Химия. Экология. Биотехнология - 2016

ние которых представляет сложный, строго регулируемый биологический процесс. Биопленки – это микробные сообщества, состоящие из иммобилизованных агломератов бактериальных клеток, которые заключены в матрикс из синтезированных этими же бактериями внеклеточных полимерных веществ. Способность к формированию биопленок является составной частью жизненного цикла большинства микроорганизмов и успешной стратегии их защиты от неблагоприятных факторов среды.

Известно, что бактерии Propionibacterium acnes и Staphylococcus epidermidis, являясь основными представителями резидентной микрофлоры кожи человека, при стечении действия ряда факторов могут совместно вызывать оппортунистические инфекции, в частности акне.

Цель работы состояла в изучении влияния собственных и чужеродных внеклеточных метаболитов на рост планктонных культур и процессы формирования биопленок бактериями

S.epidermidis и P.acnes.

Объектами исследования явились штаммы бактерий

S.epidermidis ATCC 29887, P.acnes Ac1450 и их рифампицин-

устойчивый вариант P.acnes Ac1450 RifR. Синтезированные этими бактериями экзометаболиты были получены путем стерилизующей фильтрации (0,22 мкм) культуральных жидкостей после 16 ч роста их планктонных культур. Биопленки выращивали в 96-луночных плоскодонных полистироловых планшетах в течение двух суток с последующим определением биомассы пленок по степени связывания красителя генцианвиолета.

Результаты проведенных исследований показали, что внесение в питательную среду до 20 % (v/v) аутогенных внеклеточных метаболитов стимулирует рост планктонной культуры S.epidermidis ATCC 29887 и вызывает значительное увеличение биомассы пленок этой культуры по сравнению с контролем.

Одновременно с этим установлено, что метаболиты S.epidermidis ATCC 29887 оказывают ингибирующее действие на процессы формирования биопленок бактериями P.acnes Ac1450 RifR, начиная с объемной концентрации 20 %. Анало-

41

гичное действие оказывали метаболиты P.acnes Ac1450 RifR на процесс образования как собственных биопленок, так и биопленок S.epidermidis ATCC 29887. Кроме того, для обоих изученных штаммов микроорганизмов показано, что увеличение в питательной среде доли собственных и чужих экзометаболитов до 90 % приводило к угнетению роста их планктонных культур и уменьшению биомассы образующихся пленок. В то же время с помощью метода двукратных серийных разведений в микропланшетах установлено, что изученные метаболиты не обладали антибактериальной активностью.

Зависимость оптической плотности культур P.аcnes Ac 1450 RifR и S. epidermidis ATCC 29887 от объемной концентрации экзометаболитов этих культур в питательной среде

Объемная P.acnes, S.epidermidis, P.acnes, S.epidermidis,

концентрация метаболиты метаболиты метаболиты метаболиты метаболитов, S.epidermidis P.acnes P.acnes S.epidermidis

%

Таким образом, экзометаболиты бактерий P.acnes и S.epidermidis могут оказывать значительное влияние как на рост планктонной культуры, так и на формирование биопленок этими же бактериями, причем направление вызываемого эффекта зависит от концентрации экзогенных метаболитов.

42

УДК 539.216.2:544.722.1

А.С. Аверкина, В.В. Вольхин

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛЕНОК,

СОСТОЯЩИХ ИЗ ГИДРОФОБНЫХ ЧАСТИЦ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Миграция различных частиц пыли и дымов из воздуха на поверхность водоемов – естественное природное явление. Пыль и дым представляют собой мелкие твердофазные частицы минерального и органического происхождения. Способность таких частиц удерживаться на межфазной поверхности «воздух – вода» обусловлена их тонкодисперсностью. Подобным образом, благодаря малому весу, на границе «воздух – вода» могут задерживаться как гидрофобные, так и гидрофильные твердые частицы.

Способность тонкодисперсных частиц образовывать различные поверхностные скопления – пленки, небольшие области скоплений – обусловлена природой самих частиц.

В данной работе внимание уделяется исследованию поведения тонкодисперсных гидрофобных частиц на границе раздела фаз «воздух – вода». В качестве модельного объекта используются различные виды силикагеля, модифицированные алкилтрихлорсиланами, которые отвечают за различную степень гидрофобности частиц (Диасорб–130). Эксперименты проводились в установке Biostat A Plus (Sartorius, Germany), что позволяло задавать и контролировать параметры жидкой фазы, а именно температуру и перемешивание.

Установлено, что гидрофобные частицы, стремясь уменьшить площадь контакта с поверхностью воды, могут формировать на межфазной границе мелкие области скоплений (при малой интенсивности движения поверхностных потоков), а также

43

они могут объединяться в пленку (при интенсивном движении поверхностных потоков). Величина площади такой пленки уменьшается по мере увеличения длины углеводородного радикала, нанесенного на поверхность частиц силикагеля (при одинаковой массе частиц силикагеля, распределяемого на поверхности) (табл. 1).

