糖基雙子陽離子表面活性劑殺菌性能

王 軍，楊許召，陳玉菲，鄒文苑

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

隨著國內(nèi)三次采油的不斷擴大，油田采出水須經(jīng)過深度處理后才能排放或者回注。因此，大力發(fā)展水處理劑對保護環(huán)境和節(jié)約水資源有著重要的作用。目前，表面活性劑在油田開采中得到廣泛應(yīng)用，同時開發(fā)“一劑多效”、性能優(yōu)異、綠色無污染、價格低廉的表面活性劑是今后表面活性劑在水處理方面的發(fā)展方 向[1]。而糖基雙子陽離子表面活性劑（SGCS）及糖基陽離子表面活性劑（SCS）原料來源綠色無污染，且其不但有殺菌作用而且還能降低水的表面張力，去除污垢，具有“一劑多效”的特點，是水處理用的理想產(chǎn)品。本文采用濾紙法測定系列SGCS和SCS對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抑菌圈，對不同碳鏈的產(chǎn)品的抑菌性能進行分析。采用絕跡稀釋法測定SGCS和SCS對硫酸鹽還原菌（SRB）、鐵細菌（FEB）、腐生菌菌群（TGB）的殺菌性能，采用平皿法測定SGCS和SCS對禾谷鐮刀菌和大腸桿菌的殺菌性能，并對其殺菌機理進行分析。

1 實驗部分

1. 1 主要試劑與儀器

SGCS，w=99.1%，實驗室自制[2]；SCS，w=99.5%，實驗室自制[3]；大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和禾谷鐮刀菌，鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院；胰蛋白胨、瓊脂粉、牛肉膏、SRB測試瓶、FEB測試瓶、TGB測試瓶，鄭州沃特測試技術(shù)有限公司；回注水采自南陽油田。

FA2004A電子天平，上海精天電子儀器有限公司；TS-322控溫搖床培養(yǎng)箱，上海世平實驗設(shè)備有限公司；LDZX-30KBS立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫(yī)療器械有限公司；超凈工作臺，蘇州其嘉凈化設(shè)備有限公司；A200242恒溫生化培養(yǎng)箱，上海儀純實業(yè)有限公司。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 濾紙片法測定抑菌圈[4]

將配制好滅過菌的固體瓊膠培養(yǎng)基熔化后倒入培養(yǎng)皿中，每皿20 mL，待冷卻凝固后，用無菌吸管分別加入0.1 mL大腸桿菌或金黃色葡萄球菌的懸液（菌體含量為1×105～1×106CFU/mL），用無菌涂布器將菌液涂布均勻，制成含菌平板。選擇吸水性強的定性濾紙，用打孔器打成若干直徑為6 mm的圓形濾紙片，分裝于潔凈干燥的小培養(yǎng)皿內(nèi)，干熱滅菌后，浸在表面活性劑溶液中，用無菌鑷子鑷取浸有表面活性劑溶液的濾紙片貼在含菌平板上，每個培養(yǎng)皿放置3個紙片。放入培養(yǎng)箱于37 ℃恒溫倒置培養(yǎng)24 h，取出后測定濾紙片抑菌圈直徑大小，比較抑菌效果。

1. 2. 2 絕跡稀釋法測定原水中的細菌數(shù)

采用SY/T0532—93《油田注入水細菌分析方法——絕跡稀釋法》，對河南南陽油田回注水水樣中的SRB，F(xiàn)EB和TGB的數(shù)量進行測定。將水樣注入準備好的細菌測試瓶中分別培養(yǎng)7 d后，根據(jù)溶液顏色的變化來判斷測試瓶中是否有細菌生長。硫酸鹽還原菌測試瓶中的液體變黑或有黑色沉淀，均表示有硫酸鹽還原菌生長。腐生菌測試瓶中的液體由紅色變?yōu)辄S色，或原液體由清澈透明變?yōu)闇啙岵煌该?，均表示有腐生菌生長。鐵細菌測試瓶中的液體出現(xiàn)黃色或棕色膠體，或原液體的紅棕色消失變?yōu)橥该髑宄赫?，均表示有鐵細菌生長。

通過絕跡稀釋法實驗之后，根據(jù)測試瓶顏色的變化對原水中的細菌數(shù)目進行計數(shù)，列于表1，其中“+”表示有細菌生長，“-”表示無細菌生長。實驗結(jié)果可作為空白對照。

表 1 原水中的細菌數(shù)目Tab. 1 The bacterial population in raw water

1. 2. 3 絕跡稀釋法測定殺菌劑對水樣的殺菌率

參考文獻[5]的殺菌實驗方法，將殺菌劑與含菌水樣在室溫下接觸一定時間后，將殺菌劑處理過的水樣注入準備好的細菌測試瓶中，在35 ℃下培養(yǎng)7 d，按照絕跡稀釋法測定原水中的細菌數(shù)的方法測定殘留細菌數(shù)，計算殺菌率。

1. 2. 4 平皿法測定殺菌劑對水樣的殺菌率

采用GB/T 14643.3——2009方法，在菌液中加入一定含量的殺菌劑并接觸1 h，取處理過的菌液100 μL，加入含有培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中使用涂布棒涂布，之后放入培養(yǎng)箱中，其中細菌的培養(yǎng)溫度為37 ℃，真菌的培養(yǎng)溫度為28 ℃，24 h以后觀察結(jié)果。其中大腸桿菌培養(yǎng)基為LB培養(yǎng)基，禾谷鐮刀菌培養(yǎng)基為PDA培養(yǎng)基。

