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不動(dòng)桿菌菌株XH-2產(chǎn)生物表面活性劑發(fā)酵條件、性質(zhì)、成分研究(一)
來源:化學(xué)與生物工程 瀏覽 23 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-23
摘要:以低成本的泔水油和豆粕為碳、氮源,發(fā)酵培養(yǎng)不動(dòng)桿菌菌株XH-2(Acinetobacter sp.XH-2)生產(chǎn)生物表面活性劑。以表面張力及排油圈直徑為考察指標(biāo),對(duì)菌株XH-2產(chǎn)生物表面活性劑的發(fā)酵條件進(jìn)行單因素優(yōu)化,并研究了該生物表面活性劑的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,菌株XH-2在最優(yōu)培養(yǎng)基(泔水油3%、豆粕5%、氯化鎂2%、磷酸氫二鉀6%、磷酸二氫鉀3.8%、三氯化鐵0.5%、氯化鈉2%和初始pH值6.0)中發(fā)酵培養(yǎng)2 d后,所產(chǎn)的生物表面活性劑的臨界膠束濃度為200 mg·L-1,其使發(fā)酵液的表面張力由73.01 mN·m-1降至25.25 mN·m-1,具有廣泛的溫度、pH值和鹽度適應(yīng)性,初步的成分分析結(jié)果表明該生物表面活性劑可能為糖脂類。
生物表面活性劑(biosurfactants)是微生物(主要有假單胞菌屬、芽孢桿菌屬和酵母菌等)在代謝過程中產(chǎn)生的一類集親水基和疏水基于一體的兩親化合物,具有一定的界面活性;主要包括糖脂、磷脂、脂肽、脂肪酸、多糖-脂類復(fù)合物和中性脂等,已知的生物表面活性劑以糖脂為主。與化學(xué)表面活性劑相比,生物表面活性劑具有降低溶液表面張力、增加泡沫、低毒或無毒、可生物降解、無污染、生物相容性良好、乳化性高、表面活性高以及可引入化學(xué)法難以合成的化學(xué)基團(tuán)等優(yōu)點(diǎn)。因此,生物表面活性劑已在石油、洗滌、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,尤其在修復(fù)被石油污染的土壤、提高原油采收率等方面。然而,通過微生物合成生物表面活性劑因受產(chǎn)量低、成本高等因素的制約,尚未能實(shí)現(xiàn)真正的商業(yè)化生產(chǎn),尋找并利用營養(yǎng)豐富的廉價(jià)原料作為發(fā)酵基質(zhì)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。開發(fā)利用工農(nóng)業(yè)廢料、非食用油、餐飲廢油生產(chǎn)生物表面活性劑,不但可緩解環(huán)境壓力,變廢為寶,還可降低生產(chǎn)成本。
作者在此以低成本的泔水油、豆粕作為發(fā)酵培養(yǎng)基的碳、氮源,對(duì)本實(shí)驗(yàn)室篩選的不動(dòng)桿菌菌株XH-2(Acinetobactersp.XH-2)產(chǎn)生物表面活性劑的發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)菌株所產(chǎn)的生物表面活性劑的性質(zhì)及成分進(jìn)行研究,擬為后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。
1實(shí)驗(yàn)
1.1培養(yǎng)基與儀器
種子培養(yǎng)基:酵母提取物0.5%、蛋白胨1%、氯化鈉1%。
基礎(chǔ)培養(yǎng)基:氯化鎂2%、磷酸氫二鉀6%、磷酸二氫鉀3.8%、三氯化鐵0.5%、氯化銨5%。
振蕩培養(yǎng)箱;分光光度計(jì);全自動(dòng)表面張力儀;傅立葉變換紅外光譜儀。
1.2生物表面活性劑發(fā)酵條件的優(yōu)化
1.2.1生物表面活性劑表面活性的測(cè)定
排油圈直徑的測(cè)定:參照Chandankere等的方法,略有改進(jìn)。取一培養(yǎng)皿,加入60mL蒸餾水、5mL液體石蠟和少量蘇丹Ⅲ溶液,形成均勻的油膜。在油膜中心垂直滴加1mL離心后的發(fā)酵液上清液,油膜被擠向四周形成一個(gè)圓圈,測(cè)量其直徑。排油圈直徑與生物表面活性劑含量成正比。
表面張力的測(cè)定:將發(fā)酵液于10 000r·min-1離心20min,取上清液利用圓環(huán)法測(cè)定表面張力。
1.2.2碳源對(duì)菌株產(chǎn)生物表面活性劑的影響
在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中分別添加淀粉、乳清粉、蔗糖、葡萄糖、玉米芯、柴油、甘油、防腐油、泔水油,濃度均為2%;確定最適碳源后,設(shè)置碳源的濃度梯度為1%、2%、3%、4%、5%;等量接種菌株XH-2于30℃、160r·min-1條件下?lián)u瓶發(fā)酵培養(yǎng)2d,取離心后的發(fā)酵液上清液測(cè)定排油圈直徑及表面張力,確定菌株XH-2發(fā)酵培養(yǎng)基的最佳碳源及其濃度。
1.2.3氮源對(duì)菌株產(chǎn)生物表面活性劑的影響
在添加優(yōu)化碳源的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中,分別以濃度為2%的蛋白胨、豆粕、酵母提取物(酵提)、硝酸鈉、氯化銨、硫酸銨、尿素為氮源替換原有的氯化銨;確定最適氮源后,設(shè)置氮源的濃度梯度為0.5%、1%、2%、3%、5%;等量接種菌株XH-2于30℃、160r·min-1條件下?lián)u瓶發(fā)酵培養(yǎng)2d,取離心后的發(fā)酵液上清液測(cè)定排油圈直徑及表面張力,確定菌株XH-2發(fā)酵培養(yǎng)基的最適氮源及其濃度。
1.2.4接種量對(duì)菌株產(chǎn)生物表面活性劑的影響
取優(yōu)化碳、氮源后的基礎(chǔ)培養(yǎng)基,將菌株XH-2接種量(V/V,下同)分別設(shè)置為1%、2%、4%、6%、8%,在30℃、160r·min-1條件下?lián)u瓶發(fā)酵2d,取離心后的發(fā)酵液上清液測(cè)定排油圈直徑及表面張力,確定菌株XH-2的最佳接種量。
1.2.5鹽度對(duì)菌株產(chǎn)生物表面活性劑的影響
按4%接種量接種菌株XH-2于添加不同濃度氯化鈉的優(yōu)化后的培養(yǎng)基中,在30℃、160r·min-1條件下?lián)u瓶發(fā)酵2d,取離心后的發(fā)酵液上清液測(cè)定排油圈直徑及表面張力,確定菌株XH-2發(fā)酵培養(yǎng)基的最適鹽度。
1.2.6初始pH值對(duì)菌株產(chǎn)生物表面活性劑的影響
用1mol·L-1HCl溶液或1mol·L-1NaOH溶液調(diào)節(jié)優(yōu)化后的培養(yǎng)基,使其初始pH值分別為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0,在30℃、160r·min-1條件下?lián)u瓶發(fā)酵2d,取離心后的發(fā)酵液上清液測(cè)定排油圈直徑及表面張力,確定菌株XH-2發(fā)酵培養(yǎng)基的最適初始pH值。