微生物采油（microbial enhanced oil recovery，MEOR）是通過向油藏注入微生物及營養源，或單獨注入營養物質激活內源微生物，使微生物快速生長繁殖和合成代謝產物來提高石油采收率[1]。期間，微生物及其代謝產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，補加糖類碳源可以促進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利用原油產生的酸性代謝產物，降低原油黏度，補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期并同時產酸和產表面活性物質，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，促進原油采收。

深層油藏溫度較高，篩選耐高溫菌種及適宜營養尤為重要[8]。利用微生物產生的表面活性劑提高原油采收率有很好的應用前景[9]。前期研究發現芽孢桿菌屬耐高溫采油菌株ZY-1能產糖脂類陰離子表面活性劑[10]。本實驗主要研究該菌株利用不同碳源生長、產表面活性物質以及對不同碳源的利用進行比較分析，為深入研究和應用提供參考。

實驗菌株

節桿菌屬（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。

化學試劑

木糖、葡萄糖、石油醚、環己烷（均為分析純）：天津科密歐化學試劑有限公司；液體石蠟、淀粉（化學純）：天津市博迪化工有限公司。

儀器與設備

CR21G高速冰凍離心機：日本日立公司；WFJ 7200型可見光分光光度計：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：山東滕州經緯分析儀器有限責任公司。

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基，于60℃活化24 h，得活化菌種。在種子培養基中接入2環/100 mL活化菌種，在60℃培養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）的發酵培養基接入5%液體種子，60℃靜置培養7 d。每天定時取樣測定發酵液的菌體密度（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。

不同碳源對發酵液表面張力的影響

由圖1可知，以石蠟為碳源時，發酵液表面張力在發酵2 d時降55.45 mN/m，發酵2～3 d時上升至62.6 mN/m，發酵7 d時發酵液表面張力降至52.3 mN/m；以木糖＋石蠟為培養基碳源時，發酵液在發酵2 d時表面張力快速下降，且整個發酵過程表面張力較低，在發酵7 d時發酵液表面張力降至50.45 mN/m；以葡萄糖＋石蠟、淀粉＋石蠟為碳源時，發酵液表面張力均在發酵3 d時降至最低，分別為45.9 mN/m、43.8 mN/m，發酵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酵液表面張力的降低，效果最好。

圖1碳源對發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行生長繁殖，產生的表面活性劑很少，加入糖類碳源可以促進產物生成，表現在發酵液表面張力更低，乳化活性更高。同菌屬菌株23-1產脂肽類陰離子表面活性劑，也有相同的實驗結果[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，促進生物表面活性劑合成效果明顯，使發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]。本研究混合碳源發酵液的表面張力較之降低幅度更大，減慢發酵過程對原油的消耗，故有利于石油采收。

結論

補加碳源與單一石蠟作為培養基碳源相比更有利于促進菌株代謝環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細胞生長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61.3%。葡萄糖-石蠟以及淀粉-石蠟碳源不能明顯促進細胞生長，但在發酵前期能減慢對石蠟的利用，明顯促進生物表面活性劑的合成。