌氧型细菌[19]。Hector F.等利用16rRNA技术对硫酸盐盐还原菌种系进行研究，将硫酸盐还原菌分为四类：革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、嗜热细菌和嗜热古细菌[19]。硫酸盐还原菌适宜pH为5～9，适宜温度范围也很大，一般认为30 °C为最适宜温度[20]。研究发现，硫酸盐还原菌代谢产生的硫化氢会增加油品酸性， 这不仅会降低喷气燃料品质，还会腐蚀输油管道以及油罐金属壁，对储油安全造成严重威胁[21]。另外研究发现硫酸盐还原菌代谢产生的硫化物还可以腐蚀飞机含银的零部件，这对飞行安全造成不可预知的风险[22]。美国1991年的一份调查报告表明：每年由硫酸盐还原菌造成的腐蚀损失高达到60亿美元[23]。

2 微生物引起的危害

通常情况下油相和罐底水相中微生物的接触时间很少，所以不会造成燃料化学性质的变化。储油罐中油相远远大于底部的水相，而且油相中缺少微生物生长所必需的无机养分。因此大多数情况下，微生物活动范围只限于底部水相和油水界面。但随着储油时间的增长，特别是在那些维修保养不好的油罐中储存的燃料，油品的品质以及储油安全都将受到影响。

微生物污染的危害可以分为两个方面：（1）微生物生长引起的危害;（2）微生物代谢引起的危害[9，24]。

2.1 微生物生长引起的危害

丝状真菌和可产生胞外聚合物的细菌会生成紧密菌膜以及淤泥，这些会堵塞过滤器、输油管和一些小孔径零件，造成机器失灵[25]。这些菌膜和淤泥还会堵塞油罐的排水系统，使得底部水分不能有效排除。另外，菌膜可以减少或者阻止杀菌剂进入油罐底部的水相中，并且底部的淤泥可以吸收部分杀菌剂，使其失去活性，这些都会降低杀菌剂的效果，从而在一定程度上促进了微生物的生长[9]。飞机油箱油量探针附近微生物产生的淤泥会造成飞机油料表的失灵，另外悬浮物会在燃油控制喷嘴处发生团聚， 导致管口堵塞， 发热， 进而有可能损害涡轮发动机， 造成严重的后果[26]。

2.2 微生物代谢引起的危害

2.2.1 微生物的腐蚀作用

微生物代谢产生一些腐蚀性产物：有机酸、硫化氢、氨以及硫酸等。这些腐蚀性产物不仅会腐蚀金属壁和零件，也可以降解一些复合有机材料，比如橡胶管和以及油罐密封圈，并会加速沉积物的生成[10，27]。这些腐蚀性产物还会破坏油罐保护涂层，这样裸露部分和覆盖部分就形成了阳极和阴极，形成电化学腐蚀[28]。部分好氧的微生物代谢过程中消耗氧气，造成局部缺氧，电子从氧含量低的部位流向含氧量的部位，造成局部腐蚀[29，30]。贴在这里正文内容覆盖粘贴在这里正文内容覆盖粘贴在这里正文内容覆盖粘贴在这里。

2.2.2 降低油品品质

有些微生物会利用燃料中部分添加剂作为生长的营养组分，随着添加剂的消耗，燃料性质发生了改变，进而降低了燃料品质。微生物的部分代谢产物如硫化物、有机酸等会增加油品酸值[27]。一些特定的厌氧菌产生的表面活性剂会造成油水界面的乳化。这些表面活性剂会降低油料的表面张力进而影响燃料燃烧或点火性能，并可能引起聚合器失灵[31]。丝状微生物和其代谢产物缠绕会增加喷气燃料悬浮物的含量，降低喷气燃料品质[9，32]。

3检测方法

（1）国际航空运输协会推荐了四种检测方法：英国ECHA 微生物学有限公司开发的MicrobMonitor2？法;芬兰奥林诊断公司开发Easicult Combi法;英国生物学分生孢子有限公司开发的FUELSTATTM resinae法;德国默克集团开发的HY-LiTE Jet A1燃料检验法[33]。前两种为传统菌落形成单位检测方法，根据菌落计数来进行定量分析，进而评定污染等级。FUELSTATTM resinae为免疫检测，可以快速检测酵母菌、霉菌和需氧细菌。HY-LiTE Jet A1燃料检验测量燃料、水或二者混合物样品中的ATP总量，来确定微生物污染程度[33]。

（2）荧光免疫检验法：这是一种快速、高灵敏度的用来鉴定微生物污染的方法，但是这种方法需要配备相应的设备并且需要专业的操作人员。Gaylarde 等用荧光检测法来鉴定航空煤油中的枝胞霉菌[34]。这种方法很少和其其它真菌有交叉反应。枝胞霉菌的菌丝和孢子可以在菌膜中检测到[34-35]。

（3）基因分析检测技术：利用微生物特征序列如16S和18SRNA等，来特异性检测微生物污染的方法。这种方法的优点是准确、特异性强，而且检测线一般较低，灵敏性高[36，37，38]。Hector F.等利用16srRNA基因分析技术对SRB进行了种系分析，将不同种类的SRB进行分类[19]。袁祥波等利用18srDNA基因分析技术特征性检测喷气燃料中枝胞霉菌的存在[18]。刘金彪等利用16srDNA基因分析技术分离2珠石油降解菌[39]。

