Химия. Экология. Биотехнология - 2016

влияние состава электролита на свойства получаемого бактерицидного сорбента. Использовали растворы электролитов следующих составов:

1.CuSO4·5H2O – 17 г/л; KOH – 200 г; Na3PO4 – 100 г; гли-

церин – 50 мл;

2.CuSO4·5H2O – 17 г/л; KOH – 200 г; Na3PO4 – 100 г(до1 л);

3.CuSO4·5H2O – 250 г/ л; H2SO4 – 70 г/л (до 1 л);

4.CuSO4·5H2O – 90 г/л; NH4NO3 – 50 г/л; NH4OH(конц) – 170 мл (до 1 л).

В процессе проведения электролиза варьировали силу тока. Катодом служила активная угольная ткань, а анодом – медная пластина. На катоде ( на поверхности ткани) выделялась металлическая медь.

С помощью «метода зон» определена чувствительность клеток микроорганизмов, выделенных из загрязненной речной воды, по отношению к полученным медьсодержащим образцам (таблица). В данном исследовании была использована культура Escherichia coli. Колонии выделенной культуры обладали следующими признаками: форма колоний – округлая; размер – 3–7 мм; поверхность – гладкая; профиль колоний – плоский; цвет – красный (из-за наличия в питательной среде фуксина); край колоний – ровный; структура – однородная.

На засеянные культурой чашки Петри накладывали кусочки ткани размером примерно 1×1 см, предварительно простерилизованные. Чашки с нанесенными на них дисками оставляли на 60 мин при комнатной температуре, а затем на 17–18 ч помещали в термостат при 37 град.

Чувствительность ткани к исследуемой культуре микроорганизмов

Электролит, используемый	Размер диаметра зоны
для получения образца	угнетения, мм
1	22
2	10,5
3	–
4	15

61

В результате исследования получено: два из четырёх образцов бактерицидного материала (образцы, полученные при электролизе из растворов электролитов 1 и 4 – глицератного и аммиакатного) обладают удовлетворительной чувствительностью к данной группе микроорганизмов.

Дальнейшие исследования предполагаются в направлении отработки параметров получения волокнистого бактерицидного материала.

УДК577.114

М.В. Постникова, Е.А. Сушкова

ПОЛУЧЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Наряду с получением целлюлозы из древесины и многих растений её можно получать с помощью бактерий. Известно, что бактериальная целлюлоза синтезируется несколькими штаммами уксуснокислых бактерий родов Acetobacter, Gluconobacter, Gluconacetobacter. В последние годы активно изучаются у нас в стране симбиотические культуры Medusomyces gisevii и многие другие. В мировой практике бактериальная целлюлоза благодаря своим уникальным свойствам (способности образовывать тонкие прочные пленки, обладающие способностью удерживать большое количество жидкости) получила широкое применение в медицине, пищевой, химической, бумажной, текстильной промышленности для производства новых продуктов и материалов, нанокомпозитов. композиционных материалов медицинского (раневые повязки, прекурсоры костной и хрящевой ткани) и технического назначения.

62

Несмотря на перспективность использования бактериальной целлюлозы в различных сферах, в России до сих пор нет её производства вследствие отсутствия эффективных продуцентов и разработки экономичной биотехнологии на их основе.

Цель данной работы состояла в изучении биосинтеза бактериальной целлюлозы с применением щелоков и гидролизатов от производства целлюлозы. Некоторые авторы рекомендуют для промышленного получения бактериальной целлюлозы штаммы вида Gluconacetobacter xylinum и Gluconacetobacter hansenii.

