Химия. Экология. Биотехнология – 2015

УДК 637.142.2:577.112.083

Н.Б. Ходяшев, И.В. Мухаметшин

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОЛИЗАТА МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ В ПРОЦЕССЕ ВЫДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Впроцессе промышленной переработки молока на масло, сыр, творог получают побочные продукты – обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку, так называемое «вторичное молочное сырье». По своим биологическим свойствам вторичное молочное сырье не уступает цельному молоку.

Внастоящее время назрела объективная необходимость обязательного введения в известные технологические схемы переработки молочного сырья узлов утилизации молочной сыворотки и молочных смывных вод.

Анализ литературных данных показывает, что существует схема переработки молочного сырья, состоящая из двух этапов. Первый этап – получение сыворотки, второй – выделение из нее белков. Ранее, в процессе научно-исследовательской работы была отработана методика получения подсырной сыворотки с применением сычужного фермента, что являлось основой первого этапа.

На втором этапе было определено, что целесообразным для процесса выделения является применение полиэлектролитов на основе полиакриламида (ПАА). Указанные вещества способны при их малом удельном расходе полностью осаждать такие пищевые компоненты молочной сыворотки, какбелки, жирыи частичноуглеводы.

Эффективность выделения повышается методами химической

ифизической модификации ПАА за счет изменения его ионогенности. В качестве модификаторов используются индивидуальные

51

аминокислоты: глицин, серин и другие, что не всегда оправданно с экономической точки зрения.

Нами предложено использовать смесь аминокислот для модификации ПАА, полученную путем гидролиза свежей сыворотки. Возможность использования в качестве модификатора ПААгидролизата сыворотки повысит эффективность процесса выделения белков, а также положительно повлияет на его экономические показатели.

УДК 579.66

Л.Н. Смирнова, О.Н. Октябрьский*

РАЗРАБОТКА ТЕСТ-СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ВОДАХ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

*Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН, г. Пермь

в них гидробионтов, являются сточные воды заводов, содержащие разбавленные растворы тяжелых металлов. В последние десятилетия возрастает интерес к использованию микроорганизмов в качестве тест-систем для оценки загрязнения окружающей среды.

Известно, что микроорганизмы могут существовать как в виде свободно плавающих планктонных клеток, так и в виде биопленок, характерной чертой которых являются повышенная вирулентность, устойчивость к антибиотикам и другим антимикробным препаратам. Менее известно об устойчивости биопленок к солям тяжелых металлов.

52

В данной работе изучалось влияние солей ионов кобальта, железа, никеля и цинка на биопленкообразование бактериями. В качестве микробной тест-системы использовался штамм бактерий E. coli BW25113 (wild-type). Бактерии выращивали на минеральной среде М-9 с добавлением 0,4 % глюкозы, 0,2 % казаминовых кислот и 10 мкг/мл тиамина на иммунологических планшетах при 37 °С. Культуру инкубировали без встряхивания в течение 22 ч

иизмеряли оптическую плотность планктонной культуры (OD600) с помощью микропланшетного спектрофотометра xMarkTM BioRad. После удаления планктона биопленки окрашивали 0,1%-ным раствором кристаллического фиолетового, отмывали от избытка красителя, экстрагировали 96%-ным спиртом и измеряли оптическую плотность при 540 нм. Удельное биопленкообразование определяли путем деления OD540 на OD600.

Внаших исследованиях установлено, что в диапазоне концентраций от 1 до 10 µM сульфат кобальта, сульфат никеля

исульфат цинка не оказывали существенного влияния на рост клеток в планктоне, в то время как сульфат железа стимулировал рост на 17 %. Для исключения влияния на бактерии сульфатаниона были проведены опыты в присутствии сульфата натрия. Показано, что сульфат-анион не оказывает существенного действия на растущую культуру.

При концентрации 10 µM обе соли (CoSO4·7H2O и FeSO4·7H2O) снижали образование биопленок на 18 и 27 % соответственно. При этом удельное биопленкообразование в случае сульфата железа снижалось на 23 %. Таким образом, испытанные соли, особенно сульфат железа, способны существенно ингибировать образование биопленок, растущих на минеральной среде, и стимулировать рост культуры в планктоне. Результаты нашего исследования показывают,

что процесс образования микробных биопленок чувствителен к воздействию тяжелых металлов и может служить основой для создания тест-систем для оценки загрязнения окружающей среды.

Работа поддержана грантом РФФИ-Урал № 14-04-96031.

53

УДК 623.19.47

А.С. Маковеев, А.Ю. Друк, Л.С. Пан

ПОЛУЧЕНИЕ БИОСОРБЕНТОВ ПУТЕМ МОДИФИЦИРОВАНИЯ БИОМАССЫ МОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЙОДА ИЗ ГАЗОВОЗДУШНОЙ ФАЗЫ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Актуальной для современного общества является проблема экологической безопасности. При производстве препаратов медицинского назначения, при утилизации отходов атомной индустрии,

атакже при ликвидации аварий различного масштаба на атомных объектах, в окружающую среду поступают различные формы йода,

аименно: газоаэрозольная в составе элементарного йода (такие изотопы, как 131I (период полураспада 8,04 сут), 129I (период полураспада 17 млн лет) и 133I (период полураспада 21 ч), метилйодид, йодид- и йодат-ионы, поступающие в водную фазу и транспортирующиеся в почвенные среды.

