Диссертация (1091617), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Первая коммерческая модель биосенсора для анализаБПК была выпущена Японской фирмой Nisshin Electric Co. Ltd в 1983 году.В таблице 5 представлены основные характеристики коммерчискихБПК-биосенсоров.Таблица 5. Параметрытехнологии биореакторакоммерческих БПК-биосенсоров на основеНаименованиеФирма,странаТипИзмеряемыйпараметрRа-BODAppliTek,БельгиябиореакторBiox-1010Endress +Hauser,ШвейцарияCentralKagakuCorp.,ЯпониябиореакторпотребелениекислородапотребелениекислородаBOD-3300биореакторпотребелениекислорода34ДиапазонопределенияБПК,мг/дм320-100000Времяанализа,минПогрешность30<5%20-15003-153%0 – 50030-60–CentralKagakuCorp.,ЯпонияBiosensores, Испаниябиореакторпотребелениекислорода2-5060–биореактор10-100030<3%RODTOX2000Kelma,Бельгиябиореактор0-500000–5%BioMonitorLAR, США каскадбиореакторовпотребелениекислородапотребелениекислородапотребелениекислорода1-2000003-4<5%«QuickBODα1000»MB-DBOКоммерческие БПК-биосенсоры, чаще всего представляют собойбиореакторы, схематическое изображение строенияпредсталенно нарисунке 3.
По такому принципу построены БПК-биосенсоры рядазарубежных фирм:Ra-BOD® (Applitek, Бельгия), Biox-1010 (EndressHauser, Швейцария), MB-DBO (Biosensors, Испания) и RODTOX 2000(Kelma,Бельгия).Всепредставленныебиореакторыпозволяютанализировать образцы без предварительной обработки.Рисунок 3.биореактораУстройствоБПК-биосенсоровнаосноветехнологииВсе разработанные БПК-биосенсоры отличаются способами подачимикроорганизмов. Для Ra-BOD®, в процессе измерения биореакторнепрерывно засевают активным илом из очистных сооружений.
В системеBiox-1010 колонии микроорганизмов засевают в небольшие пластиковыецилиндры внутри биореактора (чтобы защитить их от механическогоизноса,вызванноготурбулентнымперемешиваниемиувеличитьконтактную поверхность с анализируемой пробой) перед выполнением35измерений. В биосенсоре MB-DBO микроорганизмы на первом этаперастутвнезависимомнепрерывномбиореакторе,чтопозволяетстабилизировать популяцию микробов и использовать измерительныйреактор непрерывно [1].Модель «QuickBOD α1000» (Япония) позволяет определять БПК впределах 2- 50 мг/л за 60 мин, при этом весит всего около 16 кг и стоитменее 30 000 долларов США.
Следует отметить, что данный анализатор вотличие от многих предшественников основан на использовании врецепторном элементе единичной культурыдрожжей Trichosporoncutaneum.Рисунок 4. Принципиальная схема БПК-биосенсора BioMonitor (LAR,США)Биосенсор BioMonitor (LAR, США) также является биосенсором наоснове биореактора, однако его строение полностью отличается от другихсистем, описанных выше. Он состоит из четырех последовательныхреакторов, которые работают по принципу аэротенка (рисунок 4).Потреблениеизмерительногокислородаканалаизмеряетсяпоследнеговгазообразнойреактора,афракциивычислениеБПКпроводится по разности между потреблением кислорода в контрольной ииспытуемой пробах.
По данным производителя, эта конфигурацияпозволяет ускорить (4 мин) и облегчить биодеградацию трудноокисляемыхвеществ по сравнению с биосенсорами на основе одного биореактора(таблица 5). Важно отметить, что в системе BioMonitor36имеетсяконтролирующий канал, который оценивает токсическое воздействиесточных вод на микробное сообщество, что сужает границы ошибок приопределенииБПК [1]. Однако применение данного биосенсора вэкологическом мониторинге не описано в литературе.Quick BOD α1000BOD-3300BIOX-1010Рисунок 5.
Коммерчиские БПК-биосенсорыПринципиальнымпреимуществомэтихбиосенсоровявляетсябыстрота измерения (таблица 5). Большинство описанных коммерческихБПК-биосенсоров,предсталяющихсобойбиореакторы,являютсястационарными и крупно- габаритными аппаратами (вес более 200 кг).Все разработанные БПК-биосенсоры являются надежными толькопри определенных условиях. Во-первых, параметры анализируемыхобразцов (органическая нагрузка, физико-химические параметры) должныоставаться относительно постоянными,подборкакалибровочныхрастворовобразцами) и адаптация к нейбиосенсорыэффективныотносительностабильных(сходствосявляетсяанализируемымимикрофлоры. Следовательно, эти БПК-толькоиво-вторых, важнымдляизвестныхоперативногостоков,непригодными для анализа непроверенных образцов [1].37номониторингаоказываютсяЗаключение по разделуКаквидноизпредставленныхвданномразделеданных,биосенсорная детекция БПК является достаточно развитым направлениеманалитическойбиотехнологии.Биосенсорныеанализаторыбиохимического потребеления кислорода представляют собой надежныеаналитические инструменты и с успехом используются для контроляводных экосистем наряду с традиционными методами определения БПК.Однако, следует отметить, что несмотря на полученные зарубежнымиисследователями положительные результаты, поиски новых решений,обеспечивающихболеевыcокуюточностьоценкииндексаБПК,оперативность и воспроизводимость анализа, продолжаются.БПК-биосенсоры по сравнению со стандартным методом позволяют:- Увеличить воспроизводимость,- Увеличить количество измеряемых загрязнителей в водных пробахдля устранения стадии разбавления, необходимой в стандартномметоде,- Уменьшить рабочую зону,- Уменьшить время анализа, что способствует мониторингу БПК врежиме реального времени.Биосенсорные анализаторы БПК представляют собой надежные,простые и дешевые аналитические инструменты и могут с успехомиспользоватьсядляконтроляводныхэкосистемнарядустрадиционными методами определения БПК.Актуальнымнаправлениембиокатализаторов,позволяющихорганическихвеществ.Дляявляетсяокислятьсозданияпоискэффективныхширокийспектрвысокочувствительныхистабильных биорецепторных элементов, ключевым моментом являетсявыбор наиболее подходящих способов иммобилизации.
