黃原膠和瓜爾膠是在石油開采過程中重要的工作液增稠劑，對其有效的降解 或降粘即破膠是石油開采過程的關(guān)鍵工序。高溫油田一般采用化學(xué)氧化劑破膠， 對于低溫油田，采用化學(xué)方法破膠效率較低，而且?guī)韲?yán)重的環(huán)境和地質(zhì)破壞。 生物酶法則提供了一條安全、有效的破膠途徑。篩選能夠有效降解黃原膠和瓜爾 膠的微生物和獲得高效、穩(wěn)定的具有破膠能力的酶是開發(fā)酶破膠劑的前提。
另外，由于低聚糖和寡糖具有抑菌、抗腫瘤、改善微生態(tài)等多種生理活性， 黃原膠和瓜爾膠降解菌的篩選，能夠?yàn)辄S原膠寡糖和瓜爾膠寡糖的生產(chǎn)和活性研 究提供有效的酶的來源。
為了解決低溫油田的破膠難題，開發(fā)針對低溫油田有效的酶破膠劑，分離到 能夠降解黃原膠和瓜爾膠形成寡糖的酶，本課題通過大量的篩選工作，從土壤中 篩選出XI, X2, X4, XII四株具有一定黃原膠降解利用能力的微生物和兩株能 夠高效降解瓜爾膠的菌G3和G5。初步鑒定XI，X2, X4, XU和GS為霉菌， 而G3為革蘭氏陰性細(xì)菌。
XI, X2, X4, XII四株畬在黃原膠培養(yǎng)基中發(fā)酵時，培養(yǎng)基的黏度下降較 慢，降粘作用并不高效。通過對一株降粘效果相對優(yōu)良并能夠耐高溫(45°C)的 X4的培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基使用有機(jī)氮源，初始pH值為6.0,培養(yǎng)溫 度在3(TC時降粘作用都有較大提高，發(fā)酵60h的培養(yǎng)基相對黏度降為原有的 20%。X4經(jīng)過紫外誘變后，從中篩選得到黃原膠降解能力更強(qiáng)的兩個突變菌株 X4.14和X4.15,發(fā)酵60h后培養(yǎng)基相對黏度降到了原來的13.4%和13.1%，降粘 能力有了進(jìn)一步的提高。
對X4的初步的降解機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，X4發(fā)酵液能夠改變黃原膠底物粘性和 透明度。質(zhì)譜和層析實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)酵過程生成透明的多糖液可能是由于黃原膠側(cè) 鏈末端的丙酮酸化甘露糖基被降解所致。而且由于在發(fā)酵過程中沒有檢測到還原 糖，黏度緩慢下降，推測該菌可能還產(chǎn)生—種降解主鏈的酶，可能為纖維素酶， 但酶活較低。由此推測，X4先通過某種酶將黃原膠側(cè)鏈末端甘露糖基消去，使 得黃原膠穩(wěn)定的側(cè)鏈纏繞主鏈的雙螺旋構(gòu)象破壞，再由纖維素酶將主鏈緩慢水 解。
篩選得到的能降解瓜爾膠的兩株菌G3和G5都表現(xiàn)了很好的降粘效果。G3 和G5分別在36h和24h內(nèi)將相對粘度約為6.5瓜兒膠培養(yǎng)基的黏度都降到1左 右。實(shí)驗(yàn)表明，這兩種菌都可能大量分泌能夠高效降解瓜爾膠的內(nèi)切酶，能夠在 較短的時間內(nèi)將瓜爾膠水解。
氮源利用實(shí)驗(yàn)表明，G3能夠很好的利用蛋白胨，菌體生長較快，發(fā)酵液的
還原糖生成的效率和含量上都優(yōu)于其他試驗(yàn)氮源，而對于G5,生理酸性鹽NH4CI 使得發(fā)酵液pH值在36h迅速下降到3.0以下，發(fā)酵液中的還原糖量也被耗盡。進(jìn) 一步實(shí)驗(yàn)表明，G5能夠耐受pH值為3.0的酸性環(huán)境。因此可以說明，NH4CI為 G5的最佳氮源，以NH4C〗為氮源時，還原糖量被耗盡是由于菌體大量生長的緣 故。
