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活化对微生物降解黄原胶的影响

发布日期:2015-03-28 15:27:10
酶活性
黄原胶(Xanthan gum),又称黄胶、汉生胶,是野 油菜黄单胞杆菌以碳水化合物为主要原料,经发酵 生产的一种用途广泛的微生物胞外多糖[1]。黄原胶独特的分子结构决定了酶活性其具有卓越的理化性能,如良好的粘稠性、乳化性、触变性、假塑性、稳定性 等[2]。随着油田开采程度进一步深入,地层发生很 大变化,开采难度增大,钻采工艺随之不断更新发 展,对油田化学助剂亦提出更高要求[3],而黄原胶以 其独特的性质满足油田助剂的要求,在油田中广泛 应用于钻井、完井、调剖堵水及三次采油,被誉为“油 井的优质催生素”[3]。
由于黄原胶会不同程度地对油层渗透性造成损 害,因此黄原胶的降解对油田解堵、提高石油采收率 有着至关重要的作用[4]。黄原胶是一种高稳定性的 多聚糖,很难被微生物降解,并且自然界能降解黄原 胶的微生物也不丰富[5],因此黄原胶降解菌的筛选 很重要。编辑在筛选到14株黄原胶降解菌后,在两 种不同成分的活化液中活化,发现不同的活化液成 分对黄原胶降解菌降解黄原胶的活性及降粘效果有 着显著的影响。
1实验
1.1试剂、菌种及培养基
黄原胶为工业级,其它试剂均为化学纯。
菌种分离自燕山石化处理含油废水中的活性污
泥。
培养基 A:黄原胶 2.5 g,(NH4)2S04 0.5 g, KH2P043. 0 g,K2HP043. 0 g,MgS04 • 7H20 0. 2 g, FeCl3 • 6H2 O 16.7 mg, CaCl2 • 2H2 O 0.66 mg, ZnS04 • 7H2 O 0. 2 mg, CuS04 • 5H2 O 0. 2 mg, MnS04 * 4H2 O 0. 2 mg, CoCl2 • 6H2 O 0. 2 mg, H3B〇3 0. 1 mg,NaN03 2. 0 g,Na2Mn〇4 • 2H20 0• 3 mg,定容至1 L,调pH值至7.0。
培养基B:在稀释了一倍的培养基A中分别加入 1 g. L—酵母浸出粉、1 g • L-1蛋白胨和L8%? 2.0%琼脂,调pH值至7.0。
培养基C:牛肉膏3 g,蛋白胨10 g,NaCl 5 g,水1 L,调pH值至7.0?7. 2。
培养基D:将培养基A稀释一倍,调pH值至
7. 0。
1.2方法
将自行筛选得到的14株菌(编号1*?14”于培 养基B制成的斜面上保存,从斜面挑菌种接到培养基 C和培养基D中活化,活化后的菌浓度分别达到IX 109个• mL-1、lX108个.mL—1。将以上菌液(按5% 接种量)接种到培养基A,置于30°C、150 r . min—1的 摇床培养3 d,每天测量微生物的酶活性,3 d后测量 粘度,计算黄原胶的降粘率。对比活化后转接到培养 基A中的微生物的酶活性和降粘率。
1.3.1微生物的酶活性
微生物酶活性的测量采用荧光素二乙酸酯法。荧 光素二乙酸醋(Fluorescein diacetate,FDA)为非突光 性物质,容易渗人细胞,在细胞酶作用下分解而释放出 髙荧光性的荧光素,因而使细胞产生荧光。由于生物 体细胞的活力不同,细胞内酯酶的含量也不同,因而显 示出的荧光强度也不同,据此可以测量细胞内酶的活 性及细胞的生活状态™。具体方法参见文献[7]。
1.3.2黄原胶的降粘率
将试样加热至30°C,用六速选择粘度计在600 r •miiT1下测量其粘度。按下式计算降粘率:
_空白样粘度一接种后粘度
空白样粘度一自来水粘度 式中:空白样粘度为30°C、150
未接种的培养基A 3 d后的粘度;自来水粘度为自来 水加热至30°C的粘度。