（4）代谢产物检测技术：利用化学方法检测微生物代谢产物来判定相应微生物的存在与否，以及污染程度。例如曹公泽等根据检测到的乙酸浓度来确定微生物含量[40]，JIASONG FANG等检测油料中酯类、脂肪酸、硫酸根和硝酸根来推断燃料中微生物的存在，并借以对其代谢作用进行研究[41]。包木太等通过酸、生物表面活性剂等检测，来研究微生物的活动[42]。T. Schleicher等根据酸值和游离脂肪酸含量的检测来推断微生物生长状况和污染水平[43]。

（5）PCR技术：即聚合酶链式反应，是指在DNA聚合酶催化下，以母链DNA为模板，体外复制出与母链DNA互补的子链DNA的过程。Lt. Tracy R等利用qPCR技术检测喷气燃料中微生物的存在，并将微生物进行分类[44]。Gitika Panicker等利用PCR技术分离出28种可以降解烃的细菌[45]。LaMontagne， M.G等利用PCR技术对微生物种群进行分析研究[46]。Sharkey F.H.等利用荧光定量PCR技术来对细菌进行定量检测[47]。

4 微生物防治措施

4.1 日常维护

防治微生物污染最好而且最重要的办法就是做好日常维护。越早发现微生物污染问题，处理起来就越简单，代价就越小。合理规划的清洁和日常维护（包括水分和有机残片的的清理，微生物检测以及清除微生物产生的沉淀）可以有效防止油品发生严重的微生物污染。对于微生物重度污染的喷气燃料，需要对油罐进行彻底清洗，驱除菌膜和淤泥，并重新涂刷防護涂层[16，27，48]。

4.2 喷气燃料中水分控制

水是是微生物生长的必需组分。杜绝微生物污染的关键是防止水分进入，尽量排除油罐中的水份。？中国民用航空油料条例？规定加入飞机油料水分不超过30×10-6 [49]。南国枝等发现喷气燃料中水分控制在比重在21.6×10-6时，可有效控制悬浮物的生成[50]。当喷气燃料从旧油罐转移到新油罐的之前，都要先经过滤系统（5 μm 滤径）过滤掉微粒或者悬浮物，然后再通过聚凝器去掉所有游离水[9，16]。另外，还可以通过控制油罐呼吸来降低喷气燃料含水量，例如：苏鹏等利用富氮装置来降低罐顶空气湿度和含氧量[51]，龙泉芝等在罐顶呼吸阀安装干燥装置来降低空气中的湿度[52]。定期过滤喷气燃料可以排除喷气燃料中游离水和外来杂质，但是需要注意的是过滤装置要定期清洗和更换。

4.3 使用殺菌剂

大量事实证明，杀菌剂用来预防和治理喷气燃料微生物污染，既经济又方便，从而得到广泛的发展和应用。Melton等发现长期储存的燃料，运用机械过滤和杀菌剂组合的方法能够更好地防治微生物污染[53]。如果储油罐中含有大量菌膜和淤泥，那么在使用杀菌剂之前需要提前将这些污染物清除，以达到最好的使用效果。目前杀菌剂的种类很多，主要有氧化型杀菌剂、非氧化性杀菌剂、复合型杀菌剂、水不溶性杀菌剂以及多功能杀菌剂[9]。目前通过飞机和发动机生产商许可的杀菌剂是：Biobor JF，即95%的二氧硼杂与4.5%的石脑油的混合物;Kathon FP1.5，组成是1.5%的氯代和甲基-异噻唑啉酮、88.0%～90.0%的二丙二醇、1.7%～1.8%的硝酸镁、0.9%～1.0%的氯化镁和5.0%～6.0%的水的混合物[33]。

5 展 望

喷气燃料微生物污染问题已经引起国内外学者广泛关注，针对微生物种类和危害进行了广泛研究。为了有效监控微生物污染，需要建立更加迅捷、方便、成本更低的的快速检测方法。另外，还需要建立整套喷气燃料防治微生物污染方法，做到能够更好地贴近实际，尤其方便基层工作者进行实施。再者，尽管各大航空协会和部分国家都有自己的标准，但现在依然缺少广泛接受的微生物污染程度评价标准。虽然越来越多的证据表明微生物是引起喷气燃料悬浮物产生的重要原因之一，但是我们国家对喷气燃料微生物的重视程度还远远不够。这主要是由于对于微生物污染机理研究不深入造成的。所以，下一步研究的重点应该放在两方面：

（1）微生物污染机理研究，包括：腐蚀机理、产生悬浮物的机理、改变喷气燃料性质的机理。

（2）建立微生物污染程度评价标准。这就要求建立切实可行、准确的喷气燃料微生物定量或半定量分析方法。在系统微生物污染机理研究基础上结合喷气燃料微生物定量或半定量分析，这样建立的微生物污染评价标准才会更加准确且具有可信度。

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