Всвязи с этим возникает проблема получения сорбентов, способных эффективно сорбировать различные формы йода из газовоздушной фазы. Существующие ныне неорганические сорбенты для газообразного йода обладают рядом существенных недостатков, таких как низкая скорость сорбции, невысокая сорбционная емкость, ухудшение сорбционных свойств в условиях повышенной влажности, сложность и высокие экономические затраты в процессе получения. Наиболее приемлемая альтернатива – сорбенты на основе биологических объектов.

Настоящая работа посвящена получению биосорбентов на основе морских водорослей трех видов – Zosteramarina, Cystoseirabarbata и Сladophoraglomerata. Данные водоросли способны аккумули-

54

ровать йод за счет высокого содержания углеводной составляющей. Наличие на поверхности карбоксильных групп альгиновой, аскорбиновой, малоновой и других карбоновых кислот позволяет иммобилизовывать на их поверхности комплексные соединения, в том числе металлорганические комплексы. Кроме того, выбранные водоросли относятся к разным видам, обладают различной удельной поверхностью, структурой и строением поверхностного слоя.

Из литературных источников хорошо известно, что йод образует прочные комплексные соединения с органическими аминами и их производными. На основании экспериментальных данных в качестве лиганда для комплексного соединения был выбран уротропин, а в качестве комплексообразователя – соединение CaCl2. Выбор комплексообразователя обусловлен тем, что в фармацевтической промышленности производится медицинский препарат «кальцекс», который является комплексным соединением уротропина и CaCl2, (формула которого (С6H12N4)2· CaCl2·10H2O), а также сорбент на основе комплексного соединения с уротропином показал высокие сорбционные характеристики по йоду и не обладает токсичностью, что является важнойхарактеристикой длябиосорбентов.

Была исследована зависимость осаждения комплексного соединения на поверхности водорослей от температуры обработки и от концентраций исходных растворов. Установлено, что температура обработки не оказывает существенного влияния на осаждение комплексного соединения и последующую сорбционную емкость. При увеличении концентрации исходных растворов происходит соосаждение комплексного соединения в виде отдельной фазы. Поэтому в дальнейшем морские водоросли каждого вида последовательно обрабатывались растворами 0,1 М CaCl2 и 0,2 M С6H12N4 при комнатной температуре в течение четырех суток. На полученных сорбентах были изучены сорбционные свойства. Установлено, что максимальное время насыщения полученных сорбентов йодом из газовоздушной фазы в динамических условиях составляет примерно 10 мин. При этом наибольшей сорбционной емкостью (E мг I2/г сорбента) обладают сорбенты на основе Zosteramarina (E = 883,5 мг I2/г cорбента), в то время как сорбенты на основе

55

Сladophoraglomerata и Cystoseirabarbata имеют значительно более низкие сорбционные показатели (E = 448 мг I2/г cорбента и 163 мг I2/г сорбента соответственно). Настолько разные значения сорбционной емкости, очевидно, зависят от различного строения водорослей, в частности, от размеров пор клеточных стенок водорослей, а также от площади поверхности, доступной для комплексного соединения. Доказано, что существует прямо пропорциональная зависимость между количеством сорбированного йода из газовоздушной фазы и массовой долей комплексного соединения в составе сорбента.

Показано, что полученные биосорбенты не обладают токсичностью и не выявлено их ингибирующего воздействия на рост культуры E.coli.

УДК 543

А.С. Аверкина, В.В. Вольхин

ВЛИЯНИЕ ПЛЕНОК ГИДРОФОБНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА ЧЕРЕЗ ПОВЕРХНОСТЬ РАЗДЕЛА ВОЗДУХ–ВОДА В ПРОЦЕССАХ БИОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛИЦЕРИНА

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Значительную долю в загрязнение атмосферы и открытых водоемов вносят пыль и аэрозоли. Ежегодный выброс этих загрязнений достигает 1670 Мт (мегатонн) (G. Fellenberg). Эти загрязнения образуются как за счет антропогенных, так и природных процессов и имеют минеральное и биогенное происхождение. Из числа минеральных загрязнений в количественных отношениях выделяются частицы пыли из почвы, дым, сажа, зола и, наконец, полициклические ароматические углеводороды.

56

На поверхности воды накапливаются преимущественно частицы, проявляющие гидрофобные свойства. Они могут образовывать собственные пленки или, концентрируясь на межфазных поверхностях воздух-вода, масло-вода (нефть-вода), стабилизировать эмульсии и пены, что изменяет межфазный транспорт веществ, например кислорода.

Аналогичное влияние гидрофобных частиц на межфазный транспорт кислорода может проявляться при культивировании аэробных микроорганизмов и при биокаталитическом окислении органических веществ, требующих постоянного присутствия кислорода в жидкой фазе. При этом можно ожидать не только проявления отрицательного эффекта в присутствии гидрофобных пленок, но и ускорения межфазного транспорта (если частицы выступают в качестве катализаторов массопереноса).

