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耐高温采油菌株ZY-1:碳源对发酵液表面张力的影响

来源:中国酿造 浏览 57 次 发布时间:2024-07-10

微生物采油(microbial enhanced oil recovery,MEOR)是通过向油藏注入微生物及营养源,或单独注入营养物质激活内源微生物,使微生物快速生长繁殖和合成代谢产物来提高石油采收率[1]。期间,微生物及其代谢产物能改变原油组成及其黏度和流动性,增大油层压力和扫油面积[2]。


碳源对MEOR有重要影响[3]。研究表明,补加糖类碳源可以促进采油微生物生长繁殖,降低原油利用率[4]。李清心等[5]以芽孢杆菌L-32利用原油产生的酸性代谢产物,降低原油黏度,补加葡萄糖会加快菌体生长,提高原油采收率。包木太等[6]利用5%淀粉水解液可以对油藏内源有益采油菌烃类氧化菌(hydrocarbon-oxidizing bacteria,HOB)有较好的激活效果,菌体能维持较长的平稳期并同时产酸和产表面活性物质,从而增加油层压力,降低原油黏度以及原油/岩石体系界面张力,提高残油采收率。于海威等[7]在45℃厌氧筛选的驱油菌株SF67可以利用原油快速生长,降解饱和烷烃,降低含蜡量及界面张力,促进原油采收。


深层油藏温度较高,筛选耐高温菌种及适宜营养尤为重要[8]。利用微生物产生的表面活性剂提高原油采收率有很好的应用前景[9]。前期研究发现芽孢杆菌属耐高温采油菌株ZY-1能产糖脂类阴离子表面活性剂[10]。本实验主要研究该菌株利用不同碳源生长、产表面活性物质以及对不同碳源的利用进行比较分析,为深入研究和应用提供参考。


实验菌株


节杆菌属(Arthrobacter sp.)菌株ZY-1:分离自辽河油田原油,在200 g/L甘油中于-80℃冰箱中保存。


化学试剂


木糖、葡萄糖、石油醚、环己烷(均为分析纯):天津科密欧化学试剂有限公司;液体石蜡、淀粉(化学纯):天津市博迪化工有限公司。


仪器与设备


CR21G高速冰冻离心机:日本日立公司;WFJ 7200型可见光分光光度计:上海尤尼柯仪器有限公司;表面张力仪:芬兰Kibron;GC-8900气相色谱仪:山东滕州经纬分析仪器有限责任公司。


方法


菌种活化及种子液的制备


将-80℃储存的菌种接于斜面培养基,于60℃活化24 h,得活化菌种。在种子培养基中接入2环/100 mL活化菌种,在60℃培养24 h,得液体种子。


菌株对不同碳源的利用效果


分别在不同碳源(石蜡2 g/L、木糖2 g/L+石蜡2 g/L、葡萄糖2 g/L+石蜡2 g/L、淀粉2 g/L+石蜡2 g/L)的发酵培养基接入5%液体种子,60℃静置培养7 d。每天定时取样测定发酵液的菌体密度(OD600nm值),上清液的表面张力、乳化活性及石蜡的含量。


测定方法


表面张力:以表面张力仪测定。将弃油相发酵液3 000×g离心20 min,用表面张力仪测上清液表面张力。


不同碳源对发酵液表面张力的影响


由图1可知,以石蜡为碳源时,发酵液表面张力在发酵2 d时降55.45 mN/m,发酵2~3 d时上升至62.6 mN/m,发酵7 d时发酵液表面张力降至52.3 mN/m;以木糖+石蜡为培养基碳源时,发酵液在发酵2 d时表面张力快速下降,且整个发酵过程表面张力较低,在发酵7 d时发酵液表面张力降至50.45 mN/m;以葡萄糖+石蜡、淀粉+石蜡为碳源时,发酵液表面张力均在发酵3 d时降至最低,分别为45.9 mN/m、43.8 mN/m,发酵7 d时,表面张力分别降至49.5 mN/m、47.9 mN/m。因此,淀粉+石蜡为碳源时最利于发酵液表面张力的降低,效果最好。

图1碳源对发酵液表面张力的影响


讨论


耐高温采油菌株ZY-1以石蜡为唯一碳源进行生长繁殖,产生的表面活性剂很少,加入糖类碳源可以促进产物生成,表现在发酵液表面张力更低,乳化活性更高。同菌属菌株23-1产脂肽类阴离子表面活性剂,也有相同的实验结果[17]。本研究石蜡分别与木糖、葡萄糖以及淀粉的混合碳源可不同程度的减慢菌株对石蜡的利用率,促进生物表面活性剂合成效果明显,使发酵上清液表面张力降至更低,乳化活性更高。在菌株Geobacillus toebii R-32639的采油模型中添加淀粉等营养源,可使原油表面张力降低25.3%,改善原油的流动能力,提高采收率[20]。本研究混合碳源发酵液的表面张力较之降低幅度更大,减慢发酵过程对原油的消耗,故有利于石油采收。


结论


补加碳源与单一石蜡作为培养基碳源相比更有利于促进菌株代谢环境的表面张力降低以及乳化活性升高,其中木糖-石蜡碳源有利于促进细胞生长OD600nm值为0.77,减少了11%的石蜡消耗,并且表面张力降至最低49.5 mN/m,乳化活性高达61.3%。葡萄糖-石蜡以及淀粉-石蜡碳源不能明显促进细胞生长,但在发酵前期能减慢对石蜡的利用,明显促进生物表面活性剂的合成。