Для получения бактериальной целлюлозы нами была выделена культура уксуснокислых бактерий на основе « чайного кваса». С помощью данной культуры на различных питательных средах были получены образцы бактериальной целлюлозы в виде гельпленки и хлопьеобразного материала. С целью получения чистого целлюлозного материала в работе были изучены способы очистки бактериальной целлюлозы от микробных клеток. В данной исследовательской работе изучено влияние pH и состава питательной среды на биосинтез и выход бактериальной целлюлозы. В питательной среде в качестве источников углерода использовались глюкоза, сахароза, азота-пептон, витаминов дрожжевой экстракт, минеральные добавки – Na2HPO4. Культивирование бактерий проводилось в течение 5–7 сут при исходном pH 5,0–6,0 и температуре 20–30 ºС. Гель-пленка бактериальной целлюлозы появлялась на поверхности питательной среды на 4–5-е сутки. После чего гельпленку отделяли от культуральной среды, обрабатывали 0,5N раствором NaOH при температуре 80–95 ºС. От раствора щелочи отмывали дистиллированой водой с добавкой уксусной кислоты с последующей промывкой дистиллированной водой до нейтральной реакции. После сушки при комнатной температуре (18–20 ºС) определялся выход бактериальной целлюлозы. Значения показателя выхода бактериальной целлюлозы характиризовали продуктивность выделенного нами уксуснокислого штамма. Изучение свойств полученных образцов бактериальной целлюлозы показало высокую прочность и пористость плёнок. Растяжение гель-пленки,

63

полученной на среде с сахарозой, составляло 65–70 %. Было обнаружено, что гель-пленки обладают довольно высокой сорбционной способностью, что, можно предполагать, позволит их использование в качестве перевязочных материалов при лечении ран, пересадке кожи. Исследования по выделению бактериальной целлюлозы на жидких питательных средах, содержащих щелок или гидролизаты от производства целлюлозы, показали возможность использования их в качестве субстрата при синтезе бактериальной целлюлозы. Изучение свойств полученной бактериальной целлюлозы продолжается.

УДК 579.24

В.Е. Буров

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ РОСТА

ESCHERICHIA COLI ОТ АЭРАЦИИ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, г. Пермь

Для роста и развития аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов большое значение имеет уровень кислорода в среде обитания [1]. В присутствии кислорода микроорганизмы проявляют дыхательную активность, результатом которой является более высокая продукция АТФ и, соответственно, более высокая скорость роста и накопления биомассы, чем в анаэробных условиях. Кислород плохо растворим в воде (< 10 мг/л), поэтому при интенсивном развитии культуры быстро становится лимитирующим фактором роста [2]. В биотехнологических процессах, использующих аэробные микроорганизмы, применяются специальные приёмы, позволяющие в процессе культивирования под-

64

держивать в биореакторах высокий уровень кислорода. Одним из основных параметров, влияющих на уровень растворённого кислорода при аэрации жидкой культуры, является отношение площади контакта газа с жидкой средой к объёму последней. Целью настоящей работы было исследование роста бактерий Escherichia coli, широко применяемых в биотехнологии, при различной интенсивности массообмена, достигаемой при культивировании различных объёмов культуральной среды. В таких условиях, при одинаковом размере реактора и одинаковой скорости перемешивания, чем меньше объём культуры, тем выше площадь поверхности среды и, соответственно, выше массообмен.

Объект исследований: бактерии Escherichia coli JW 3205.

Состав среды: глюкоза – 1,44 мл, Ca2++Mg2+ – 1,8 мл, М9

(Na2HPO4·12H2O – 150,13 г/л; KH2PO4 – 3 г/л; NH4Cl – 1 г/л; NaCl – 0,5 г/л; MgSO4·7H2O – 0,246 г/л; CaCl2 – 0,011 г/л) – 18 мл, вода дистиллированная. После центрифугирования (центрифуга ЕВА 20)

клетки из ночной культуры ресуспендировали в 180 мл свежей среды до значения оптической плотности при 600 нм OD600 = = 0,1…0,15. Полученную культуру делили на три порции (25, 50 и100 мл), и каждую порцию помещали в колбы объёмом 250 мл. Бактерии культивировали при 37 ºC на орбитальном термостатируемом шейкере (ИБП РАН, Пущино) при частоте вращения

150 об/мин. За ростом бактерий следили по изменению OD600, из- меряемомунафотометреКФК-3 (толщинакюветы– 5 мм).

