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耐高溫采油菌株ZY-1：碳源對發(fā)酵液表面張力的影響
來源：中國釀造 瀏覽 1107 次 發(fā)布時間:2024-07-10
微生物采油（microbial enhanced oil recovery，MEOR）是通過向油藏注入微生物及營養(yǎng)源，或單獨(dú)注入營養(yǎng)物質(zhì)激活內(nèi)源微生物，使微生物快速生長繁殖和合成代謝產(chǎn)物來提高石油采收率[1]。期間，微生物及其代謝產(chǎn)物能改變原油組成及其黏度和流動性，增大油層壓力和掃油面積[2]。
碳源對MEOR有重要影響[3]。研究表明，補(bǔ)加糖類碳源可以促進(jìn)采油微生物生長繁殖，降低原油利用率[4]。李清心等[5]以芽孢桿菌L-32利用原油產(chǎn)生的酸性代謝產(chǎn)物，降低原油黏度，補(bǔ)加葡萄糖會加快菌體生長，提高原油采收率。包木太等[6]利用5%淀粉水解液可以對油藏內(nèi)源有益采油菌烴類氧化菌（hydrocarbon-oxidizing bacteria，HOB）有較好的激活效果，菌體能維持較長的平穩(wěn)期并同時產(chǎn)酸和產(chǎn)表面活性物質(zhì)，從而增加油層壓力，降低原油黏度以及原油/巖石體系界面張力，提高殘油采收率。于海威等[7]在45℃厭氧篩選的驅(qū)油菌株SF67可以利用原油快速生長，降解飽和烷烴，降低含蠟量及界面張力，促進(jìn)原油采收。
深層油藏溫度較高，篩選耐高溫菌種及適宜營養(yǎng)尤為重要[8]。利用微生物產(chǎn)生的表面活性劑提高原油采收率有很好的應(yīng)用前景[9]。前期研究發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌屬耐高溫采油菌株ZY-1能產(chǎn)糖脂類陰離子表面活性劑[10]。本實(shí)驗(yàn)主要研究該菌株利用不同碳源生長、產(chǎn)表面活性物質(zhì)以及對不同碳源的利用進(jìn)行比較分析，為深入研究和應(yīng)用提供參考。
實(shí)驗(yàn)菌株
節(jié)桿菌屬（Arthrobacter sp.）菌株ZY-1：分離自遼河油田原油，在200 g/L甘油中于-80℃冰箱中保存。
化學(xué)試劑
木糖、葡萄糖、石油醚、環(huán)己烷（均為分析純）：天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；液體石蠟、淀粉（化學(xué)純）：天津市博迪化工有限公司。
儀器與設(shè)備
CR21G高速冰凍離心機(jī)：日本日立公司；WFJ 7200型可見光分光光度計(jì)：上海尤尼柯儀器有限公司；表面張力儀：芬蘭Kibron；GC-8900氣相色譜儀：山東滕州經(jīng)緯分析儀器有限責(zé)任公司。
方法
菌種活化及種子液的制備
將-80℃儲存的菌種接于斜面培養(yǎng)基，于60℃活化24 h，得活化菌種。在種子培養(yǎng)基中接入2環(huán)/100 mL活化菌種，在60℃培養(yǎng)24 h，得液體種子。
菌株對不同碳源的利用效果
分別在不同碳源（石蠟2 g/L、木糖2 g/L＋石蠟2 g/L、葡萄糖2 g/L＋石蠟2 g/L、淀粉2 g/L＋石蠟2 g/L）的發(fā)酵培養(yǎng)基接入5%液體種子，60℃靜置培養(yǎng)7 d。每天定時取樣測定發(fā)酵液的菌體密度（OD600nm值），上清液的表面張力、乳化活性及石蠟的含量。
測定方法
表面張力：以表面張力儀測定。將棄油相發(fā)酵液3 000×g離心20 min，用表面張力儀測上清液表面張力。
不同碳源對發(fā)酵液表面張力的影響
由圖1可知，以石蠟為碳源時，發(fā)酵液表面張力在發(fā)酵2 d時降55.45 mN/m，發(fā)酵2～3 d時上升至62.6 mN/m，發(fā)酵7 d時發(fā)酵液表面張力降至52.3 mN/m；以木糖＋石蠟為培養(yǎng)基碳源時，發(fā)酵液在發(fā)酵2 d時表面張力快速下降，且整個發(fā)酵過程表面張力較低，在發(fā)酵7 d時發(fā)酵液表面張力降至50.45 mN/m；以葡萄糖＋石蠟、淀粉＋石蠟為碳源時，發(fā)酵液表面張力均在發(fā)酵3 d時降至最低，分別為45.9 mN/m、43.8 mN/m，發(fā)酵7 d時，表面張力分別降至49.5 mN/m、47.9 mN/m。因此，淀粉＋石蠟為碳源時最利于發(fā)酵液表面張力的降低，效果最好。
圖1碳源對發(fā)酵液表面張力的影響
討論
耐高溫采油菌株ZY-1以石蠟為唯一碳源進(jìn)行生長繁殖，產(chǎn)生的表面活性劑很少，加入糖類碳源可以促進(jìn)產(chǎn)物生成，表現(xiàn)在發(fā)酵液表面張力更低，乳化活性更高。同菌屬菌株23-1產(chǎn)脂肽類陰離子表面活性劑，也有相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[17]。本研究石蠟分別與木糖、葡萄糖以及淀粉的混合碳源可不同程度的減慢菌株對石蠟的利用率，促進(jìn)生物表面活性劑合成效果明顯，使發(fā)酵上清液表面張力降至更低，乳化活性更高。在菌株Geobacillus toebii R-32639的采油模型中添加淀粉等營養(yǎng)源，可使原油表面張力降低25.3%，改善原油的流動能力，提高采收率[20]。本研究混合碳源發(fā)酵液的表面張力較之降低幅度更大，減慢發(fā)酵過程對原油的消耗，故有利于石油采收。
結(jié)論
補(bǔ)加碳源與單一石蠟作為培養(yǎng)基碳源相比更有利于促進(jìn)菌株代謝環(huán)境的表面張力降低以及乳化活性升高，其中木糖-石蠟碳源有利于促進(jìn)細(xì)胞生長OD600nm值為0.77，減少了11%的石蠟消耗，并且表面張力降至最低49.5 mN/m，乳化活性高達(dá)61.3%。葡萄糖-石蠟以及淀粉-石蠟碳源不能明顯促進(jìn)細(xì)胞生長，但在發(fā)酵前期能減慢對石蠟的利用，明顯促進(jìn)生物表面活性劑的合成。