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黄原胶和瓜尔胶降解菌的筛选

作　者: 董文坤
导　师: 乔建军
学　校: 天津大学
专　业: 制药工程
关键词: 黄原胶瓜尔胶多糖降解寡糖酶破胶筛选
分类号: TE39
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

黄原胶和瓜尔胶是在石油开采过程中重要的工作液增稠剂,对其有效的降解或降粘即破胶是石油开采过程的关键工序。高温油田一般采用化学氧化剂破胶,对于低温油田,采用化学方法破胶效率较低,而且带来严重的环境和地质破坏。生物酶法则提供了一条安全、有效的破胶途径。筛选能够有效降解黄原胶和瓜尔胶的微生物和获得高效、稳定的具有破胶能力的酶是开发酶破胶剂的前提。另外,由于低聚糖和寡糖具有抑菌、抗肿瘤、改善微生态等多种生理活性,黄原胶和瓜尔胶降解菌的筛选,能够为黄原胶寡糖和瓜尔胶寡糖的生产和活性研究提供有效的酶的来源。为了解决低温油田的破胶难题,开发针对低温油田有效的酶破胶剂,分离到能够降解黄原胶和瓜尔胶形成寡糖的酶,本课题通过大量的筛选工作,从土壤中筛选出X1,X2,X4,X11四株具有一定黄原胶降解利用能力的微生物和两株能够高效降解瓜尔胶的菌G3和G5。初步鉴定X1,X2,X4,X11和G5为霉菌,而G3为革兰氏阴性细菌。X1,X2,X4,X11四株菌在黄原胶培养基中发酵时,培养基的黏度下降较慢,降粘作用并不高效。通过对一株降粘效果相对优良并能够耐高温(45℃)的X4的培养条件进行优化,发现培养基使用有机氮源,初始pH值为6.0,培养温度在30℃时降粘作用都有较大提高,发酵60h的培养基相对黏度降为原有的20%。X4经过紫外诱变后,从中筛选得到黄原胶降解能力更强的两个突变菌株X4.14和X4.15,发酵60h后培养基相对黏度降到了原来的13.4%和13.1%,降粘能力有了进一步的提高。对X4的初步的降解机理研究发现,X4发酵液能够改变黄原胶底物粘性和透明度。质谱和层析实验表明,发酵过程生成透明的多糖液可能是由于黄原胶侧链末端的丙酮酸化甘露糖基被降解所致。而且由于在发酵过程中没有检测到还原糖,黏度缓慢下降,推测该菌可能还产生一种降解主链的酶,可能为纤维素酶,但酶活较低。由此推测,X4先通过某种酶将黄原胶侧链末端甘露糖基消去,使得黄原胶稳定的侧链缠绕主链的双螺旋构象破坏,再由纤维素酶将主链缓慢水解。筛选得到的能降解瓜尔胶的两株菌G3和G5都表现了很好的降粘效果。G3和G5分别在36h和24h内将相对粘度约为6.5瓜儿胶培养基的黏度都降到1左右。实验表明,这两种菌都可能大量分泌能够高效降解瓜尔胶的内切酶,能够在较短的时间内将瓜尔胶水解。氮源利用实验表明,G3能够很好的利用蛋白胨,菌体生长较快,发酵液的还原糖生成的效率和含量上都优于其他试验氮源,而对于G5,生理酸性盐NH4Cl使得发酵液pH值在36h迅速下降到3.0以下,发酵液中的还原糖量也被耗尽。进一步实验表明,G5能够耐受pH值为3.0的酸性环境。因此可以说明,NH4Cl为G5的最佳氮源,以NH4Cl为氮源时,还原糖量被耗尽是由于菌体大量生长的缘故。在研究pH值对G3和G5的影响时发现,G3适宜生长培养基为中偏碱性,发酵的最佳初始pH值为8.0;G5适宜生长培养基为中偏酸性,发酵的最佳初始pH值为6.0。G3和G5分别具有的耐碱和耐酸的性质,而且都能耐受45℃的高温,其酶具有开发为不同油田环境下的酶破胶剂的可能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
前言  10-11
第一章文献综述  11-28
  1.1 黄原胶、瓜尔胶及其在石油工业中应用  11-18
    1.1.1 黄原胶及其性质  11-13
      1.1.1.1 黄原胶简介  11-12
      1.1.1.2 黄原胶的理化性质  12-13
    1.1.2 瓜尔胶及其性质  13-15
      1.1.2.1 瓜尔胶简介  13-14
      1.1.2.2 瓜尔胶的理化性质  14-15
    1.1.3 黄原胶和瓜尔胶在石油开采中应用  15-18
      1.1.3.1 压裂采油技术与EOR驱油技术  15-16
      1.1.3.2 黄原胶在石油开采中应用  16-17
      1.1.3.3 瓜尔胶在石油开采中应用  17-18
  1.2 黄原胶和瓜尔胶的降解-破胶技术  18-20
    1.2.1 黄原胶和瓜尔胶降解的必要性与现状  18-19
    1.2.2 生物破胶的必要性  19-20
  1.3 多糖水解酶的研究现状  20-25
    1.3.1 植物多糖和微生物多糖及其水解酶概况  20
    1.3.2 纤维素的生物降解  20-22
    1.3.3 藻酸盐的生物降解  22-23
    1.3.4 结冷胶的生物降解  23
    1.3.5 黄原胶的降解研究现状  23-25
    1.3.6 瓜尔胶的生物降解研究现状  25
