生物抑尘剂的合成及其性能探究

表面活性素 Surfactin 是枯草芽孢杆菌的次级代谢产物之一，具有亲水亲油特性，在极低的浓度下即可显著降低极性溶剂表面张力。与其他表面活性剂相比，Surfactin 具有更优异的表面性能和恶劣环境耐受能力，兼备加工、使用无污染的优势，具有深刻的科研意义和广阔的工农业领域运用前景。
本文利用枯草芽孢杆菌标准菌株 BNCC.189983 发酵生产表面活性素 Surfactin，通过 BA 平板筛选 Surfactin 高产菌株，利用 Design Expert 软件分析高产菌株最优发酵条件。采用酸化沉淀→超声萃取→减压蒸发的技术手段从发酵液中提纯表面活性素 Surfactin。根据纯化表面活性素的红外光谱及 HPCL-MS 分析探究其分子结构，并通过测试一定浓度 Surfactin 溶液的表面张力、耐温能力、耐酸碱能力及耐盐能力探究其表面性能与环境耐受能力。最后测试 Surfactin 复配溶液在磁场作用下的表面张力和接触角，探究磁场对 urfactin 表面性能改善的原因。
表面活性素 Surfactin 高产菌株筛选研究表明，枯草芽孢杆菌 BNCC.189983在 NA 平板活化特征明显，活化菌株扩大培养后转接 BAB 平板，筛选出溶血环相对面积最大的菌株 B3，转接中性 Landy 培养基，接种量 3%，在摇床参数 37℃、180 r/min 下培养 48 h 后，从 50 ml 发酵液中收集到了表面活性素 Surfactin 共计51.5 mg，验证了 B3 菌株产表面活性素 Surfactin 的能力。
基于 Design Expert 的响应面优化法 RSM 关于产 Surfactin 菌株 B3 发酵条件优化的研究表明，发酵液 Surfactin 产量 Yield(g/L)与温度-A(℃)、 pH-B 值、摇床转速-C(r/min)、接种量-D(v/v,%)、装液量-E(ml)呈二次关系，预测在发酵参数Temp=37.56℃、pH=7.99、Rocking speed=220 r/min、Inoculation quantity=2.17%、Volume of culture media=59.89 ml 时，表面活性素产能最大，达 1.95 g/L，并通过极端环境下的发酵动力特性研究推测外部环境对 Surfactin 产量造成影响的原因。
表面活性素 Surfactin 的化学性质及分子结构检测研究表明，Surfactin 遇酸性亚甲基蓝、溴酚蓝均无显色反应，茚三酮检验呈阳性，证明 Surfactin 为非离子型脂肽类试剂，结合红外光谱分析和高效液相色谱-质谱分析，揭示了 Surfactin的分子结构，是一种以长链烷基为疏水基团、以肽环为亲水基团的长链环状脂多肽表面活性剂。
表面活性素 Surfactin 的理化特性研究表明，Sufactin 具有优异的表面性能和一定的恶劣环境耐受能力，在 30 mg/L 的浓度下即可达到临界胶束浓度，溶液表明张力仅为 26.4 mN·m -1 。此外，Surfactin 在临界胶束状态下具有较强的稳定性，在温度范围 5-80℃、pH 范围 2-12 或 NaCl 浓度范围 0-30%范围内，溶液表面张力均无明显变化，表面性质维持相对稳定。
磁化 Surfactin 改性研究表明，Surfactin 与 SDBS 按照 1:3 比例复配而成的溶液 AS，在 0.0014% w/w 浓度下，表面张力为 28.78 mN·m -1 ，与煤尘接触角为29.43°。而 0.0007% w/w 的 AS 溶液在磁感应强度为 750 Gs 的均匀磁场下磁化15min，溶液表面张力从原来的 30.22 mN·m -1 降低到 28.38 mN·m -1 ，与煤尘接触角为 28.76°，润湿能力略高于 0.0014%的 AS 溶液。表明磁化作用下，Surfactin溶液表面活性有一定程度的提高，在更低的浓度下即可达到与原溶液相近的润湿能力，减少了用量，节约了抑尘剂的使用成本。同时研制小计量流体磁化装置一套，解决了传统磁化装置诸多弊病，有利于磁化实验的展开。

关键词：表面活性素；枯草芽孢杆菌；响应面优化法；结构检测；磁化改性

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