在研究pH值對G3和G5的影響時發(fā)現(xiàn)，G3適宜生長培養(yǎng)基為中偏堿性， 發(fā)酵的最佳初始pH值為8.0; G5適宜生長培養(yǎng)基為中偏酸性，發(fā)酵的最佳初始 pH值為6.0。G3和G5分別具有的耐堿和耐酸的性質(zhì)，而且都能耐受45°C的高溫，其酶具有開發(fā)為不同油田環(huán)境下的酶破膠劑的可能。
石油是當(dāng)代世界最重要的能源和化工原料之一，隨社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人 們對石油的需求量不斷增加，據(jù)初步統(tǒng)計2002年我國消耗石油量約2億噸。而 其儲量不斷減少，石油作為不可再生的資源越來越寶貴。近10年來，中國石油 產(chǎn)量的增長(1.7%)己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)快速増長對石油的需求(消費(fèi)量增長 4.9%),對進(jìn)口的依賴日益嚴(yán)重。從油氣資源分布來看，品味高、易開采的油氣 資源占很小的比例，高品位常規(guī)油田資源的日趨緊張[1]〇
在石油開采過程中，石油生產(chǎn)過程有鉆井、完井、壓裂等程序。在這些程 序中，要使用鉆井液、完井液、壓裂液等工作液。在這些工作液中，常常要加入 聚合物來增加黏度，以保證石油開采工作的正常進(jìn)行。由于良好的增稠性、穩(wěn)定 性，黃原膠和瓜爾膠都經(jīng)常作為石油工作液的稠化劑。為了保護(hù)油層和提高采油 效率，在這些工作結(jié)束后，又要將這些黏性極大的工作液返排地面，這時聚合物 粘性阻礙著工作液的返排，因此需要降低工作液黏度，需要對黃原膠和瓜爾膠的 解聚，即破膠12]。
對于高溫油田通常使用化學(xué)氧化剤破膠，即通過氧化劑破壞膠的長鏈，使之 解聚。但是我國有很多的低溫油田，油田溫度達(dá)不到氧化劑發(fā)揮破膠活性所需要 的較高溫度，化學(xué)破膠效果并不理想。而且采用化學(xué)破膠帶來對油層、環(huán)境和地 質(zhì)的破壞。因此開發(fā)針對低溫油田高效、_定、安全的破膠劑成為研究的熱點(diǎn)f3]。
酶類是一種生物催化劑，在反應(yīng)過程中本身不會損耗，而且反應(yīng)條件相對溫 和、選擇性強(qiáng)，有很好的應(yīng)用前景。因此開發(fā)具有破膠能力的酶，特別是能應(yīng)用 于低溫油田破膠的酶，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價值。油田上常用的酶破膠劑 是未經(jīng)提純的含有半纖維素酶、果膠酶和淀粉酶等的混合物。近幾年，已經(jīng)分離 出了能夠特效降解瓜爾膠的特效酶，實(shí)驗(yàn)表明其破膠效果要優(yōu)于過硫酸鹽。上世 紀(jì)90年代，美國科學(xué)家利用生物技術(shù)解決了低溫狀況下黃原膠的破膠技術(shù)，其 產(chǎn)品已進(jìn)入市場，但由于壟斷生產(chǎn)，價格十分昂貴，同時由于受進(jìn)口限制，國內(nèi) 僅有一兩家油田少量使用。因此，開發(fā)低溫油田的黃原膠酶破膠劑，對于我國的 石油生產(chǎn)具有重大的戰(zhàn)略意義。
另外，由于低聚糖和寡糖具有抑菌、抗腫瘤、改善微生態(tài)等多種生理活性， 黃原膠和瓜爾膠降解菌的篩選，能夠?yàn)辄S原膠低聚糖和瓜爾膠低聚糖的生產(chǎn)和活 性研究提供有效的酶的來源。