Таблица 1

Площадь пленки на межфазной границе, в зависимости от степени гидрофобности частиц; при количестве силикагеля 20 мг и скорости перемешивания жидкой фазы 200 об/мин

В ходе экспериментов было установлено, что формирование пленки и ее размеры зависят также от интенсивности перемешивания жидкой фазы и количества гидрофобных частиц на межфазной поверхности.

При планировании экспериментов одной из задач было установление влияние растворенных в жидкой фазе веществ на формирование пленки. В ходе экспериментов была получена зависимость формирования пленки от вида растворенных веществ на примере серии насыщенных карбоновых кислот с разными по молекулярной массе углеводородными радикалами. Результаты экспериментов представлены в табл. 2.

На основании полученных данных можно сделать вывод: чем больше молекулярная масса углеводородного радикала в кислоте и чем больше концентрация кислоты в жидкой фазе, тем менее плотной становится пленка, т.е. частицы в пленке больше отдаляются друг от друга. Другими словами, появление молекул органических кислот вблизи межфазной границы приводит к пространственному перераспределению гидрофобных частиц на поверхности жидкой фазы.

44

Таблица 2

Площадь пленки для частиц диасорб-130-С16Т при количестве силикагеля 20 мг и скорости перемешивания

жидкой фазы 200 об/мин

Примечание: «–» – исследования не проводились

Результаты проведенных экспериментов позволяют прогнозировать поведение гидрофобных частиц на межфазной границе в зависимости от интенсивности перемешивания и состава жидкой фазы, а также в зависимости от природы самих частиц, образующих пленку.

УДК 579.26

А.Г. Азарова, О.И. Бахирева

УДАЛЕНИЕ ИОНОВ ЦИНКА И МАРГАНЦА ИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ РАСТВОРОВ И СТОЧНЫХ ВОД

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В условиях активной антропогенной деятельности загрязнение природных пресных вод тяжелыми металлами стало особо острой проблемой. Для тяжелых металлов в принципе не существует надежных механизмов самоочищения. Они лишь перераспре-

45

деляются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуя с различными живыми организмами и повсюду оставляя видимые нежелательные последствия этого взаимодействия. На сегодня основным источником загрязнения природных вод тяжелыми металлами являются промышленные загрязнения. Металлы попадают в природные воды с использованными промышленными водами, содержащими химические соединения и следы элементов, с дождевой водой, фильтрующейся через отвалы, а также при авариях различныххимическихустановокихранилищ.

По содержанию в поверхностных водах среди микроэлементов цинк занимает второе место после марганца. В озерах, расположенных в зоне влияния заводов по выплавке цинка, концентрации растворенного цинка превышают 100 мг/л. По имеющимся данным антропогенное поступление цинка в окружающую среду на 700 % превышает природное.

Повышенная аккумуляция цинка может приводить к недостатку металла в организме, что проявляется в подавлении ферментативных реакций. Избыток цинка приводит к повышению выработки молочной кислоты и, как следствие, к повышению рН крови и нарушению функции почек.

Неосветленные сточные воды марганцеворудных обогатительных фабрик содержат 20–35 мг/л марганца. Металл оказывает мутагенное действие на теплокровных животных. Он токсичен для рыб и низших водных организмов в концентрации 50 мг/л.

Целью данной работы является выделение культуры микроорганизмов, обладающей устойчивостью и поглотительной способностью к ионам тяжелых металлов (Zn2+ и Mn2+).

В ходе работы рассматривались две культуры: первая в прошлом исследовалась на сорбцию ионов цинка, а вторая была выделена параллельно; обе были успешны.

Микроорганизмы обеих культур лучше развивались на среде МПА составом: мясная вода 1 л; 0,5 % пептона; 0,25 % дрожжевого экстракта; 0,1 % глюкозы и 2 % агар-агара.

После омоложения и очистки исследуемых культур провели морфологическое описание каждой их них (таблица).

46

Морфологические признаки исследуемых культур

Микроорганизмы были испытаны дискодиффузионным методом, который показал их хорошую устойчивость к действию цинка и марганца. В ходе данного опыта были использованы концентрации ионов тяжелых металлов: Mn2+ – 5, 50, 100, 200 мг/л; Zn2+ – 10, 50, 100, 200 мг/л. Полученные результаты позволяют надеяться на возможность использования данных культур микроорганизмов для поглощенияионовцинкаимарганцаизрастворов.

УДК 539.216

Е.Е. Аликина, И.А. Пермякова, В.В. Вольхин

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОДЫ НА ПРОЦЕСС ЭТЕРИФИКАЦИИ БУТАНОЛА

И ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В настоящее время достаточно перспективным направлением являются разработка и внедрение во многих отраслях промышленности биоразлагаемых веществ, используемых в качестве растворителей.