    1.3.7 多糖水解酶的开发现状  25
  1.4 低聚糖和寡糖的生理活性  25-27
  1.5 研究内容与目的  27-28
第二章一株黄原胶的生物降解菌的选育与降解机理初探  28-53
  2.0 引言  28
  2.1 材料与方法  28-38
    2.1.1 试剂与材料  28-29
    2.1.2 仪器与设备  29
    2.1.3 实验方法  29-38
      2.1.3.1 主要试剂的配制  29-30
      2.1.3.2 主要测量方法  30-33
      2.1.3.3 培养基  33
      2.1.3.4 黄原胶降解微生物的富集  33-34
      2.1.3.5 高效菌株的平板分离与筛选  34
      2.1.3.6 菌株纯化、富筛和保藏  34
      2.1.3.7 筛选出的菌株进行发酵实验  34
      2.1.3.8 菌株的耐高温实验  34
      2.1.3.9 菌株的多糖降解利用实验  34-35
      2.1.3.10 最优菌种X4 的发酵特性研究  35-36
      2.1.3.11 X4 的紫外诱变育种  36-37
      2.1.3.12 X4 发酵液（粗酶液）的性质研究  37
      2.1.3.13 发酵过程中黄原胶变化研究  37-38
  2.2 结果与讨论  38-52
    2.2.1 初筛菌种库的建立  38-39
    2.2.2 高效菌株的筛选  39-43
      2.2.2.1 4 株黄原胶降解菌的黄原胶降解能力考察  39-41
      2.2.2.2 4 株黄原胶降解菌的耐高温实验  41-42
      2.2.2.3 4 株黄原胶降解菌的的多糖降解利用实验  42
      2.2.2.4 优良菌株确定及形态观察  42-43
    2.2.3 X4 的发酵特性研究  43-47
      2.2.3.1 X4 碳源利用能力  43-44
      2.2.3.2 不同氮源对X4 发酵特性的影响  44-45
      2.2.3.3 发酵液初始pH值对X4 发酵的影响  45-46
      2.2.3.4 培养温度X4 发酵的影响  46
      2.2.3.5 优化培养条件下发酵特性  46-47
    2.2.4 X4 的紫外诱变育种  47-49
      2.2.4.1 诱变方法的建立  47-48
      2.2.4.2 诱变菌株的筛选  48-49
      2.2.4.3 诱变菌株X4.14 和X4.15 的发酵实验  49
    2.2.5 X4 发酵液与黄原胶底物溶液的作用  49-50
    2.2.6 黄原胶在X4 发酵过程中的变化分析  50-52
  2.3 本章小结  52-53
第三章瓜尔胶的生物降解菌的筛选  53-68
  3.0 引言  53
  3.1 材料和方法  53-57
    3.1.1 试剂与材料  53
    3.1.2 仪器与设备  53
    3.1.3 实验方法  53-57
      3.1.3.1 主要试剂的配制  53-54
      3.1.3.2 主要测量方法  54
      3.1.3.3 培养基  54-55
      3.1.3.4 瓜尔胶降解微生物的富集  55
      3.1.3.5 高效菌株的平板分离与筛选  55
      3.1.3.6 菌株纯化和保藏  55-56
      3.1.3.7 菌种库的菌株的瓜尔胶降解实验  56
      3.1.3.8 菌种库的菌株的耐高温实验  56
      3.1.3.9 高效菌株的确定及其形态观察  56
      3.1.3.10 高效菌株G3 和G5 的发酵特性研究  56-57
  3.2 结果与讨论  57-66
    3.2.1 建立初筛的菌种库  57
    3.2.2 优良瓜尔胶降解菌株的筛选  57-59
      3.2.2.1 8 株瓜尔胶降解菌的瓜尔胶降解能力考察实验  57-58
      3.2.2.2 8 株瓜尔胶降解菌的耐高温实验  58
      3.2.2.3 优良菌株的确定及显微观察  58-59
    3.2.3 G3 和G5 的发酵特性研究  59-66
      3.2.3.1 G3 和G5 液态培养时的发酵液的黏度和还原糖变化  59-60
      3.2.3.2 不同氮源对G3 和G5 液态培养影响  60-63
      3.2.3.3 不同初始pH值对G3 和G5 液态培养影响  63-66
  3.3 本章小结  66-68
第四章结论与展望  68-70
参考文献  70-75
发表论文和参加科研情况说明  75-76
致谢  76

黄原胶和瓜尔胶降解菌的筛选

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