ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ИММОБИЛИЗАЦИИ КЛЕТОК ШТАММОВ ДЕСТРУКТОРОВ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛАХ В УСЛОВИЯХ КОЛОНОЧНОГО БИОРЕАКТОРА Аипова Р.,Махатова А.С.,Курманбаев А.А.

РГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК, г. Астана


Номер: 10-1
Год: 2016
Страницы: 23-26
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

поверхностно-активные вещества, иммобилизация, биореактор, стекловолокно, surfactans, immobilization, bioreactor, fiberglass

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассматривается процесс деструкции поверхностно-активных веществ (ПАВ) иммобилизованными клетками штаммов - деструкторов на гидрофобизованных стеклотканевых волокнах в условиях лабораторного колоночного биореактора.

Текст научной статьи

Введение Метод адсорбционной иммобилизации клеток микроорганизмов широко используется в различных отраслях биотехнологии, в том числе процессах биокатализа, а также при решении экологических проблем [1]. Иммобилизованные микроорганизмы характеризуется повышенной жизнеспособностью, устойчивостью к действию неблагоприятных факторов внешней среды и высокой каталитической активностью, которая во многих случаях возрастает в несколько раз по сравнению со свободными клетками [2]. Кроме того, иммобилизация позволяет концентрировать большие количества биомассы и избегать ее значительных потерь, что важно в условиях биореактора, а также при внесении бактериальных клеток в окружающую среду [3]. В настоящее время метод адсорбции используется преиумущественно для иммобилизации микроорганизмов, участвующих в очистке загрязненного воздуха или сточных вод [4]. Наиболее эффективно применение адсорбированных микроорганизмов в системе биофильтров и мембранных биореакторов, предназначенных для обработки жидких и летучих промышленных отходов [5]. Ферментативные свойства штаммов - деструкторов ПАВ могут применяться в процессе очистки сточных вод для стимуляции расщепления органических компонентов и как следствие для повышения качества и эффективности очистки воды. Закрепление клеток бактерий деструкторов на поверхности носителя позволит более эффективно очищать, загрязненную воду от синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). При этом необходимым условием результативности процесса биодеструкции является достижение высокой численности иммобилизованных клеток и их прочное закрепление на поверхности носителя [6]. Целью работы было исследование эффективности волокнистого носителя для иммобилизованных микроорганизмов - деструкторов в процессе очистки сточной воды от СПАВ в аэробном колоночном биореакторе. Материалы и методы В работе использовали штаммы - деструкторы Pseudomonas putida У2, Serratia marcescens K1, Pseudomonas flourescens s8ps, Bacterim sp s5, Rhizobium pusence сф6 из коллекции лаборатории экологической биотехнологии. Клетки штаммов - деструкторов выращивали в 250 мл колбах Эрленмейера, содержащих 100 мл мясопептонного бульона на орбитальном шейкере (160 об/мин) при 28°С в течение 24 ч. Непосредственно перед иммобилизацией бактериальные клетки центрифугировали и отмывали от питательной среды натрий фосфатным буфером следующего состава, г/л Na2HPO4 - 3,53; KH2PO4 - 3,39. В качестве адсорбента клеток штаммов - деструкторов использовали волокнистый носитель - стекловолокно марки Т-11, толщина 0,28±0,03мм. Непосредственно перед использованием носитель отмывали дистиллированной водой и стерилизовали автоклавированием (121°С, 15 мин). Процесс иммобилизации клеток деструкторов проводили в лабораторном колоночном биореакторе (рисунок 1), представляющем собой пластиковую колонку, заполненную гидрофобизованным стекловолокном. Клеточная суспензия подавалась в колонку с помощью перистальтического насоса через нижнее входное отверстие со скоростью 2,0 - 3,0 мл/мин, орошала носитель в направлении снизу-вверх и возвращалась в колбу. Таким образом, биореактор являлся замкнутой циркуляционной системой с переменной скоростью потока. Процесс иммобилизации осуществляли при комнатной температуре и контролировали путем измерения оптической плотности (ОП600 нм) клеточной суспензии с помощью спектрофотометра "Apel АР - 700" (Japan) в течение 5 суток. Все эксперименты проводили в трехкратной повторности. Сорбционную способность носителей и клеток определяли методом Г.