Диссертация (1091621), страница 16
Текст из файла (страница 16)
20). Показатели рассчитывали,106основываясь на том допущении, что основным компонентом в смесигомологовявляется2,3,4-сукцинил-октаноил-деканоил-2’-деканоилтрегалоза.Таблица20.Основныесукцинилтрегалолипидногофизико-химическиебиосурфактантахарактеристики(2,3,4-сукцинил-октаноил-деканоил-2’-деканоилтрегалоза), выделенного из культуральной средыГидрофильнолипофильный балансМаксимальное количествомолекул, адсорбируемыхна единице площадираздела фаз, моль/м2Минимальная площадьмолекулярной области,занимающей насыщенныммонослоем биосурфактантана границе вода-воздух ивода – н-гексадекан, нм24,1x10-52710-111,27.10-513Свободная энергиямицеллообразования,кДж/мольПоверхностное натяжение,мН/м2,3,4 сукцинилоктаноилдеканоил-2’деканоилтрегалозаКритическая концентрациямицеллообразования,(моль/л)ВеществоR.erythropolis X5-35Тип образуемой эмульсии любогоПАВ зависит от ГЛБ вещества.
ГЛБявляетсякритериемпрактическогоприменения ПАВ, в зависимости отвеличиныкоторогоиподбираютсурфактанты и эмульгаторы. ЗначениеГЛБвсехПАВпоГриффинуукладывается в интервал от 1 до 20 [99]. Для сукцинилтрегалолипидов,продуцируемых Rhodococcus, рассчитанное значение ГЛБ находится винтервале 10 – 11 (таб.20).
Это значение соответствует показателю ГЛБ,которыйвработе[25]былопределенэкспериментальнодлятрегалолипидов R. erythropolis 51T7. Согласно шкале Гриффина ПАВ созначениями ГЛБ 8 – 18 способны образовывать эмульсии «масло в воде»107(рис. 36).Сукцинилтрегалолипидысосреднецепочечнымиостаткамижирныхкислот, продуцируемые бактериями-нефтедеструкторами штаммов X5 иS67, образуют стабильные эмульсии «масло в воде», что определяет ихфункциивпроцессебиодеградациигидрофобныхсоединенийродококками.3.7.2Солюбилизациян-гексадеканаподдействиембиодоступностигидрофобныхсукцинилтрегалолипидовБиосурфактантыспособствуютсубстратов для клеток за счет образования мицелл (псевдосолюбилизациягидрофобного субстрата), мицеллы связываются с поверхностью бактерий,затем диссоциируют в гидрофобном сайте клеточной стенки [174].Способность сурфактантов эффективно участвовать в солюбилизациигидрофобных веществ с точки зрения коллоидной химии можноохарактеризоватьсолюбилизацией.Солюбилизациюопределяютколичество гидрофобного соединения в единице объема ПАВ (моль/л).
Этувеличину могут выражать в размерности моль солюбилизата/моль ПАВ, т.еколичество н-гексадекана могут солюбилизовано одном моле мицелярногоПАВ (молярная солюбилизация,). Содержание биосурфактанта в системевыбирали в 3 и больше раз, чем ККМ (рис. 36).Через 24 часа молярная солюбилизация н-гексадекана в водномрастворе с присутствием выделенных биосурфактанта составляла всреднем 4моль/моль и не зависела от содержания биоПАВ в системе (приконцентрациях выше ККМ в 3 и более раз). В работе [129]демонстрировано, что один моль тетраэфиров трегалозы бактерийR.erythropolisB7gспособенсолюбилизироватьот0,3до2мольгексахлорана в зависимости от изомера этого соединения. Молярнаясолюбилизациятетрахлорэтилена и трихлорэтилена в присутствиирамнолипидов составила 2 и 8моль/моль, соответственно [175]. Канга с108соав.[123]продуцируемыеобнаружиди,чтобактериямигликолипидныеRhodococcussp.биосурфактанты,H13-A,в2,5разаэффективнее, чем Твин 80, при солюбилизации нафталина и егометилпроизводного.Значениямолярнойсолюбилизациирастворов,полученные этими авторами, увеличиваются в соотношении 1:1:10 сиспользованием тритона Х-100, ДСН и биоПАВ.
Такие высокие значениямолярнойсолюбилизациигидрофобныхсубстратов поддействиемгликолипидов, полученные в нашей работе и в работах другихисследователей, свидетельствуют от эффективной солюбилизирующейспособностигликолипидныхбиосурфактантов,продуцируемыхмикроорганизмами.3.8 Биодеградация гексадекана бактериями R. erythropolis X5 и R.erythropolis S67 при участии биосурфактантовБактерии R. erythropolis X5 и R. erythropolis S67 входят вбиопрепарат«МикроБак»,нефтезагрязненныхкоторыйтерриторийвиспользуютусловияхдляочисткихолодногоклимата.Эффективность утилизации углеводородов существенно зависит от ихагрегатного состояния, которое может изменяться от температуры. Так, нгексадекан при 26°С – жидкость, а при температуре 10°С – твердоевещество (температура плавления гексадекана 18°С).