Кроме этоговажно создание переностных, способных функционировать в полевых38условияхБПК-биосенсоров,какальтернативасуществующимкрупногабаритным БПК-биореакторам.1.3 Особенности биохимии дрожжевых клетокБиологическоеокисление(илидыхание)микроорганизмовпредставляет собой совокупность биохимических процессов, в результатекоторых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельностимикробных клеток [41]. Все микроорганизмы разделяются на два типадыхания: аэробное, или настоящее дыхание, и анаэробное дыхание, илиброжение [42].
Брожение — процесс разложения микроорганизмами(дрожжами) органических веществ в анаэробных условиях.По соотношению у дрожжей процессов анаэробного и аэробногодыхания их можно условно разделить на несколько групп [43]:1.Дрожжи, существующие только за счет брожения, и неспособные расти в аэробных условиях.2.Активные бродильщики: интенсивно сбраживают различныесубстраты, но в аэробных условиях переключаются на дыхательный обмен.3.Слабые бродильщики - в основном существуют за счетаэробного дыхания, но в анаэробных условиях могут бродить, однакозначительно менее интенсивно, чем виды из предыдущей группы.4.Дрожжи, существующие только за счет дыхания, и неспособные расти в анаэробных условиях.Таким образом, дрожжи получают необходимую энергию или впроцессе дыхания, заключающегося в использовании кислорода и вполном превращении органических соединений в углекислый газ и воду,или в результате брожения, которое происходит без участия кислорода изаканчивается получением продуктов неполного окисления [43].39При дыхании выделяется значительно больше энергии, чем приброжении, и дыхание благоприятнее для снабжения клетки энергией, таккак в этом случае молекула органического соединения расщепляется болееглубоко.
При брожении же для получения определенного количестваэнергии приходится расходовать значительно больше исходного материала(например, сахара). И хотя при брожении для получения энергии ирасходуется большое количество исходного материала, но создаютсяусловия, в которых не развиваются другие микробы, конкурирующие сдрожжами, вызывающими брожение [43].В процессе брожения дрожжи в качестве субстрата чаще всегоиспользуют глюкозу и фруктозу, поскольку именно с этих сахаровначинается гликолитическое расщепление. Кроме глюкозы и фруктозымогутсбраживатьсядругиесоединения,такиекакгексозыиолигосахариды, включающие остатки гексоз.
Из моносахаридов наиболеечасто сбраживается галактоза, из дисахаридов - сахароза, мальтоза,трегалоза. Значительно реже встречаются дрожжи, сбраживающие лактозуимелибиозу.Некоторыедрожжиспособнытакжесбраживатьполисахариды, состоящие из гексозных остатков [44]. Например,KluyveromycesSchwanniomycesfragilisсбраживаетoccidentalisиинулин(полифруктозан),Saccharomycopsisfibuligerаактивносбраживают крахмал.Спектр углеродных соединений, усваиваемых дрожжами за счетаэробного дыхания, значительно шире, чем в случае брожения. В качествесубстратов для дыхания микроорганизмы могут использовать следующиесоединения: глюкозу, а также другие гексозы; пентозы (арабиноза,ксилоза); метилпентозы (рамноза); полиолы (сорбит, рибит, эритрит,маннит, инозит); полисахариды (при наличие соответствующих гидролаз).Довольно часто встречаются дрожжи, ассимилирующие крахмал.
Рядвидов дрожжей отличается способностью к аэробному росту надлинноцепочечных жирных кислотах и алканах. К таким дрожжам40относятся некоторые виды рода Candida (Candida tropicalis, Candidaintermedia, Candida lipolytica, Candida guilliermondii) [44].Более 20 видов дрожжей способны аэробно расти на метаноле вкачестве единственного источника углерода и энергии.
Наиболее активноассимилируют метанол такие виды, как Candida boidinii, Candida methylica,Ogataea polymorpha, Ogataea pastoris. Все эти виды - факультативныеметилотрофы, они хорошо растут также и на углеводах.1.3.1 Особенности дрожжей Debaryomyces hanseniiДрожжиDebaryomyceshanseniiвыделеныизсоленыхсред, таких как морская вода, концентрированные рассолы, соленая пища.Они относятся к одним из самых галотолерантных видов дрожжей, т.е. онимогут расти в среде, содержащей 4 М NaCl (23 %). К примеру, ростдрожжей Saccharomyces cerevisiae ограничивается 1,7 М NaCl. ДрожжиDebaryomyces hansenii очень важны для пищевой промышленности,поскольку они используются длясоздания мясных продуктов иповерхностного созревания сыра.Debaryomycesявляютсяhanseniiосмотолерантными,галотолерантными, хемотолерантными и криотолерантнымиморскимидрожжами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