47

Биоразлагаемые растворители относятся к препаратам «зелёной химии» и могут постепенно заменить традиционные растворители. В качестве перспективных биоразлагаемых растворителей рассматривают сложные эфиры высших жирных кислот

испиртов. Их получают из растительных масел и животных жиров, используемых в качестве продуктов питания. Поэтому возникает задача использования для их синтеза непищевых видов сырья, таких как некондиционные растительные масла и отходы масел. Однако при переработке некондиционных масел возникают трудности.

Отработанные растительные масла содержат от 3 до 40 % свободных жирных кислот (FFA). При их нейтрализации под действием щелочных катализаторов, образуются мыла, которые затрудняют последующее разделение и очистку продуктов взаимодействия. С целью понижения содержания FFA в исходном масле предложено проводить их этерификацию с использованием

кислотного катализа (H2SO4) и метанола. Процесс завершается стадией переэтерификации триацилглицеринов масла с использованием щелочного катализа. При этом реакции этерификации

ипереэтерификации приводят к образованию одинаковых продуктов – сложных эфиров низших спиртов и высших жирных кислот, которые являются компонентами растворителей.

Существенным недостатком этой технологии является низкая скорость реакции этерификации с использованием кислотного катализа (H2SO4).

Вданной работе была поставлена задача – оптимизировать режим протекания реакции этерификации в системе «олеиновая кислота – бутанол» в присутствии кислотного катализатора.

Врезультате проведения серии экспериментов были установлены зависимости, определяющие полноту превращения олеиновой кислоты в сложный эфир.

Проведено исследование свойств полученного эфира и по-

казано, что он является растворителем растительных масел и животных жиров и проявляет склонность к биодеградации.

48

УДК 574.24

А.А. Фурина, А.С. Максимов, В.Н. Басов

ПРИМЕНЕНИЕ ОКСИДАЗ ПЛЕСНЕВЫХ ГРИБОВ РОДА PENICILLIUM ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Избыточный активный ил представляет собой смесь осадка из первичных отстойников и биомассы микроорганизмов активного ила из илоуплотнителя с содержанием органических и минеральных компонентов до 80 и 20 % соответственно и влажностью около 80 %. В нем могут присутствовать различные загрязнители органической и неорганической природы, а также патогены (микроорганизмы, яйца гельминтов). В ходе микробиологических процессов в активном иле образуется ряд летучих органических соединений (вероятнее всего, серосодержащих), обусловливающих неприятный запах.

На сегодняшний день основным способом утилизации избыточного ила в России остается складирование на иловых картах. Места складирования избыточного активного ила являются источником загрязнения поверхностных и подземных вод. Иловые площадки требуют больших площадей. Кроме того, избыточный ил, хранящийся на таких площадках, имеет резкий неприятный запах (особенно летом), который может ощущаться (при определенном направлении ветра) в ближайших населенных пунктах. Поэтому складирование избыточного активного ила на иловых картах не отвечает современным экологическим

итехническим требованиям.

Вданном исследовании рассматриваются следующие проблемы: неприятный запах избыточного активного ила, относительно большой объем ила и его высокая влажность.

49

На основании анализа литературных данных было выдвинуто предположение, что ферменты подкласса оксидаз (класса оксидоредуктаз), содержащиеся в мицелии плесневых грибов рода Penicillium, могут быть использованы для решения данных проблем. Для проверки этого предположения была получена биомасса плесневых грибов рода Penicillium (использовали глубинное культивирование в жидкой среде Чапека). Из мицелия были выделены ферменты методом автолиза при температуре 45 ºС на качалке срежимом работы 100 об./мин. Активность выделенных из плесневых грибов ферментов определяли с помощью фотоколориметра (при длине волны 420 нм) по скорости окисления пирокатехина (10 мМ) в ацетатном буфере (рН = 5). За единицу оксидазной активности принимали изменение оптической плотности реакционнойсмесиза1 минна1 млкультуральногофильтрата.

Целью дальнейшего исследования является экспериментальная оценка влияния оксидаз, выделенных из плесневых грибов, на интенсивность выделения летучих органических соединений, обусловливающих неприятный запах избыточного активного ила, а также изучение влияния выделенных оксидаз грибов рода Penicillium на такие характеристики, как влажность, фильтруемость и скорость оседания.

УДК 546.46’185

Л.И. Исмагзамова, В.В. Вольхин, Г.В. Леонтьева

СИНТЕЗ СОРБЦИОННО-АКТИВНОГО

Mg3(PO4)2·22H2O

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Суперкристаллогидрат Mg3(PO4)2·22H2O имеет структуру, включающую ионы Mg(H2O)62+ и PO43–, которые объединены лишь водородными связями с участием молекул H2O.

50