Влияние объёма культуры на рост E. coli

t	OD600	OD600	OD600	Ln	Ln	Ln	µ	µ	µ
	25	50	100	OD600(25)	OD600(50)	OD600(100)	25	50	100
0	0,088	0,081	0,082	–2,430	–2,513	–2,501	–	–	–
30	0,115	0,118	0,116	–2,163	–2,137	–2,154	0,534	0,752	0,694
60	0,162	0,161	0,158	–1,820	–1,826	–1,845	0,686	0,622	0,618
90	0,224	0,218	0,216	–1,496	–1,523	–1,532	0,648	0,606	0,626
120	0,303	0,295	0,292	–1,194	–1,221	–1,231	0,604	0,604	0,602
150	0,430	0,383	0,390	–0,844	–0,960	–0,942	0,700	0,522	0,578
180	0,594	0,486	0,488	–0,521	–0,722	–0,717	0,646	0,476	0,450
210	0,781	0,624	0,586	–0,247	–0,472	–0,534	0,548	0,500	0,366

65

Обозначения:

t – время отбора и измерения пробы, мин;

OD600 – измеренная оптическая плотность культуральной жидкости при длине волны 600 нм;

(25), (50), (100) – объёмы культуральной жидкости при 25, 50 и 100 мл соответственно;

µ – удельная скорость роста, ч–1.

Расчётыудельнойскоростиростапроводилипоформуле, ч–1,

LnOD600(2) LnOD600(1) .

t2 t1

Результаты исследования показали, что уменьшение объёма культуральной жидкости приводит к значительному увеличению биомассы бактерий и сохранению высокой скорости роста в течение всего периода.

Список литературы

1.Герхардт Ф. Методы общей бактериологии: пер. с англ. / под ред. Ф. Герхардта [и др.]. – М.: Мир, 1983. – 536 с.

2.Егоров Н.С. Практикум по микробиологии. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976. – 308 с.

УДК 676

М.В. Теплоухова, А.В. Артемьева, Р.И. Саликов

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСНОЙ КОРЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Древесная кора является основным отходом целлюлознобумажных предприятий. На отечественных предприятиях, как правило, кору вывозят в отвал, в то время как простым и целе-

66

сообразным способом ее утилизации является использование коры в сельском хозяйстве в качестве удобрения почвы.

Данный способ нашел широкое применение в странах Европы и США. Объясняется это тем, что все компоненты органической массы отходов, попадая в почву, участвуют в процессе гумусообразования, улучшают условия питания растений, структурируют почву. Однако отмечается, что перед внесением в почву кору следует смешать с азотсодержащими компонентами.

Учитывая вышеизложенное, в данной работе исследованы сорбционные свойства коры по отношению к биологическим растворам и растворенным в них веществам перед внесением

впочву.

Вкачестве биологического раствора использовали водный раствор, содержащий хлорид натрия и мочевину. Выбор реагентов основан на том, что хлорид натрия и мочевина являются основными компонентами биологических жидкостей.

Образец коры был отобран на Камском ЦБК из короотвала с глубины 30–50 см. В процессе хранения в отвале кора была частично подвержена естественному распаду в результате микробиологической деятельности и представляла собой смесь частиц корки, луба и древесины. Соотношение «луб : корка : древесина»

вобразце составляло примерно 4:2:1.

Первоначально была изучена способность образца коры поглощать воду в зависимости от размеров частиц коры. Для этого кору фракционировали на ситах с щелевидными отверстиями, у каждой отдельной фракции замеряли показатель водопоглощения (показатель определяли после сорбции воды корой в течение 1 мин). Установлено, что фракции коры, состоящие из более мелких частиц, способны поглощать больше воды. В изученных условиях наибольшее водопоглощение (190 % и более) имеют частицы коры, прошедшие через сита с размером отверстий 1,5×20 и 1,2×20 мм. На основании этого для дальнейших исследований использовали фракцию коры, прошедшей через сито 1,5×20 мм. Водопоглощение этого образца составляет 195 %.

67

Далее было изучено изменение способности коры поглощать воду и растворенные в ней вещества в течение времени. Известно, что способность древесных материалов поглощать растворы во многом определяется особенностями микро- и субмикроскопического строения древесных материалов, их пористостью.

