糖基双子阳离子表面活性剂杀菌性能

2019-03-09杨许召陈玉菲邹文苑

日用化学工业 2019年2期

王军，杨许召，陈玉菲，邹文苑

（郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州 450002）

随着国内三次采油的不断扩大，油田采出水须经过深度处理后才能排放或者回注。因此，大力发展水处理剂对保护环境和节约水资源有着重要的作用。目前，表面活性剂在油田开采中得到广泛应用，同时开发“一剂多效”、性能优异、绿色无污染、价格低廉的表面活性剂是今后表面活性剂在水处理方面的发展方向[1]。而糖基双子阳离子表面活性剂（SGCS）及糖基阳离子表面活性剂（SCS）原料来源绿色无污染，且其不但有杀菌作用而且还能降低水的表面张力，去除污垢，具有“一剂多效”的特点，是水处理用的理想产品。本文采用滤纸法测定系列SGCS和SCS对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌圈，对不同碳链的产品的抑菌性能进行分析。采用绝迹稀释法测定SGCS和SCS对硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌（FEB）、腐生菌菌群（TGB）的杀菌性能，采用平皿法测定SGCS和SCS对禾谷镰刀菌和大肠杆菌的杀菌性能，并对其杀菌机理进行分析。

1 实验部分

1. 1 主要试剂与仪器

SGCS，w=99.1%，实验室自制[2]；SCS，w=99.5%，实验室自制[3]；大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和禾谷镰刀菌，郑州大学第一附属医院；胰蛋白胨、琼脂粉、牛肉膏、SRB测试瓶、FEB测试瓶、TGB测试瓶，郑州沃特测试技术有限公司；回注水采自南阳油田。

FA2004A电子天平，上海精天电子仪器有限公司；TS-322控温摇床培养箱，上海世平实验设备有限公司；LDZX-30KBS立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械有限公司；超净工作台，苏州其嘉净化设备有限公司；A200242恒温生化培养箱，上海仪纯实业有限公司。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 滤纸片法测定抑菌圈[4]

将配制好灭过菌的固体琼胶培养基熔化后倒入培养皿中，每皿20 mL，待冷却凝固后，用无菌吸管分别加入0.1 mL大肠杆菌或金黄色葡萄球菌的悬液（菌体含量为1×105～1×106CFU/mL），用无菌涂布器将菌液涂布均匀，制成含菌平板。选择吸水性强的定性滤纸，用打孔器打成若干直径为6 mm的圆形滤纸片，分装于洁净干燥的小培养皿内，干热灭菌后，浸在表面活性剂溶液中，用无菌镊子镊取浸有表面活性剂溶液的滤纸片贴在含菌平板上，每个培养皿放置3个纸片。放入培养箱于37 ℃恒温倒置培养24 h，取出后测定滤纸片抑菌圈直径大小，比较抑菌效果。

1. 2. 2 绝迹稀释法测定原水中的细菌数

采用SY/T0532—93《油田注入水细菌分析方法——绝迹稀释法》，对河南南阳油田回注水水样中的SRB，FEB和TGB的数量进行测定。将水样注入准备好的细菌测试瓶中分别培养7 d后，根据溶液颜色的变化来判断测试瓶中是否有细菌生长。硫酸盐还原菌测试瓶中的液体变黑或有黑色沉淀，均表示有硫酸盐还原菌生长。腐生菌测试瓶中的液体由红色变为黄色，或原液体由清澈透明变为浑浊不透明，均表示有腐生菌生长。铁细菌测试瓶中的液体出现黄色或棕色胶体，或原液体的红棕色消失变为透明清澈者，均表示有铁细菌生长。

通过绝迹稀释法实验之后，根据测试瓶颜色的变化对原水中的细菌数目进行计数，列于表1，其中“+”表示有细菌生长，“-”表示无细菌生长。实验结果可作为空白对照。

表 1 原水中的细菌数目Tab. 1 The bacterial population in raw water

1. 2. 3 绝迹稀释法测定杀菌剂对水样的杀菌率

参考文献[5]的杀菌实验方法，将杀菌剂与含菌水样在室温下接触一定时间后，将杀菌剂处理过的水样注入准备好的细菌测试瓶中，在35 ℃下培养7 d，按照绝迹稀释法测定原水中的细菌数的方法测定残留细菌数，计算杀菌率。

