生物破乳劑產(chǎn)生菌的特性及破乳效能研究.pdf

1、生物破乳劑作為一種高效、無毒、無二次污染、具有可生物降解性和安全性的綠色生物制劑，代表了破乳劑的重要研發(fā)方向之一。高效、環(huán)保的生物破乳劑替代化學(xué)破乳劑使用，對于提高原油乳狀液的脫水率及對含油污水的處理效率，減少不必要的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　目前，生物破乳劑的研究主要停留在對于破乳菌株的篩選、生長及破乳條件優(yōu)化方面，針對破乳菌的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、生物破乳劑破乳有效成分以及生物破乳劑破乳機(jī)理的研究甚少。以破乳菌的分離、

2、篩選為基礎(chǔ)，開展了破乳菌生長特性的研究，并分析其發(fā)酵動(dòng)力學(xué)特征；考察了破乳菌產(chǎn)破乳劑的特性，以及環(huán)境因素對其破乳效能的影響；分析了生物破乳劑的破乳有效成分，闡明其理化性質(zhì)；對破乳過程進(jìn)行解析，并初步探討其破乳機(jī)制。
　　建立了一套高效、便捷的破乳菌種篩選方法，采用此方法分離、篩選得到1株高效破乳菌，其全培養(yǎng)液針對 O/W型模型乳狀液24h破乳率在85.0％以上，48h破乳率可達(dá)100%；經(jīng)生理生化及16S rDNA鑒定，明確該菌為

3、莫海威芽孢桿菌（Bacillus mojavensis），實(shí)驗(yàn)室編號XH-1。連續(xù)傳代穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)證明，XH-1菌株具有較強(qiáng)的破乳遺傳穩(wěn)定性。
　　通過破乳實(shí)驗(yàn)及生物量的測定，對影響破乳菌產(chǎn)破乳劑能力及生長的培養(yǎng)和營養(yǎng)條件進(jìn)行考查。確定其最佳培養(yǎng)條件為：初始pH6.5，培養(yǎng)溫度30℃，搖床轉(zhuǎn)速140rpm，培養(yǎng)時(shí)間18h~20h。研究發(fā)現(xiàn)，破乳菌XH-1用于生長和產(chǎn)破乳劑的碳源和氮源具有廣譜性，其中最適碳源為葡萄糖（10g/L）與液

4、體石蠟（2%(v/v)）組成的混合碳源，最適氮源為NH4NO3（4.0g/L）與酵母膏（1.0g/L）組成的混合氮源。在對影響生物破乳劑破乳效能的環(huán)境因素的考察中發(fā)現(xiàn)：生物破乳劑的破乳率隨時(shí)間的變化近似為一級反應(yīng)；確定在5mL模型乳狀液中破乳菌全培養(yǎng)液的最適投加量為1.0mL；破乳適宜環(huán)境pH5.0~9.0；最佳破乳溫度30℃~50℃。
　　對破乳菌分批發(fā)酵過程進(jìn)行了研究，根據(jù)其發(fā)酵過程的特點(diǎn)，在Logistic方程和Luedek

5、ing-Piret方程的基礎(chǔ)上，建立了菌株XH-1發(fā)酵過程中菌體生長、基質(zhì)消耗和產(chǎn)物形成的動(dòng)力學(xué)方程。采用Origin7.5軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了破乳菌的分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，模型預(yù)測值和實(shí)驗(yàn)值吻合較好，說明所建立的方程能較好地預(yù)測其實(shí)際發(fā)酵過程，具有很好的適用性。
　　根據(jù)顯微觀察和理化分析，明確了該生物破乳劑的破乳有效成分為蛋白類物質(zhì)，其存在于細(xì)胞外，粘連在菌體四周或游離于發(fā)酵液中，而菌體本身不具有破乳能力。采用聚丙

6、烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）的方法對具有破乳效能的蛋白質(zhì)進(jìn)行分離，發(fā)現(xiàn)其存在于50KD~80KD分子量之間的一條差異條帶中；用鳥槍法（Shotgun）對獲得的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，鑒定得到20種蛋白質(zhì)，其中6種為未知功能或未命名蛋白質(zhì)，其余14種蛋白質(zhì)的破乳功能也未見報(bào)道。
　　考察了生物破乳劑的破乳行為，并結(jié)合破乳活性成分的理化特點(diǎn)，對其破乳過程進(jìn)行解析，初步探討其破乳機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)理論，提出了蛋白質(zhì)協(xié)同作用破乳假說

7、。分析乳狀液的Zeta電位隨生物破乳劑投加量及破乳率的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在破乳過程中，沒有出現(xiàn)明顯的電中和現(xiàn)象；通過研究模型乳狀液油水界面張力與破乳效果的關(guān)系及蛋白質(zhì)破乳劑結(jié)構(gòu)與界面張力的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)破乳劑利用其兩親性及大分子結(jié)構(gòu)，可在界面體現(xiàn)很好伸展性及吸附功能，從而體現(xiàn)優(yōu)異的破乳性能；在其破乳過程中，包括置換作用和增溶作用：在低破乳劑用量下，以置換作用為主，隨破乳劑用量的增加界面張力降低，破乳率升高；在較高破乳劑用量下，以增溶作用為