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pH、溫度、鹽度、碳源對 解烴菌BD-2產生物表面活性劑的影響——結果與分析
來源： 《環境科學與技術》 瀏覽 934 次 發布時間:2024-12-25
2結果與分析
2.1解烴菌BD-2產生的生物表面活性劑性能
通過驅油試驗、表面張力和乳化指數的測定對菌株BD-2產生的生物表面活性劑性能進行分析，并與其他研究菌株比較，結果見表1。菌株BD-2產生的表面活性物質，能夠形成直徑約為9.0 cm的排油圈，可以將發酵液的表面張力由68.30 mN/m降到26.80 mN/m，乳化能力可達92.80%，與已發表的Shewanella sp.YY-1和Bacillus cereus GX7相比，菌株BD-2產生的生物表面活性劑具有較強的降低液面張力能力和乳化活性。
表1生物表面活性劑性能對比
2.2發酵時間對菌株BD-2產表面活性劑的影響
由圖1可見，在對數生長期，菌株BD-2的菌落數迅速增加，產生的生物表面活性劑量也隨之顯著增加，有效地降低了液面表面張力（P<0.05）。菌株BD-2進入穩定期后，其菌落數、生物表面活性劑量和發酵液表面張力均趨于穩定，且差異不顯著（P>0.05）。其中，24 h時菌株BD-2產生的生物表面活性劑量達到最高（1.64 g/L），發酵液表面張力降到最低（28.1 mN/m），而48 h菌株BD-2的菌落數達到最多，為1.1×108CFU/mL，此時，生物表面活性劑量略有降低，而發酵液表面張力略微上升，與24 h時差異不顯著（P>0.05）。這可能是由于隨著時間延長，發酵液中養分不足，而微生物仍處于穩定生長期，代謝過程中會消耗生物表面活性劑來維持菌體數量。研究結果表明，菌株BD-2在對數生長期開始產表面活性劑，表面活性劑量、表面張力與菌株BD-2的生長相關，菌株BD-2的最適發酵時間為24 h。
2.3培養基的優化
2.3.1碳源的篩選
碳源對微生物的生長和次生代謝產物的產生有重要的影響。由圖2可知，不同碳源對菌株BD-2產表面活性劑量的影響不同，本實驗將原油、礦物油作為一類復雜碳源，葡萄糖、麥芽糖、蔗糖作為簡單碳源，進行對比分析發現，以簡單碳源作為底物時，菌株BD-2產表面活性劑的量顯著高于復雜碳源（P<0.05），其產表面活性劑量大小依次為葡萄糖>麥芽糖>蔗糖>原油>礦物油。同時以簡單碳源為底物時，菌株BD-2能顯著降低發酵液表面張力（P<0.05），其發酵液表面張力大小依次為原油>礦物油>蔗糖>麥芽糖>葡萄糖。在簡單碳源中，以葡萄糖為碳源時，菌株BD-2產生的表面活性劑的量最高，為2.26 g/L，而表面張力最低，為32.7 mN/m。研究結果表明，簡單碳源有利于菌株BD-2產表面活性劑。因此，選擇葡萄糖為菌株BD-2的碳源。
2.3.2氮源的篩選
氮源在微生物生長和酶的合成中起著重要作用。由圖3可得，氮源種類對菌株BD-2產表面活性劑的影響存在顯著差異，以硝酸銨、硝酸鈉和氯化銨為氮源時，菌株BD-2產表面活性劑的量顯著高于尿素和硫酸銨（P<0.05），其產表面活性劑量大小依次為硝酸銨>硝酸鈉>氯化銨>硫酸銨>尿素；以硝酸銨、硝酸鈉和氯化銨為氮源時，菌株BD-2能顯著降低發酵液表面張力（P<0.05），表面張力大小依次為尿素>硫酸銨>氯化銨>硝酸鈉>硝酸銨。以硝酸銨為氮源時，表面活性劑量最高，為2.40 g/L，而表面張力最低，為29 mN/m。研究結果表明，硝酸銨有利于菌株BD-2產表面活性劑，而硝酸鈉和氯化銨效果不明顯，因此，選擇硝酸銨為菌株BD-2的最適氮源。
2.3.3金屬離子的影響
不同Mn2+、Fe2+濃度對菌株BD-2產表面活性劑的影響不同。由圖4可見，隨著Mn2+濃度的增加，表面活性劑量呈現先升高后降低的趨勢，而表面張力先下降后升高。Mn2+濃度0.5~1 g/L，表面活性劑量明顯升高，在1 g/L時，表面活性劑量最大，為2 g/L，而表面張力從30.9 mN/m下降到26.2 mN/m。在1%以后，表面活性劑量顯著下降（P<0.05），由2g/L下降到1.36 g/L，而表面張力顯著上升（P<0.05），由26.2 mN/m上升到39.2 mN/m。結果研究表明，菌株BD-2在Mn2+濃度為1 g/L的表面活性劑量最多，表面張力最小。因此，菌株BD-2的最適Mn2+濃度為1%。