Н.Никовский [7]. В качестве модельного раствора использовали минеральную среду М9 с добавлением 200 мг/л додецилсульфат натрия (ДСН). Для определения деструктивной активности микроорганизмов деструкторов ПАВ отбирали образцы иммобилизованных клеток из колоночного реактора на 5-е сутки. Результаты и их обсуждение. Штаммы - деструкторы ПАВ хорошо сорбировались на поверхности носителя стекловолокне. Анализ динамики процесса иммобилизации клеток в условиях колоночного биореактора (таблица 1) свидетельствует о том, что закрепление клеток происходит наиболее интенсивно на 3-и и 5-е сутки эксперимента, в результате иммобилизуется от 34 до 89,45 % бактериальных клеток. В дальнейшем наблюдается постепенное замедление процесса клеточной адсорбции и последующая стабилизация показателей оптической плотности суспензии на постоянном уровне, что свидетельствует о достижении уровня адсорбционного насыщения носителя. Таблица 1 Экспериментальные данные по иммобилизации клеток деструкторов на сорбенте стекловолокне Наименование культур ОП600исх Титр клеток Кол-во сорб-х клеток Сорбция клеток культур Деструкция ПАВ, % 3-е сутки, % 5-е сутки,% Pseudomonas fluorescens 8 ps 1,39 1,970 х108 12,46 х108 61,81 89,45 99,6 Bacterium spp S5 1,15 9,609 х108 9,63х108 46,45 83,86 99,8 Serratia marcescens К1 1,52 2,686х108 3,43 х108 26,87 87,14 99,7 Rhizobium pusence Сф 6 1,5 1,256х108 1,86 х108 40,37 87,32 99,6 Pseudomonas putida У2 1,30 8,330х108 3,44 х108 34,00 84,10 99,7 Установлено, что данный процесс при заданном режиме (3,0 мл/мин) подачи клеточной суспензии в биореакторе и концентрации клеток 108 кл/мл завершается на 5-е сутки и характеризуется высокой (89,45%) степенью иммобилизации клеток штаммов-деструкторов на носителе стекловолокне. Бактерии штаммов - деструкторов ПАВ выращивали в 250мл колбах Эрленмейера, содержащих 1500 мл питательного бульона, при 280С на орбитальном шейкере ("PSU-20I", Латвия) при 160 об/мин. Сорбцию клеток проводили путем инокуляции микроорганизмов на носителе стекловолокне. Титр внесенной суспензии микроорганизмов составил 108 кл/мл. Через определенные промежутки времени отбирали образцы культуральной жидкости из установки и определяли их на деструктивную активность и оптическую плотность на спектрофотометре "Apel АР - 700". Иммобилизацию клеток штаммов - деструкторов проводили в лабораторном колоночном биореакторе объемом 1500 мл, содержащего 60 г стекловолокна и заполненном культуральной жидкостью с титром 108 кл/мл. Культуральную жидкость микроорганизмов - деструкторов выдерживали в биореакторе в течение 24 ч для их активной адгезии на носителе в отсуствии источника углерода. Через 24 ч из колоночного биореактора удаляли культуральную жидкость и наполняли биореактор модельным субстратом. Модельным субстратом для деструкции служил ДСН в исходной концентрации 200 мг/л на минеральной среде М9. В лабораторной установке колоночного типа осуществляли процесс непрерывного культивирования. Циркуляция субстрата обеспечивалась с помощью перистальтического насоса при скорости 70 об/мин. В этот период протекает активная аккомодация клеток к носителю. А. Б. Рис. 1 - Экспериментальная установка по изучению процесса иммобилизации клеток (А) - 1-е сутки с добавлением ДСН и (Б) - 5-е сутки. В результате проведенных исследований установлено, что в равных условиях стекловолокно лучше сорбировало клетки Pseudomonas fluorescens - 8 ps и Serratia marcescens K1 на 3-и и 5-е сутки, степень сорбции составила 87,32 % - 89,45 %, степень сорбции клеток Bacterium spp -S5 составила 83% на 5-е сутки культивирования. Все штаммы - деструкторы ПАВ показали высокую степень деструктивной активности до 99% за 5 суток культивирования. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о возможности использования стекловолокна для иммобилизации клеток штаммов бактерий в биотехнологическом процессе очистки сточных вод.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.