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pH、溫度、鹽度、碳源對(duì) 解烴菌BD-2產(chǎn)生物表面活性劑的影響——結(jié)果與分析
來(lái)源: 《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》 瀏覽 376 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-25
2結(jié)果與分析
2.1解烴菌BD-2產(chǎn)生的生物表面活性劑性能
通過(guò)驅(qū)油試驗(yàn)、表面張力和乳化指數(shù)的測(cè)定對(duì)菌株BD-2產(chǎn)生的生物表面活性劑性能進(jìn)行分析,并與其他研究菌株比較,結(jié)果見(jiàn)表1。菌株BD-2產(chǎn)生的表面活性物質(zhì),能夠形成直徑約為9.0 cm的排油圈,可以將發(fā)酵液的表面張力由68.30 mN/m降到26.80 mN/m,乳化能力可達(dá)92.80%,與已發(fā)表的Shewanella sp.YY-1和Bacillus cereus GX7相比,菌株BD-2產(chǎn)生的生物表面活性劑具有較強(qiáng)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(duì)比
2.2發(fā)酵時(shí)間對(duì)菌株BD-2產(chǎn)表面活性劑的影響
由圖1可見(jiàn),在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,菌株BD-2的菌落數(shù)迅速增加,產(chǎn)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(jìn)入穩(wěn)定期后,其菌落數(shù)、生物表面活性劑量和發(fā)酵液表面張力均趨于穩(wěn)定,且差異不顯著(P>0.05)。其中,24 h時(shí)菌株BD-2產(chǎn)生的生物表面活性劑量達(dá)到最高(1.64 g/L),發(fā)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(shù)達(dá)到最多,為1.1×108CFU/mL,此時(shí),生物表面活性劑量略有降低,而發(fā)酵液表面張力略微上升,與24 h時(shí)差異不顯著(P>0.05)。這可能是由于隨著時(shí)間延長(zhǎng),發(fā)酵液中養(yǎng)分不足,而微生物仍處于穩(wěn)定生長(zhǎng)期,代謝過(guò)程中會(huì)消耗生物表面活性劑來(lái)維持菌體數(shù)量。研究結(jié)果表明,菌株BD-2在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期開(kāi)始產(chǎn)表面活性劑,表面活性劑量、表面張力與菌株BD-2的生長(zhǎng)相關(guān),菌株BD-2的最適發(fā)酵時(shí)間為24 h。
2.3培養(yǎng)基的優(yōu)化
2.3.1碳源的篩選
碳源對(duì)微生物的生長(zhǎng)和次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生有重要的影響。由圖2可知,不同碳源對(duì)菌株BD-2產(chǎn)表面活性劑量的影響不同,本實(shí)驗(yàn)將原油、礦物油作為一類復(fù)雜碳源,葡萄糖、麥芽糖、蔗糖作為簡(jiǎn)單碳源,進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),以簡(jiǎn)單碳源作為底物時(shí),菌株BD-2產(chǎn)表面活性劑的量顯著高于復(fù)雜碳源(P<0.05),其產(chǎn)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(shí)以簡(jiǎn)單碳源為底物時(shí),菌株BD-2能顯著降低發(fā)酵液表面張力(P<0.05),其發(fā)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(jiǎn)單碳源中,以葡萄糖為碳源時(shí),菌株BD-2產(chǎn)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(jié)果表明,簡(jiǎn)單碳源有利于菌株BD-2產(chǎn)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(zhǎng)和酶的合成中起著重要作用。由圖3可得,氮源種類對(duì)菌株BD-2產(chǎn)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(shí),菌株BD-2產(chǎn)表面活性劑的量顯著高于尿素和硫酸銨(P<0.05),其產(chǎn)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(shí),菌株BD-2能顯著降低發(fā)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(shí),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(jié)果表明,硝酸銨有利于菌株BD-2產(chǎn)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(duì)菌株BD-2產(chǎn)表面活性劑的影響不同。由圖4可見(jiàn),隨著Mn2+濃度的增加,表面活性劑量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),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(shí),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(jié)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(dāng)Fe2+濃度為0.2 g/L時(shí),表面張力最大,可達(dá)66.4 mN/m,而表面活性劑量為1.22 g/L,當(dāng)Fe2+濃度是CK時(shí),表面張力最小,為30.9 mN/m,此時(shí)的表面活性劑量為1.27 g/L,而當(dāng)Fe2+濃度為2 g/L時(shí),表面活性劑量最大,為1.37 g/L,此時(shí)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(wú)顯著變化(P>0.05),F(xiàn)e2+對(duì)菌株BD-2產(chǎn)表面活性劑無(wú)促進(jìn)作用。
2.4環(huán)境因素對(duì)菌株產(chǎn)表面活性劑的影響
對(duì)菌株BD-2在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行了發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。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(shí),表面活性劑量最高,為1.64 g/L,而發(fā)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(jié)果表明,菌株BD-2在pH為7時(shí)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(fā)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(shí)表面活性劑量達(dá)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(guò)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(jié)果表明,菌株BD-2在30℃時(shí)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(fā)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(shí),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(xù)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(jié)果發(fā)現(xiàn),菌株BD-2在鹽濃度1%時(shí)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(huán)境因素對(duì)生物表面活性劑穩(wěn)定性的影響
研究了石油降解菌BD-2產(chǎn)生的生物表面活性劑在不同pH、溫度和NaCl濃度下的穩(wěn)定性。如圖7(a)所示,在pH小于4時(shí),萘濃度顯著下降(P<0.05),發(fā)酵液的表面張力顯著上升(P<0.05)。當(dāng)pH為4~10時(shí),表面張力和萘濃度沒(méi)有顯著變化(P>0.05),當(dāng)pH為10~12時(shí),隨著pH的增加,發(fā)酵液中萘濃度下降,而表面張力此時(shí)上升,并且差異都顯著(P<0.05)。結(jié)果表明該菌產(chǎn)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(dāng)環(huán)境溫度低于20℃或大于70℃時(shí),萘濃度均低于21 mg/L,液體表面張力也略微上升,說(shuō)明低溫和高溫會(huì)影響生物表面活性劑對(duì)萘的增溶能力,但對(duì)液體表面張力影響不大。在20~70℃時(shí),萘濃度和液體表面張力呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì),但差異不顯著(P>0.05)。結(jié)果表明,解烴菌BD-2產(chǎn)生物表面活性劑在20~70℃時(shí)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(nèi),萘濃度均高于21 mg/L,表明生物表面活性劑對(duì)萘的增溶穩(wěn)定;而液體表面張力總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),其中,NaCl濃度12%以內(nèi),液體表面張力變化不顯著(P>0.05),說(shuō)明菌株BD-2產(chǎn)的生物表面活性劑能夠在一定鹽度范圍內(nèi),較好地降低液面張力。