Химия. Экология. Биотехнология – 2015

УДК 623.19.47

О.В. Махрова, О.И. Бахирева, М.М. Соколова

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЧИСТКИ ПОЧВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ: Pb2+, Hg2+ И Co2+

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ВПермском крае ведется добыча минеральных солей, бурых железняков, хромитовых руд, известняка, разнообразных драгоценных, облицовочных и поделочных камней. Свинец, ртуть и кобальт часто входят в состав данных руд и пород в качестве «побочных» солей и соединений, вследствие чего они входят в состав шлаков и отходов производства, загрязняющих почву. Из почвы вместе со сточными водами эти ионы могут попадать в систему рек, водоемов, водоснабжающих население. Ртуть, свинец и кобальт относят к тяжелым металлам, токсичным для человека и живой природы, из-за чего они могут стать довольно серьезной проблемой в ближайшем будущем.

Воснову данной работы взята статья Дианы Вило и Хелены Керетти о бактериях Pseudomonasveronii 2E, способных выживать

исорбировать ионы кадмия, цинка и меди, эффективно очищая среду от этих ионов. В этой работе исследуется влияние свинца, ртути и кобальта на жизнедеятельность данных бактерий и способность их сорбировать данные ионы (таблица).

Предельно допустимые концентрации данных ионов металлов в различных средах

111

Для проверки способности сорбции ионов свинца, кобальта и ртути бактериями Pseudomonasveronii 2E согласно методическим рекомендациям МР 2.1.7.2297-07 «Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фитотоксичности» выбрана методика «фитотеста». Она основана на способности семян адекватно реагировать на экзогенное химическое воздействие путем изменения интенсивности прорастания корней, что позволяет принять длину последних за показатель тест-функции. Критерием вредного действия считается ингибирование роста корней семян. Проращивание семян осуществляется в чашках Петри с фильтровальной бумагой, куда вносится водный экстракт исследуемой суспензии. Суспензия представляет собой культуральную жидкость с бактериями Pseudomonasveronii 2Eс, внесенными в почву, загрязненную известными концентрациями ионов свинца, кобальта и ртути. Данная культуральная жидкость отстаивается на качалке до момента пика роста культуры Pseudomonasveronii 2E. Таким образом оценивается возможность применения данной культуры для очистки почв от ионов тяжелых металлов Pb2+, Hg2+ и Co2+.

УДК 615.37:579.64:579.864.1

Н.Н. Пономарева, В.А. Несчисляев*, Т.В. Федорова*

БИОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОБИОТИКОВ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

*Филиал «НПО «Микроген» МЗ РФ «НПО „Биомед“», г. Пермь

Вживотноводстве в последние годы все большее внимание уделяется повышению экологической безопасности получаемой продукции. Широкое применение пробиотиков положительно

112

влияет на качество лечебно-профилактических мероприятий, состояние здоровья и продуктивность сельскохозяйственных животных. В настоящее время на рынке ветеринарных пробиотиков наиболее востребованы поликомпонентные препараты.

Цель – создание композиции лактобактерий на основе изучения биосовместимости бактериальных штаммов для разработки пробиотического препарата.

Представлялось рациональным создание подобного препарата путем конструирования композиции с применением известных производственных штаммов лактобактерий. Такой подход позволяет значительно сократить сроки разработки и исключить этап исследования безопасности и биологической активности бактериальных культур. При подборе оптимальной бактериальной композиции необходимо было провести сравнительное изучение биологической совместимости перспективных штаммов лактобактерий.

Из известных способов изучения биосовместимости бактериальных штаммов был выбран тест отсроченного антагонизма, который позволяет существенно сократить сроки исследования и получить объективные и информативные данные о характере потенциального биоценоза пробиотических штаммов. Кроме того, результаты теста позволяли оценить возможность и целесообразность совместного культивирования бактериальных культур, свидетельствуя о технологической совместимости последних. Необходимо отметить, что оптимальное сочетание штаммов в композиции предполагает максимальную реализацию их биологического и технологического потенциала.

Были исследованы 6 вариантов композиций, содержащих лактобактерии. Отобрана перспективная композиция для последующего изучения ее биологических свойств.

113

УДК 579.222.4

А.С. Зорина1, Ю.Г. Максимова2

ГЕТЕРОГЕННЫЕ БИОКАТАЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ АДГЕЗИРОВАННЫХ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КЛЕТОК ДЛЯ БИОДЕГРАДАЦИИ ПОЛЛЮТАНТОВ

И СИНТЕЗА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет

2Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г. Пермь

В биотехнологии, по аналогии с химическим катализом, под термином биокатализатор подразумевают вещества биологической природы, ускоряющие течение реакции, но не расходующиеся

вней. Такими функциями обладают ферменты. В природном окружении большинство ферментов функционируют в живых клетках,

вкоторых одновременно протекает множество биохимических процессов. Для ряда биокаталитических процессов в том случае, если фермент внутриклеточный, в качестве биокатализатора может быть использована целая бактериальная клетка без дорогостоящей процедуры выделения фермента.

