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pH、温度、盐度、碳源对 解烃菌BD-2产生物表面活性剂的影响——讨论、结论

来源: 《环境科学与技术》 浏览 15 次 发布时间:2024-12-25

3讨论


随着石油工业的发展,石油污染对自然环境和人类健康构成了严重威胁。目前,表面活性剂被认为是治理石油污染土壤最有效的方法,其中与化学表面活性剂相比,生物表面活性剂因具有毒性低、生物降解性高、无二次污染等特点而受到广泛关注,但由于其存在生产率低、生产成本高等问题,生物表面活性剂不能得到广泛应用。有研究发现在不同的发酵条件下,菌株产表面活性剂量不同,因此优化发酵条件,筛选出菌株最适培养基,对菌株产表面活性剂有促进作用。


碳源和氮源是影响微生物发酵的主要因素,因此选择合适的碳源、氮源对获得优质的表面活性剂十分重要。有研究表明菌株以简单碳源为底物时,表面张力显著低于复杂碳源,Tomar等在研究中发现,铜绿假单胞菌MTCC 7815以葡萄糖为碳源时,产生的表面活性剂表面张力最低,为34.53 mN/m。本研究以葡萄糖为碳源时,表面张力最小,可降低到26.8 mN/m,这可能是由于简单碳源易于被微生物快速利用,其中葡糖糖为单糖,更容易被转化。Davis等研究发现当B.subtilis ATCC 21332以硝酸盐作为氮源时,表面活性剂的产量最高。Vigneshwaran等研究表明,菌株以硝酸钾为氮源时,表面活性剂量最大,为1.22 g/L。本试验菌株以硝酸铵为氮源时,表面活性剂量也最大,为2.40 g/L。因此本试验菌株在以葡萄糖为碳源、以硝酸盐为氮源的条件下,对菌株产表面活性剂都有较好的促进作用。


菌株在不同的环境条件下产表面活性剂量不同,降低表面张力的能力也有所不同。过高或过低的温度、pH、盐度都会对菌株产表面活性剂产生影响,因此选择菌株合适的温度、pH、盐度十分重要。研究发现菌株生物降解的最适温度范围通常为30~40℃。


低于30℃,菌株的活性受到抑制,降解速率减缓,而在高于40℃的环境下,可能导致菌株死亡或失去活性,从而影响生物降解的进行。Mnif等发现在30℃时,枯草芽孢杆菌SPB1产表面活性剂量最大且表面张力最小,是降解柴油的最佳条件。Luo等发现假单胞菌菌株F4在37℃时产表面活性剂量最大,柴油降解能力最强。本试验菌株在30℃时表面活性剂量最大且表面张力最小,表面张力可降低至23.2 mN/m。因此菌株BD-2的最适温度为30℃。Sathishkumar等报道,单个细菌菌株降解原油的最佳pH值为7。本试验与Uzoigwe等研究的结果一致,地衣芽孢杆菌LRK1和菌株BD-2均在pH7下生物表面活性剂产量最高。因此菌株BD-2的最适pH为7。Tabary等研究结果表明,适当的盐度条件可以使表面活性剂在形成乳状液过程中的损失减少,本试验中,菌株BD-2在盐度为1%时,表面活性剂量最大,为2.4 g/L。盐浓度在3%以后,表面活性剂量显著下降,因此菌株BD-2的最适盐浓度为1%。


研究发现,菌株所产的生物表面活性剂稳定性受到外部环境的影响,其中pH、温度、盐度的影响最为明显。pH在4~10的范围内,表面张力稳定在35 mN/m左右,变化程度不明显,此时表面活性剂性能稳定,效果好,这与Hentati等研究结果一致;温度在20~70℃时,表面张力稳定,这一发现与之前的研究一致,这些研究证明了表面活性剂在广泛温度范围内的稳定性;当NaCl浓度低于8%时,表面张力稳定在35 mN/m左右,在该区域内表现出优良的抗盐性。


在pH为5~10,温度为20~70℃,NaCl浓度低于8%的外界环境中解烃菌BD-2所产的生物表面活性剂表现出优良稳定性,这为其在特殊条件下更广泛的应用提供了理论支持。


4结论


(1)解烃菌BD-2在对数生长期产表面活性剂,表面活性剂量、表面张力与菌株BD-2的生长相关,该表面活性剂具有较好的降低液面张力能力和乳化活性。


(2)解烃菌BD-2对碳源、氮源的利用具有差异性。碳源对其产表面活性剂的影响依次为葡萄糖>麦芽糖>蔗糖>原油>矿物油,葡萄糖为碳源时,菌株BD-2产生的表面活性剂的量最高,而表面张力最低。氮源对菌株BD-2产表面活性剂的影响依次为硝酸铵>硝酸钠>氯化铵>硫酸铵>尿素,以硝酸铵为氮源时,表面活性剂量最高,而表面张力最低。Fe2+对菌株BD-2产生物表面活性剂无显著影响,而Mn2+对菌株BD-2产生物表面活性剂有较好的促进作用。


(3)解烃菌BD-2产表面活性剂的最适发酵条件为:pH=7、温度30℃、盐浓度1%,在此条件下,生物表面活性剂产量可显著提高至2.6 g/L,发酵液的表面张力由68.3 mN/m降低到26.8 mN/m。石油降解菌BD-2所产的生物表面活性剂表现出良好的环境耐受性,表面张力、萘溶解能力在pH为4.0~10.0、温度为20~70℃、盐浓度为0~8%的条件下都能保持稳定。