劉江紅等

摘要：利用快速篩選方法從大慶采油三廠油田采出水中篩選出高產(chǎn)生物表面活性劑菌株S2，經(jīng)鑒定為芽孢桿菌屬.對S2菌株產(chǎn)生的生物表面活性劑進行提取及純化后，通過離子鑒別實驗及紅外光譜法對其進行定性檢測，確定其種類為非離子型脂肽類.以菌種S2產(chǎn)生的發(fā)酵液的乳化指數(shù)（E24）為指標，通過響應面優(yōu)化方法對S2菌株的培養(yǎng)條件進行優(yōu)化，以接種量、pH值、溫度、搖床轉速為因素優(yōu)化對象進行實驗.在此模型的基礎上，通過二次回歸方程得出最佳值是pH為7.2、溫度為43.5 ℃ 、接種量為5.2%（V/V）、搖床轉速為162 r/min.在優(yōu)化后的最佳培養(yǎng)條件下，測得菌株S2所產(chǎn)生發(fā)酵液的最優(yōu)E24為81.20%.

關鍵詞：發(fā)酵液；紅外光譜法；響應面實驗；乳化；菌株

中圖分類號：TE357 文獻標識碼：A

Abstract：S2 strain that highly produces biosurfactant was screened from the oilfield water of three plants in Daqing Oilfield in the rapid screening method， and the S2 strain was identified as Bacillus sp.. Through FTIR and ion identification test， S2 biosurfactant was identified as nonionic lipopeptide biosurfactant. This experiment treated emulsification index （E24） of S2 strain fermentation broth as the object. Through response surface optimization method， the culture conditions （inoculum， pH， temperature and rotation speed） of the S2 strain were optimized. On the basis of response surface model， the optimum pH value was 7.2 and the temperature was 43.5 ℃， inoculation of 5.2% （V/V）， rotation speed was 162 r/min through the quadratic regression equation. Under the optimal condition， the best E24 of S2 strain fermentation broth was 81.20%.

Key words： fermentation broth； infrared spectral measurements； response surface experiments； emulsification； strain

生物表面活性劑是微生物在一定條件下發(fā)酵產(chǎn)生且具有表面活性的次級代謝產(chǎn)物，其性質為同時具有親油性和親水性[1].生物表面活性劑對疏水性物質具有有效的乳化、潤濕、分散、溶解作用，同時使體系的表/界面張力有所下降[2-3].自然界中存在許多微生物（細菌、真菌等），這些微生物能夠在發(fā)酵培養(yǎng)過程中分泌產(chǎn)生不同種類的生物表面活性劑.現(xiàn)在化學合成的表面活性劑因其造成環(huán)境污染而使其使用面臨著巨大的環(huán)境壓力，生物表面活性劑具有功能的多樣性和對環(huán)境的友好性，且在食品工業(yè)、原油采出、污染環(huán)境的修復等領域中起著越來越重要的作用.

作為一種綜合性優(yōu)化方法，響應面優(yōu)化法結合了數(shù)學方法和統(tǒng)計學方法，主要內容包括優(yōu)化實驗設計、響應曲面分析和擬合優(yōu)化計算3部分，被廣泛地應用在微生物培養(yǎng)條件優(yōu)化和生化反應中[4].本實驗通過BoxBehnken響應面設計的應用對生物表面活性劑高產(chǎn)量菌株S2的發(fā)酵培養(yǎng)條件進行優(yōu)化，以乳化指數(shù)E24為響應值，pH值、溫度、接種量及搖床轉速為其主要影響因素，通過實驗后得到的數(shù)據(jù)并分析各因素的最佳條件，從而提高乳化指數(shù).通過對本實驗模型的3D響應曲面圖和等高線圖的分析，可以直觀地得出各因素與乳化指數(shù)E24的響應關系及各因素間交互作用的顯著程度[5-6].采用DesignExpert 8.0.5軟件進行實驗設計、數(shù)據(jù)處理及模型建立.

1 材料與方法

1.1材料與設備

1.1.1主要設備

XZD3型界面張力儀，上海平軒科學儀器有限公司；超聲細胞破碎儀，賽飛（中國）有限公司；薄層色譜層析缸（100×100），天津市思利達科技有限公司 ；紅外光譜儀，大塚電子（蘇州）有限公司.

1.1.2菌株來源

以快速法為篩選方法，從大慶采油三廠的油田采出水中篩選出高產(chǎn)生物表面活性劑純菌種S2，經(jīng)實驗室一系列生理、生化實驗鑒定后，確定S2菌種為芽孢桿菌屬（Bacillussp.）.

1.1.3培養(yǎng)基

發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L）：葡萄糖20 g，mNaNO3=0.5 g，mKH2PO4=1 g，mNa2HPO4=2 g， mMgSO4=0.02 g，mFeSO4=0.01 g，mNaCl=5 g，mCaCl2=0.08 g，pH值為7.2～7.4，121 ℃滅菌20 min.

1.2實驗方法

1.2.1發(fā)酵液的乳化指數(shù)（E24）測定[7]

將經(jīng)過72 h震蕩培養(yǎng)后的發(fā)酵液用離心機去除菌體細胞，取其5 mL和5 mL液體石蠟混合于比色管中，在100 W的超聲波中進行細胞粉碎處理，待形成白色乳化液后，靜置24 h，測量E24的公式如式（1）所示.