2 結(jié)果與討論

2. 1 抑菌性能

用以瓊膠為培養(yǎng)液的濾紙片法研究了SGCS及SCS在pH=7.2時對革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌）及革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）的抑菌活性，抑菌圈數(shù)據(jù)見表2。

表 2 不同碳鏈長度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對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有明顯的抑菌作用。隨著碳鏈的增長，SGCS及SCS對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌圈先增大后減小，烷基為十二個碳時抑菌效果最好，與文獻[6]報道相似。相同碳鏈時SGCS的抑菌圈要比SCS的抑菌圈大，從分子結(jié)構(gòu)上分析這是因為相同碳鏈長度時，SGCS是由丙基連接了兩個季銨基團的雙子陽離子表面活性劑，比單一季銨基團的陽離子表面活性劑SCS具有更高的電荷密度，更易于通過電荷吸引和疏水作用更有效地吸附到細菌表面[7]，使酶失去活性和蛋白質(zhì)變性，從而直接影響細菌細胞正常功能，損壞控制細胞滲透性的原生質(zhì)膜，使細胞充漲或者干枯死亡[8]。

圖 1 殺菌劑質(zhì)量濃度對殺菌率的影響Fig. 1 Effects of the mass concentration of bactericides on bactericidal rate

圖 2 作用時間對殺菌率影響Fig. 2 Effects of action time on bactericidal rate

2. 2 殺菌性能

2. 2. 1 殺菌劑質(zhì)量濃度對殺菌性能的影響

分別配制質(zhì)量濃度為15，20，25和50 mg/L的C12-SGCS和C12-SCS水溶液，通過絕跡稀釋法，考察不同質(zhì)量濃度C12-SGCS和C12-SCS對SRB，F(xiàn)EB和TGB的殺菌率，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著殺菌劑質(zhì)量濃度的增加殺菌率升高。15 mg/L時C12-SGCS對SRB，F(xiàn)EB和TGB的殺菌率均達到99%以上，C12-SCS對SRB，F(xiàn)EB和TGB的殺菌率也達到94%以上。隨著殺菌劑質(zhì)量濃度的進一步增大殺菌率增加很快，當殺菌劑質(zhì)量濃度為25 mg/L時，C12-SGCS和C12-SCS對SRB，F(xiàn)EB和TGB的殺菌率均達到了100%，隨著殺菌劑質(zhì)量濃度的增大，與細菌接觸的幾率增大，殺菌效果越好[9]。C12-SGCS的殺菌能力優(yōu)于C12-SCS，C12-SGCS質(zhì)量濃度為15 mg/L時即可達到油田回用水殺菌率大于97%的要求。

2. 2. 2 作用時間對殺菌性能的影響

用20 mg/L的 C12-SGCS與不同細菌相互作用，不同作用時間處理后繼續(xù)培養(yǎng)細菌，作用時間對殺菌性能的影響結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，細菌與C12-SGCS的作用時間對殺菌性能有一定的影響。隨著作用時間的增加，殺菌率有明顯的增大。但在作用時間45 min以后再延長到1 h，隨著作用時間的延長殺菌率增加不明顯。

2. 2. 3 菌種對殺菌性能的影響

以殺菌劑C12-SGCS和C12-SCS為例，分別測定了不同質(zhì)量濃度時其對細菌（E.coil，TGB，SRB和FEB）和真菌（禾谷鐮刀菌）的殺菌率，結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，同一種殺菌劑在相同質(zhì)量濃度下對不同的菌種的殺菌率不同。低質(zhì)量濃度時，相比大腸桿菌及禾谷鐮刀菌，C12-SGCS及C12-SCS對油田污水中的SRB，F(xiàn)EB和TGB的殺菌率更高些，具有良好的殺菌性能。而對于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的禾谷鐮刀菌真菌，C12-SGCS及C12-SCS對其殺菌率較低，殺菌性能弱一些。當殺菌劑質(zhì)量濃度達到25 mg/L時，C12-SGCS對大腸桿菌、SRB、FEB和TGB都有良好的殺滅率，完全滿足油田殺菌率大于97%的要求，而C12-SCS對大腸桿菌的殺滅率不到97%，說明C12-SGCS比C12-SCS具有殺菌廣譜性和高效性，這是由于C12-SGCS是雙陽離子型表面活性劑，具有更高的電荷密度，易于吸附于細菌表面，殺死細菌。

圖 3 不同菌種對殺菌率的影響Fig. 3 The sterilization rates against different strains

3 結(jié)論

1）糖基雙子陽離子表面活性劑的抑菌殺菌性能要比糖基陽離子表面活性劑的抑菌殺菌性能優(yōu)良，殺菌范圍廣譜。

2）糖基雙子陽離子表面活性劑的抑菌殺菌性能與烷基碳鏈長度有關(guān)，C12-SGCS性能較佳。

3）糖基雙子陽離子表面活性劑的質(zhì)量濃度達到15 mg/L時，可使SRB，F(xiàn)EB和TGB的殺滅率達到99%以上。在油田和工業(yè)循環(huán)水中具有更廣闊的應(yīng)用前景。