Для выявлениявлияния температуры на способность бактерий участвовать в утилизациитаких углеводородов исследовали зависимость степени биодеградации нгексадекана во времени при 26оС и 10оС.Наиболееэффективнородококкидеградируютгексадеканвэкспоненциальной фазе роста при обеих температурах (более половины отутилизируемого вещества) (рис. 37).109Рисунок 37. Степень деградации н-гексадекана бактерияминефтедеструктормами R. erythropolis X5 и S67 при температуре 26оС и10оСПри 26оС степень биодеградации гексадекана после 3-х сутоккультивирования составила 34 – 35%, при 10оС за 6 суток былоутилизировано 27 – 28% гексадекана.
Это может быть обусловлено каквысокой скоростью роста бактерий в этой фазе (см. п.3.2), так и болеевысокой степенью адгезии клеток к гидрофобному субстрату (см. п.3.3),что способствует поступлению н-гексадекана (или его промежуточныхметаболитов) в клетку. К концу экспериментаR.erythropolisX5утилизировали 53% гексадекана за 8 суток культивирования при 26оС и40% – за 18 суток при 10оС. Бактерии R.erythropolis S67 были менееэффективны и утилизировали 46% и 30% гексадекана при 26оС и 10оС. Приэтом содержание гликолипидных биосурфактантов увеличивается взначительной степени только в конце экспоненциальной фазы роста. Вработе [5] показано, что бактерии Rhodococcus sp.
Q15 способныутилизировать около 30% н-гексадекана через 30 суток при 5оСкультивирования. Маргезин с соавт. [121] при изучении биодеградациигидрофобных субстратов в условии пониженной температуре выявлено,что бактерии R. cercidiphyllus BZ22 утилизировали 35% н-гексадекана притемпературе 10°С через 14 суток культивирования, а что сопоставимо сполученными нами результатами.Следует отметить, что содержание гликолипидных биосурфактантовв культуральной среде бактерий R.erythropolis X5 и R.erythropolis S67110увеличивается в значительной степени только в конце экспоненциальнойфазы роста.
Мы предположили, что добавление биосурфактанта вкультуральную среду на начальном этапе роста микроорганизмов позволитувеличить эффективность процесса биодеградации за счет увеличениядоступности гидрофобного субстрата благодаря образованию эмульсииприкомнатнойтемпературеиоблегчениюконтактаклеточнойповерхности с твердым гексадеканом посредством биосурфактанта припониженнойтемпературе.Однако,добавлениетрегалолипидныхбиосурфактантов, выделенных ранее из культуральной среды бактерий R.erythropolisX5,привелок незначительномуувеличениюстепенидеградации гексадекана (рис. 38).Рисунок 38. Степень биодеградации гексадекана родококками при 26оС и10оС через 8 суток при 26оС и 18 суток при 10оС при добавлениигликолипидных биосурфактантовТак,при26оСэффективностьбиодеградациин-гексадеканабактериями обоих штаммов увеличилась на 16 – 17%, а при 10оС – толькона 6 – 7%.
Как и следовало ожидать, влияние биосурфактанта на степеньбиодеградации более выражено в системе с жидким гидрофобнымсубстратом при 26оС за счет псевдорастворимости путем эмульгированиягексадекана на первых стадиях роста микроорганизмов, что приводит кувеличению контакта клеток с гидрофобным субстратом и его доступности111для бактерий (рис. 39-1).Рисунок 39. Возможные механизмы взаимодействия клетокмикроорганизмов с углеводородами.Маниккам с соавт. [129] проводили эксперименты по биодеградациидругого гидрофобного субстрата (гексахлорана) бактериями Sphingomonassp.MN05 c участием сукцинилтрегалолипида (40мкг/мл), продуцируемогобактериями R.
erythropolis. Оказалось, что в присутствии биосурфактантастепеньбиодеградацииувеличиваласьна35%после10сутоккультивирования бактерий. Ившина с соавт. [176] при изученииэффективности гликолипидных биосурфактантов родококков в отмываниимодельных нефтяных загрязнителей in situ выявили, что при добавлении4,2г/л (в 2 раза больше, чем ККМ) гликолипидных биосурфактантовудалось смыть с модельного объекта от 16% до 69% ароматическихциклических углеводородов, около 50% н-гексадекана. Это было на 5%эффективнее, чем в присутствии синтетического ПАВ (Твин 60), и на 20%эффективнее, чем просто дистиллированной водой.
Эти результатыподтверждают роль биосурфактанта как солюбилизатора в очисткетерриторий от гидрофобных загрязнений.112При пониженной температуре н-гексадекан в твердом агрегатномсостоянии не образует эмульсии, поэтому важную роль играет повышеннаягидрофобность клеточной поверхности бактерий на всех стадиях роста дляувеличения степени адгезии клеток к твердой гидрофобной поверхности,т.е. прямой контакт с гидрофобным субстратом (рис. 39-2). Транспортгексадекана в клетку при этом могут обеспечивать не мицеллы, агидрофобные каналы (см. п.3.5.2, рис.
26), которые могут бытьсформированы при участии гликолипидных биосурфактантов (рис. 39-3).Однако, образование таких каналов ограничено и не требует большогоколичества биосурфактантов, поэтому в присутствии дополнительныхколичеств гликолипидных биосурфактантов при пониженной температурестепень утилизации н-гексадекана бактериями увеличивается только на 67%.Такимобразом,биосурфактантовдополнительноеспособствуетвнесениеувеличениюгликолипидныхстепенидеградацииуглеводородов нефти родококками в теплое время года, а при пониженнойтемпературе такой биотехнологический прием менее эффективен. В то жевремя особенности физиологической адаптации бактерий R. erythropolis X5и R.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