При планировании эксперимента была поставлена задача – определить влияние частиц кварца (10 мкм), поверхность которых гидрофобизирована за счет нанесения радикалов С16 (диасорб – 130 – С16Т). Рассматриваемые гидрофобные частицы кварца образуют на межфазной поверхности воздух–вода двумерные структуры (пленки), связь между частицами в которых имеет динамический характер. Экспериментально (при оптимальной частоте перемешивания 200 об/мин) были получены значения усиления эффекта массопереноса кислорода (Е) при добавлении различных электролитов в концентрации 2 ммоль/л. Результаты представлены в таблице.

Результаты исследований показали, что в рассматриваемых условиях, гидрофобные частицы выступают в роли активатора транспорта кислорода, при этом скорость межфазного переноса возрастает в ряду: MgCl2 < Na2SO4 < LiCl < NaCl < RbNO3 < KCl < Cs2SO4. В данной серии солей определяющую роль играют катионы: значения Е возрастают по мере понижения энергии гидратации катионов, что может быть связано с ослаблением прочности у поверхности раздела фаз воздух–вода.

57

Сравнение площади, занимаемой частицами (S), и коэффициента усиления массопереноса кислорода при добавлении электролитов

Диасорб – 130 – С16Т (10 мкм); концентрация электролитов (С) 2 ммоль/л; частота вращения 200 об/мин

С целью определения влияния пленки гидрофобных частиц на массоперенос кислорода в водную фазу был взят процесс окислительной биотрансформации глицерина в карбоновую кислоту. Подбираются условия культивирования грибов Aspergillus niger. В процессе культивирования глюкоза (источник углерода) была заменена на глицерин. Замена источника не вызвала подавления роста культуры, поэтому было исследовано ингибирующее влияние глицерина на культуру. Даже в независимости от дозировки субстрата культура быстро адаптировалась, и выраженного ингибирующего действия не наступило. Измерение показателей роста производилось с помощью фотоколориметра и pH-метра. Результаты проведенных экспериментов указывают на возможность биотрансформации глицерина. Условия культивирования и результаты исследований подвергаются оценке, анализу и уточнению.

58

УДК 661.832.321

В.З. Пойлов, О.А. Федотова, С.В. Вавилин, В.А. Шеин

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКОПА ЦБП ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ФЛОТАЦИОННОГО

ХЛОРИДА КАЛИЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Ежегодно на предприятиях ЦБП образуется около 500 тыc. т осадков (скопа, активного ила и шлам-лигнина). Из этого количества менее 10 % осадков подвергается обезвоживанию, неутилизируемые отходы обычно вывозятся в отвалы. При длительном хранении скопа в отвалах происходит частичное разложение с выделением различных органических соединений, которые в большинстве своем являются токсичными. Из анализа научной и патентной литературы установлены следующие направления использования скопа: производство удобрений и строительных материалов, использование в качестве топлива, выработка дубильных экстрактов и различных видов химических продуктов. Однако трудно назвать направление, которое бы полностью решало проблему утилизации скопа.

Cкоп представляет собой волокно целлюлозы с примесями лигнина, карбонатов натрия, калия, магния и кальция, а также небольшого количества фосфатов и нитратов этих же металлов.

На кафедре химических технологий ПНИПУ проводятся исследования по использованию скопа в качестве связующего для гранулирования флотационного хлорида калия.

В результате проведенных исследований установлена принципиальная возможность использования скопа в качестве связующего для гранулирования флотационного хлорида калия методом окатывания. Определены оптимальный состав и условия сушки гранул

59

для гранулирования флотационного хлорида калия методом окатывания, позволяющие получать гранулят с высоким выходом товарной фракции (85,7 %) и статической прочностью (30,5 Н/гранула). Найденные характеристики гранулята соответствуют требованиям, предъявляемым к товарному гранулированному хлориду калия.

УДК 549.755.211

Е.Л. Носенко, Г.В. Леонтьева, В.В. Вольхин

ПОНИЖЕНИЕ УРОВНЯ БИОДОСТУПНОСТИ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ С ПОМОЩЬЮ ФОСФАТНЫХ МЕЛИОРАНТОВСТАБИЛИЗАТОРОВ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ

С ПОМОЩЬЮ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Тяжелые металлы (ТМ) занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как диоксиды углерода и серы. Загрязнение ТМ связано с их широким использованием в промышленном производстве. В связи с несовершенными системами очистки и аварийными ситуациями ТМ попадают в окружающую среду, в том числе и в почву, загрязняя ее. Почва является источником вторичного загрязнения вод, стекающих в Мировой океан. Из почвы ТМ усваиваются растениями, которые затем попадают

впищу.

Вданной работе поставлена задача понизить биодоступность ионов Ni2+ в почве как одного из типичных представителей промышленных отходов. В качестве мелиоранта-стабилизатора Ni2+ принят магнийаммонийфосфат. Это соединение не представляет

60