Иммобилизация бактериальных клеток позволит перейти к ге-

терогенному биокатализу, перевести процесс в непрерывный и многократный режим, легко отделять биокатализатор от субстратов и продуктов реакции, стабилизировать удельную активность биокатализатора и увеличить его устойчивость к высоким концентрациям субстрата и продукта, что в конечном итоге позволит упростить технологическую схему синтеза.

Цель работы – определение величины адсорбции на углеродных носителях клеток нитрилгидролизующих бактерий, их активности при трансформации нитрильных и амидных соединений, а также стабильности полученного биокатализатора при многократной конверсии субстрата.

114

Объектом исследования являлись штаммы Rhodococcus erythropolis 11-2, Rhodococcus ruber gt1, Pseudomonas fluorescens C2, Acinetobacter sp. 11h и Alcaligenes faecalis 2.

Культуры выращивали на синтетической среде N. Клетки концентрировали центрифугированием при 8,5 тыс. об/мин в течение 15 мин, отмывали KH2PO4/Na2HPO4 фосфатным буфером (рН= 7,2).

Гидрофобность клеток оценивали по относительному распределению между водной фазой и фазой органического растворителя гексадекана и выражали в % клеток, адсорбированных в фазе гексадекана. Гидрофобность носителей определяли по адсорбции нафталина из 0,1 мМ водного раствора.

Адсорбцию клеток выращенной культуры проводили в течение 30 мин при 22 °С на активных углях БАУ (производство Россия) и «Norit PK 1-3» (производство Голландия), ФТД (активный уголь на основе фенотформальдегидной смолы), ФАС (активный уголь на основе фуриловой смолы), углеродных адсорбентах «сибунит» (на основе графитизированной сажи) и «сапропель» (карбонизированный ил пресных озер), а также сферическом углеродминеральном сорбенте марки СУМС.

Биопленки нитрилгидролизующих бактерий выращивали на волокнистых углеродных материалах марок «карбопон», «карбо- пон-В-актив», «Урал ТМ-4» (производство Беларусь) и активном угле БАУ в течение 7 суток.

Трансформацию алифатических нитрилов и амидов адгезированными клетками и биопленками проводили в фосфатном буфере (рН 7,2) при температуре 22 °С, продукты реакции определяли методом ВЭЖХ.

Результаты исследований показали, что изученные штаммы по гидрофобности клеточной стенки можно подразделить на гидро-

фобные – R. erythropolis 11-2 (41,1 %) и R. ruber gt1 (47,5 %), гид-

рофильные – Acinetobacter sp. 11h (4,8 %) и P. fluorescens C2 (5,9 %)

и с промежуточным значением гидрофобности клеточной стенки –

A. faecalis 2 (18,5 %).

115

Изучено изменение количества адсорбированных бактериальных клеток в зависимости от различной величины гидрофобности носителей. Для штамма P. fluorescens C2 отмечали умеренную отрицательную связь между величиной адсорбции и гидрофобностью носителей (r = –0,664; p = 0,05), что может быть объяснено тем, что все носители в той или иной мере были гидрофобны (от 20 до 92 %). Наибольшая величина адсорбции (11,55 мг клеток/г носителя) наблюдалась на носителе «сапропель» со значением гидрофобности поверхности 20,8 %. В то же время для других штаммов распределение признаков было отличным от нормального, а корреляция была недостоверной. Это может быть связано с тем, что на адсорбцию влияют и другие свойства носителей, а именно: дисперсность, удельная поверхность и размер макропор. Однако при оценке зависимости величины адсорбции изученных штаммов, отличающихся гидрофобностью поверхности клеток, на каждом из изученных углеродсодержащих носителей была выявлена сильная положительная связь от r = 0,884 (p = 0,05) до r = 0,950 (p = 0,05).

Это может свидетельствовать о том, что при адсорбции на гидрофобном носителе величина адсорбции клеток тем выше, чем больше гидрофобность поверхности клеток. Так, на всех без исключения носителях наибольшие значения были отмечены при адсорбции гидрофобных клеток родококков.

Оценили операционную стабильность выращенных на разных носителях («Урал», БАУ, «карбопон активированный», «карбопон неактивированный») биопленок по сохранению активности при проведении последовательных 20-минутных циклов биотрансформации акрилонитрила. Анализ данных показал, что биопленки, выращенные на «Урале», БАУ и карбопоне неактивированном, теряют 100 % своей активности уже на четвертом цикле. Биопленки же, выращенные на активированном карбопоне, сохраняют более 50 % активности на протяжении четырнадцати 20-минутных циклов гидролиза акрилонитрила, после чего активность их начинает постепенно снижаться.