由圖5可知，當Fe2+濃度為0.2 g/L時，表面張力最大，可達66.4 mN/m，而表面活性劑量為1.22 g/L，當Fe2+濃度是CK時，表面張力最小，為30.9 mN/m，此時的表面活性劑量為1.27 g/L，而當Fe2+濃度為2 g/L時，表面活性劑量最大，為1.37 g/L，此時的表面張力為56.6 mN/m。分析可得，增加Fe2+后，菌株的表面張力明顯增加，表面活性劑量無顯著變化（P>0.05），Fe2+對菌株BD-2產表面活性劑無促進作用。
2.4環境因素對菌株產表面活性劑的影響
對菌株BD-2在不同的環境條件下進行了發酵實驗。如圖6(a)所示，pH在5~7之間，生物表面活性劑量明顯增加，在pH為7時，表面活性劑量最高，為1.64 g/L，而發酵液表面張力由34.3 N/m下降到28.2 mN/m。pH大于7后生物表面活性劑量顯著下降（P<0.05），表面活性劑量由2.01 g/L下降到1.57 g/L。pH為7后表面張力顯著上升（P<0.05），表面張力由28.2 mN/m升高到31.1 mN/m。研究結果表明，菌株BD-2在pH為7時生物表面活性劑量最多、表面張力最低，因此，菌株BD-2的最適發酵pH為7。
由圖6(b)可得，在10~30℃表面活性劑量明顯增加，在30℃時表面活性劑量達到最大，為2.18 g/L，表面張力明顯降低，從38.2 mN/m降低到23.2 mN/m；而溫度超過30℃后表面活性劑量顯著下降（P<0.05），表面活性劑量由2.18 g/L降低到0.85 g/L。表面張力顯著增加（P<0.05），表面張力由23.2 mN/m增加到35.1 mN/m。
研究結果表明，菌株BD-2在30℃時表面活性劑量最多，表面張力最低，因此，石油降解菌BD-2的最適發酵溫度為30℃。
如圖6(c)所示，在鹽濃度0.5%~1%之間，表面活性劑量明顯增加，在1%時，表面活性劑量最大，為2.6 g/L，表面張力明顯下降，降低到26.8 mN/m。隨著鹽濃度繼續增加，菌株BD-2表面活性劑量下降到1.5 g/L。鹽濃度在3%以后，表面張力顯著上升（P<0.05），表面張力由26.8 mN/m升高到53.8 mN/m。研究結果發現，菌株BD-2在鹽濃度1%時表面活性劑量最多，表面張力最低。因此，石油降解菌BD-2的最適鹽濃度為1%。
2.5環境因素對生物表面活性劑穩定性的影響
研究了石油降解菌BD-2產生的生物表面活性劑在不同pH、溫度和NaCl濃度下的穩定性。如圖7(a)所示，在pH小于4時，萘濃度顯著下降（P<0.05），發酵液的表面張力顯著上升（P<0.05）。當pH為4~10時，表面張力和萘濃度沒有顯著變化（P>0.05），當pH為10~12時，隨著pH的增加，發酵液中萘濃度下降，而表面張力此時上升，并且差異都顯著（P<0.05）。結果表明該菌產生的生物表面活性劑具有較好的耐酸堿能力。
如圖7(b)所示,當環境溫度低于20℃或大于70℃時，萘濃度均低于21 mg/L，液體表面張力也略微上升，說明低溫和高溫會影響生物表面活性劑對萘的增溶能力，但對液體表面張力影響不大。在20~70℃時，萘濃度和液體表面張力呈現出相反的變化趨勢，但差異不顯著（P>0.05）。結果表明，解烴菌BD-2產生物表面活性劑在20~70℃時具有良好的萘的增溶能力和降低液面張力的作用。
如圖7(c)所示,隨著NaCl濃度增加，萘濃度顯著下降（P<0.05），但NaCl濃度在8%以內，萘濃度均高于21 mg/L，表明生物表面活性劑對萘的增溶穩定；而液體表面張力總體呈現上升的趨勢，其中，NaCl濃度12%以內，液體表面張力變化不顯著（P>0.05），說明菌株BD-2產的生物表面活性劑能夠在一定鹽度范圍內，較好地降低液面張力。