1. 2. 4 平皿法测定杀菌剂对水样的杀菌率

采用GB/T 14643.3——2009方法，在菌液中加入一定含量的杀菌剂并接触1 h，取处理过的菌液100 μL，加入含有培养基的培养皿中使用涂布棒涂布，之后放入培养箱中，其中细菌的培养温度为37 ℃，真菌的培养温度为28 ℃，24 h以后观察结果。其中大肠杆菌培养基为LB培养基，禾谷镰刀菌培养基为PDA培养基。

2 结果与讨论

2. 1 抑菌性能

用以琼胶为培养液的滤纸片法研究了SGCS及SCS在pH=7.2时对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）及革兰氏阴性菌（大肠杆菌）的抑菌活性，抑菌圈数据见表2。

表 2 不同碳链长度SGCS和SCS的抑菌圈Tab. 2 In hibition zone of SGCS and SCS with different carbon chain length

由表2可知，SGCS和SCS对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有明显的抑菌作用。随着碳链的增长，SGCS及SCS对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌圈先增大后减小，烷基为十二个碳时抑菌效果最好，与文献[6]报道相似。相同碳链时SGCS的抑菌圈要比SCS的抑菌圈大，从分子结构上分析这是因为相同碳链长度时，SGCS是由丙基连接了两个季铵基团的双子阳离子表面活性剂，比单一季铵基团的阳离子表面活性剂SCS具有更高的电荷密度，更易于通过电荷吸引和疏水作用更有效地吸附到细菌表面[7]，使酶失去活性和蛋白质变性，从而直接影响细菌细胞正常功能，损坏控制细胞渗透性的原生质膜，使细胞充涨或者干枯死亡[8]。

图 1 杀菌剂质量浓度对杀菌率的影响Fig. 1 Effects of the mass concentration of bactericides on bactericidal rate

图 2 作用时间对杀菌率影响Fig. 2 Effects of action time on bactericidal rate

2. 2 杀菌性能

2. 2. 1 杀菌剂质量浓度对杀菌性能的影响

分别配制质量浓度为15，20，25和50 mg/L的C12-SGCS和C12-SCS水溶液，通过绝迹稀释法，考察不同质量浓度C12-SGCS和C12-SCS对SRB，FEB和TGB的杀菌率，结果如图1所示。

由图1可以看出，随着杀菌剂质量浓度的增加杀菌率升高。15 mg/L时C12-SGCS对SRB，FEB和TGB的杀菌率均达到99%以上，C12-SCS对SRB，FEB和TGB的杀菌率也达到94%以上。随着杀菌剂质量浓度的进一步增大杀菌率增加很快，当杀菌剂质量浓度为25 mg/L时，C12-SGCS和C12-SCS对SRB，FEB和TGB的杀菌率均达到了100%，随着杀菌剂质量浓度的增大，与细菌接触的几率增大，杀菌效果越好[9]。C12-SGCS的杀菌能力优于C12-SCS，C12-SGCS质量浓度为15 mg/L时即可达到油田回用水杀菌率大于97%的要求。

2. 2. 2 作用时间对杀菌性能的影响

用20 mg/L的 C12-SGCS与不同细菌相互作用，不同作用时间处理后继续培养细菌，作用时间对杀菌性能的影响结果如图2所示。

由图2可以看出，细菌与C12-SGCS的作用时间对杀菌性能有一定的影响。随着作用时间的增加，杀菌率有明显的增大。但在作用时间45 min以后再延长到1 h，随着作用时间的延长杀菌率增加不明显。

2. 2. 3 菌种对杀菌性能的影响

以杀菌剂C12-SGCS和C12-SCS为例，分别测定了不同质量浓度时其对细菌（E.coil，TGB，SRB和FEB）和真菌（禾谷镰刀菌）的杀菌率，结果如图3所示。

从图3中可以看出，同一种杀菌剂在相同质量浓度下对不同的菌种的杀菌率不同。低质量浓度时，相比大肠杆菌及禾谷镰刀菌，C12-SGCS及C12-SCS对油田污水中的SRB，FEB和TGB的杀菌率更高些，具有良好的杀菌性能。而对于具有复杂结构的禾谷镰刀菌真菌，C12-SGCS及C12-SCS对其杀菌率较低，杀菌性能弱一些。当杀菌剂质量浓度达到25 mg/L时，C12-SGCS对大肠杆菌、SRB、FEB和TGB都有良好的杀灭率，完全满足油田杀菌率大于97%的要求，而C12-SCS对大肠杆菌的杀灭率不到97%，说明C12-SGCS比C12-SCS具有杀菌广谱性和高效性，这是由于C12-SGCS是双阳离子型表面活性剂，具有更高的电荷密度，易于吸附于细菌表面，杀死细菌。