116

Таким образом, наибольшие величины адсорбции клеток на гидрофобных углеродных носителях наблюдаются при увеличении гидрофобности клеточной стенки, а наиболее стабильными при многократной конверсии субстрата являются биопленки, выращенные на активированных углеродных волокнах.

УДК 615.37:579.64:579.873.13

О.А. Варанкина, В.А. Несчисляев*, Т.В. Федорова*

БИОТЕХНОЛОГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

* Филиал «НПО «Микроген» МЗ РФ «НПО „Биомед“», г. Пермь

На животноводческих предприятиях определяющим условием, гарантирующим здоровье потребителей и рентабельность производства, является санитарно-ветеринарное благополучие. Увеличение поголовья и продуктивности животных и птицы сдерживается рядом факторов, среди которых значительное место занимают болезни бактериальной этиологии, обусловленные патогенной микрофлорой. Современные методы дезинфекции и лечения антибиотиками не обеспечивают необходимую профилактическую и терапевтическую эффективность. Этим обусловлен интерес ученых к использованию живых пробиотических микроорганизмов (в том числе бифидобактерий), которые могут стать альтернативой кормовым антибиотикам и способствовать экологическому благополучию сельскохозяйственного предприятия.

Цель исследования – ознакомиться с основными условиями и методами контроля накопления биомассы бифидобактерий.

Накопление биомассы (периодический способ) проводили глубинным культивированием в биореакторе на казеиново-

117

дрожжевой питательной среде при температуре (38±1) °С в течение

(20±2) ч.

Для контроля накопления биомассы в ходе культивирования использовали общепринятые методы: определение концентрации жизнеспособных клеток методом серийных разведений на жидкой питательной среде Блаурокка, определение оптической плотности бактериальной взвеси на фотоэлектроколориметре КФК-3 и рН на иономере И-160МИ.

Результаты исследования:

1.При исследовании концентрации клеток штамма бифидобактерий в 1 мл культуральной жидкости в начале, в ходе и в конце культивирования были получены результаты, характеризующие скорость массообменных процессов в биореакторе. Низкая скорость массообменных процессов обусловлена спецификой культивирования (применение пневматического перемешивания – барботирование азотом) и высокой вязкостью питательной среды

(2,35 мПа·с).

2.Определение оптической плотности: в процессе культивирования мутность бактериальной взвеси возрастает, что подтверждает накопление биомассы культуры бифидобактерий.

3.Определение рН: в ходе культивирования показатель рН уменьшается, так как в процессе своей жизнедеятельности бифидобактерии активно продуцируют уксусную и молочную кислоты.

Заключение: процесс культивирования бифидобактерий является важным технологическим этапом в производстве пробиотиков, предназначенных для использования на животноводческих предприятиях.

118

УДК 661.183.2

Е. Меньшикова1, Е.А. Фарберова2, Е.А. Тиньгаева2

ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ АКТИВНЫХ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ

1Лицей № 1, г. Кунгур

2Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Благодаря своим физико-химическим свойствам активные угли нашли широкое применение для очистки питьевой воды, сточных и технологических оборотных вод, промышленных газовых выбросов, для очистки и обесцвечивания растворов в пищевой и фармацевтической промышленности, а также для индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания.

Сырьем для синтеза активных углей могут служить различные углеродсодержащие материалы органического происхождения, такие как древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, скорлупа кокоса, грецкого ореха, косточки абрикоса, маслины и других плодовых культур.

Целью данной работы было исследование влияния сырья на адсорбционные свойства активных углей, размера частиц сорбента и концентрации раствора красителя метиленового голубого.

Таблица 1

Характеристики активных углей

119

Втабл. 1 приведены характеристики некоторых марок активных углей. АГ-3, АГ-5, АР – гранулированные угли, полученные на основе неспекающегося каменного угля; ДАУ – дробленый уголь, полученный из фруктовых косточек; АУТ – активная угольная ткань.

Исследована сорбционная способность образцов активных углей по метиленовому голубому при различных концентрациях красителя в растворе: 1,5, 0,75, 0,3 г/л.

Входе эксперимента анализировали содержание метиленового голубого в исходных растворах и в растворах после обработки их активными углями. Результаты эксперимента приведены в табл. 2.

Показано:

–с возрастанием концентрации раствора красителя адсорбционная активностьуглейвсех исследованных марокувеличивается;

–с увеличением размера частиц гранулированных активных углей их адсорбционная активность уменьшается;

–адсорбционная активность гранулированных углей зависит от вида сырья, использованного в процессе их получения, и формы готового продукта. Наибольшей адсорбционной активностью по метиленовому голубому обладает активный углеродный материал АУТ.

120