热带假丝酵母菌溶煤培养基的响应面优化

摘要：以热带假丝酵母菌对神府煤進行微生物溶煤实验，依次采用析因实验、最陡爬坡实验和响应面分析实验对溶煤培养基进行优化，并对溶煤产物的紫外可见光谱和红外光谱进行了分析。结果表明：有机氮源更利于溶煤作用，且最佳氮源为酵母粉；葡萄糖、酵母粉浓度和pH对溶煤作用影响显著，其最佳水平分别为8.152，15.759 g/L和7.414，此时的响应值A450达最大值14937，溶煤率为23.03%；氧化煤被转化为深色小分子水溶性物质，与氧化煤的结构相似，溶煤产物中含有醛、酮、羧酸类化合物。

关键词：热带假丝酵母菌；微生物溶煤；响应面法

中图分类号：TQ 536.1

文献标志码： A

Abstract：Biosolubilization tests of Shenfu coal were carried out with Candida tropicalis，single factor experiment，steepest ascent experiment and response surface analysis were used to optimize the medium for coal biosolubilization，and then，chemical properties of biosolubilization products were analyzed.Results show that glucose，yeast extract and pH were the most improtant factors that influence the process of biosolubilization，the optimum level of those three variate were 8.152，15.759 g/L and 7.414，respectively，and the maximum response value （A450） reached 14.937 with an coal biosolubility of 23.03%，oxidized coals were transferred into small molecules of watersoluble substances，and the structure of biosolubilization products is similar to oxidized coal，which have aldehydes，ketones and carboxylic acid compounds.

Key words：Candida tropicalis；coal biosolubilization；response surface methodology

0引言

煤是由埋藏在地层下的古代植物残骸经历了一系列生物化学和物理化学变化而逐渐形成的，因此，煤中仍或多或少的保留着成煤植物残体中的木质素和多环芳烃类物质结构[1-2]。微生物溶煤是利用微生物来实现煤中多环芳烃及其脂肪链的断裂、降解，使煤大分子转化为小分子物质，并最终溶解于水[3-6]。自20世纪80年代有研究者发现一些微生物可将煤溶解为黑色液滴以来，科学工作者对微生物溶煤进行了广泛的研究，为实现煤的洁净高效利用开辟了一条可行之路，具有工艺简单、低能耗、无污染等许多常规处理技术难以比拟的优越性，引起了国内外学者的广泛关注[7-8]。

随着微生物溶煤研究的不断深入，许多科研工作者提出了不同的溶煤机理：碱性溶煤机理[9]、螯合物溶煤机理[10]、表面活性剂溶煤机理[11]、酯酶降解机理[12]和过氧化物酶降解机理[13]等。但无论是何种机理，无外乎是微生物利用培养基中的碳源、氮源、无机盐、微量元素等营养物质，代谢产生一些无机物或者有机物，而这些物质具有溶解或降解煤的特性。因此微生物溶煤研究中培养基的营养物质种类、含量及比例，不仅影响着微生物的代谢过程和胞外物质的分泌，还对于溶煤效果的高低至关重要[14]。

本实验利用热带假丝酵母菌对神府煤进行微生物溶煤实验，以液态溶煤所得黑色发酵液在450 nm处的吸光度为响应值，采用单因素实验筛选出最佳氮源，再利用析因实验和响应面分析实验对溶煤培养基进行优化，采用多元二次回归拟合出方程，从而获得培养基各营养物质的最佳配比，对含有溶煤产物的黑色发酵液加酸沉淀，获得溶煤产物，并对溶煤产物进行紫外和红外光谱分析。

1材料与方法

1.1实验菌种

实验所用菌种，热带假丝酵母菌（Candida tropicalis，CICC 1463）为球状真菌，具有较强的降解苯酚和脂肪烃的能力，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心（CICC），采取甘油保藏法将菌种保存于-4 ℃冰箱中。

1.2煤样

实验用煤样为神府长焰煤，首先将煤粒用圆盘式粉碎机粉碎，再筛分得到不同粒度级的原煤，选择粒度级为0.045～0.075 mm的原煤进行氧化预处理，获得实验所用的氧化煤样。神府原煤以及氧化煤的工业分析和元素分析见表1.

从表1可以看出神府煤原煤的干燥基灰分为6.03%，干燥无灰基挥发分为38.12%，属于低灰分、高挥发分煤。经硝酸氧化处理后煤样灰分显著降低，挥发分显著升高，这可能是由于煤样中的矿物质在酸的作用下分解，并以离子的形式溶解出来，并且煤的大分子在一定程度上被氧化，使低挥发分小分子物质增多，碳含量和氢含量降低，氧含量和氮含量显著升高。

1.3培养基及培养条件

斜面培养基（g/L）：马铃薯200，葡萄糖20，琼脂20，pH自然。30 ℃培养3～5 d.

种子及发酵培养基（g/L）：葡萄糖20，酵母粉10，蛋白胨20，KH2PO45，pH自然。