2结果与讨论
2.1培养液的颜色变化
”?14*菌株经培养基C活化后接种至培养基A 中,培养3 d,发现2*菌株与8*菌株的培养液呈黄色, 其它菌株的培养液均呈乳白色;而1#?14#菌株经培 养基D活化后接种到培养基A中,培养3 d,发现所有 菌株的培养液均呈黄色。
2.2酶活性对比
1*?14*菌株经不同培养基活化后接种培养的酶 活性随时间的变化规律如图1所示。 
000§02000〇OOOC 505^5^5 050505 665544332211
■1E •?'■■/拦**
 
图1经过培养基CU)、培养基D(b)活化后的酶活性 Fig. 1 Enzyme activities after inoculation with the culture medium C(a) ,the culture medium D(b) 
8^0000^0000 ^8765^-321
1 %/**&
■培养基D活化
由图l可知,不同培养基的活化对菌株的酶活性 影响显著。1#菌株经培养基C活化后3d的酶活性 分别为:134. 1 邱• mL—8 坤•3 畔
•mL—1,经过培养基D活化后的分别为360.6 fxg* mL_1、373. 4 pg • mL-1、367. 8• mL_1。除 2* 菌
株经过培养基D、培养基C活化后酶活性相差不多外, 其余菌株的酶活性均差异显著,经培养基D活化后菌 株的酶活性明显高于培养基C的。
2.3降粘率对比
不同培养基活化对黄原胶降粘率的影响如图2所
/j、。
由图2可知,2#菌株经培养基C活化的黄原胶降 粘率为88.1%,经培养基D活化的为87. 1 % ;8#菌株 经培养基C和培养基D活化的黄原胶降粘率均为 91. 1%;其余菌株经过两种培养基活化后的黄原胶降 粘率均有明显差异,如1#菌株经培养基C活化的黄原 胶降粘率为4.0%,而经培养基D活化的为90.1%; 12#菌株经培养基C和培养基D活化的黄原胶降粘率
培养基C活化
i» T 3P 4ff 5# 6ff r an 9P i〇ffir \T iy i4# 菌株编号
图2两种方法活化后的黄原胶降粘率 Fig. 2 The degradation rates of xanthan gum with the two different activation approaches
分别为5. 9%和86.1%。除2W菌株外,其余菌株 经培养基D活化的黄原胶降粘率明显高于培养基C 的。
2.4讨论
经过培养基C活化后微生物的酶活性和黄原胶 降粘率普遍要比经过培养基D活化的要小,而经过培 养基C活化后的菌浓度达到1X109个• mL—1,明显 高于经过培养基D活化后的菌浓度,这就排除了由菌 浓度差别引起以上结果。分析原因可能为:培养基C 营养丰富,微生物经过培养基C活化后,适应了比较 丰富的营养环境,转接到营养相对贫乏的培养基A后 适应性变差,使得微生物的酶活性和黄原胶降粘率相 对较低;而培养基D中仅有黄原胶为唯一碳源,微生 物适应了营养贫乏的环境,转接到营养成分相似的培 养基A后很快能适应环境,从而使得微生物的酶活性 和黄原胶降粘率比较髙。
3结论
在菌种活化的过程中,活化成分很重要。营养丰 富的活化液使得菌繁殖快、浓度髙,但是菌的特性容易 变化。而根据菌种的特性配制出的活化液,营养成分 不丰富、菌生长慢、菌浓度也不高,但是菌的特性比较 稳定。本研究中筛选得到的黄原胶降解菌,经过营养 丰富的培养基C(含牛肉膏和蛋白胨)活化后,有12株 菌降解黄原胶的能力显著下降,而经过培养基D(含稀 释黄原胶液)活化后,14株菌均有很强的降解黄原胶 的能力。
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