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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 798 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。


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