Для грубой оценки пористой структуры образцов по размерам пор использовали данные сорбционной активности по йоду и метиленовому голубому. Различия в геометрических размерах молекул этих веществ обусловливают разную доступность активной поверхности пор: йод сорбируется преимущественно микропорами с размерами около 1,0 нм, а метиленовый голубой – более крупными мезопорами с размерами около 1,5 нм. Вода способна заполнять микро-, мезо- и макропоры с размером от 0,5 до 104 нм. Поэтому объем пор, определенный по воде, характеризует пористость образца в целом.

В таблице представлены сорбционные свойства коры и их изменение при обработке коры в течение 5 сут в растворе

«NaCl – мочевина».

Изменение сорбционных свойств коры в зависимости от продолжительности сорбции в растворе «NaCl – мочевина»

	Показатели	Исходные	Продолжительность сорбции, сут
		значения	1	2	3	5
	Объемпорповоде, см3/г	2,33	2,56	2,60	2,61	2,60
	Водопоглощение,%	195	288	308	310	307
	Сорбционная емкость,
	мг/г:	46	31	48	48	48
	– по йоду
	– по метиленовому	50	81	71	59	52
	голубому
	– по азоту	53	89	125	123	130
	– по хлоридам	28	62	66	66	66

Примечание: исходные значения определены после сорбции раствора корой в течение 1 мин.

68

Из представленных данных видно, что общий объем пор

вкоре увеличивается только в течение первых двух суток и далее остается без изменения. В соответствии с этим изменяется показатель водопоглощения коры. При этом в течение первых суток уменьшается количество микропор (сорбционная емкость по йоду снижается с 46 до 31 мг/г) и увеличивается количество мезопор (емкость по метиленовому голубому повышается с 50 до 81 мг/г). Возможно, это связано с переходом части микропор

вмакропоры. В последующие сутки, наоборот, микропористая структура сначала развивается и далее остается без изменения,

мезопористая – сокращается. При этом общий объем пор сохраняется на уровне приблизительно 2,6 см3/г.

На пятые сутки сорбционная способность по йоду и метиленовому голубому становится равной исходным значениям, т.е. происходит сокращение микро- и мезопористой структуры, при этом общий объем пор сохраняется на максимальном уровне. Вероятно, это объясняется раскрытием микро- и мезопор с частичным их превращением в макропоры.

Втаблице также представлены результаты сорбции растворенных в воде мочевины и хлорида натрия. Изменение сорбционной емкости коры по отношению к азоту и хлоридам свидетельствует о высокоэффективной сорбции этих веществ корой

втечение всего исследуемого промежутка времени (показатели увеличиваются более чем в 2 раза).

Таким образом, проведенные исследования показали, что кора может использоваться в качестве эффективного сорбента для поглощения биологических растворов с дальнейшим ее использованием в качестве удобрения.

69

УДК 541.183.12

А.Ю. Друк, Л.С. Пан

СИНТЕЗ ЭФФЕКТИВНЫХ БИОСОРБЕНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ОТ ЦЕЗИЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Из-за постоянного возрастающего загрязнения природных водоемов, в том числе и радиоэлементами, проблема очистки воды приобретает особое значение. Выброс радиоактивных элементов, в том числе и цезия, в окружающую среду происходит в результате испытания ядерного оружия, аварий на предприятиях ядерной энергетики.

Цезий-137, попавший в атмосферу, является долговременным источником загрязнения почвы, сточных и подземных вод. Одним из методов извлечения цезия из водных растворов может быть использование биосорбентов, обладающих достаточной сорбционной емкостью и высокой селективностью к ионам цезия.

Лучшими сорбционными свойствами по отношению к цезию, чем другие сорбционные материалы, обладают гексацианоферраты переходных металлов, которые являются устойчивыми в широком интервале рН, при высоких концентрациях солей, а также к ионизирующим излучениям. Кроме того, они проявляют высокую избирательность по отношению к ионам цезия. Однако использование этих сорбентов при очистке питьевой воды, молока и других жидких продуктов питания требует создания нетоксичных материалов, обладающих биологической безопасностью. Поэтому в качестве биомассы для сорбента были выбраны водоросли Черного моря, в частности, бурая водоросль рода Zostera Marina. Доказано, что альгиновая кислота, содержащаяся в морских водорослях, может связывать металлы и их радиоизотопы в нерастворимые соединения.

70