Изучение состава и свойств микробных ПАВ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 579.222.2+579.26

Ягофарова А. Я., Бердимуратова К. Т. Хасенова Э.Ж. Молдагулова Н.Б. ©

Республиканское государственное предприятие "Национальный Центр Биотехнологии»

ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ МИКРОБНЫХ ПАВ

Аннотация

Статья посвящена изучению свойств биосурфактантов, выделенных из культур Bacillus polymyxa ДН, Rhodoccus ruber КЛ4, Dietzia maris MB3, Pseudomonas aeruginosa КИБ. Определена пенообразующая способность и критическая концентрация мицеллообразования. Проведен качественный анализ химического состава биосурфактантов..

Ключевые слова: биосурфактанты, пенообразующая способность, критическая концентрация мицеллообразования.

Keywords: biosurfactants, foaming property, critical micelle concentration.

Из загрязненных нефтепродуктами почв и воды нами были выделены нефтеокисляющие бактерии, идентифицированные как Bacillus polymyxa ДН, Rhodoccus ruber KЛ4, Dietzia maris MB3, Pseudomonas aeriginosa КИБ. Интерес в исследовании данных бактерий связан с тем, что они обладают способностью утилизировать нефтепродукты и синтезировать метаболиты -биосурфактанты, обладающие поверхностно активными свойствами. БиоПАВ способны снижать поверхностное и межфазовое натяжении, тем самым, улучшая биодоступность нефтепродуктов для дальнейшего окисления микробной клеткой. Также обладают свойством низкой токсичности и способность к быстрому разложению.

Биосурфактанты классифицируются на низкомолекулярные (гликолипиды, липопептиды и фосфолипиды) и высокомолекулярные (полисахариды, белки, липополисахариды, липопротеины) [1]. Согласно авторам [2] биосурфактанты, продуцируемые отобранными штаммами, являются низкомолекулярными ПАВ, которые способны снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Поэтому целью работы было изучение состава и свойств полученных микробных ПАВ.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве исходного материала использовали штаммы нефтеокисляющих

микроорганизмов Bacillus polymyxa ДН, Rhodoccus ruber КЛ4, Dietzia maris MB3, Pseudomonas aeruginosa КИБ.

Получение экзогенных метаболитов

Для получения экзогенных метаболитов углеводородокисляющие микроорганизмы культивировали на средах Ворошиловой-Диановой с добавлением различных субстратов, при температуре 30оС в течение 7 суток на шейкере Stuart S 150.

Определение пенообразующей способности раствора.

Пенообразующая способность раствора - это количество пены, выражаемая ее объемом (в мл) или высотой столбца (в см), которая образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение данного времени.

Определение критической концентрации мицеллообразования (ККМ)

кондуктометрическим методом.

Растворы для кондуктометрического определения ККМ готовили непосредственно перед измерением электропроводности (для предотвращения гидролиза ПАВ).

В кондуктометрический стаканчик наливали раствор олеата натрия, погружают в него электроды и измеряли удельную электропроводность растворов, начиная с наиболее

© Ягофарова А. Я., Бердимуратова К. Т. Хасенова Э.Ж. Молдагулова Н.Б., 2014 г.

разбавленного. Предварительно готовили серию растворов олеата натрия из исходного 0,033 моль/л к более низкой концентрации. Рассчитывали эквивалентную электропроводность X по формуле:

X = %/С, См-м2/моль,

где С - концентрация раствора в моль/м3. Строили график зависимости X - (-1§Спав) и % -(-lgCnAB) и по ним находили ККМ.

Определение ККМ в растворах биоПАВ проводили аналогично.

Определение состава биосурфактантов качественными реакциями.

Раствор 1% нингидрина готовили растворением навески вещества квалификации х.ч. в ацетоне (х.ч.), растворы 10% NaOH(x.4.) и 5% CuSO4(x.4.) готовили растворением соответствующих навесок в дистиллированной воде.

Раствор 1% Люголя готовили растворением 1г кристаллического 12(х.ч.) и 2г. К1(х.ч.) в дистиллированной воде.

Для проведения реакции Гольдмана, предварительно готовили раствор красителя судан III по следующей методике: 0,2г красителя растворяли в 100мл горячего 70% спирта, раствор выдерживали в течение 3 часов в термостате при температуре 58оС, затем раствор охлаждали и фильтровали через фильтр «синяя лента».

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Пенообразующая способность - важная характеристика, показывающая концентрацию биосурфактантов в растворе. Более того, она способна служить основным показателем при гигиеническом обосновании предельно допустимой концентрации ПАВ в объектах окружающей среды. Поэтому проводились исследования по определению пенообразующей способности выделенных биосурфактантов. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Метрологические характеристики измерения высоты пены, биосурфактантов

отобранных штаммов (n=10, P=0,95).

Название штаммов - продуцентов Высота пена, см Sr x +

Bacillus polymyxa ДН 4,5 5,9 4,W!i8

Pseudomonas aeriginosa КИБ 5,5 3,7 5,5±0,15

Dietzia maris MB3 2,0 14,6 2,0±0,24

Rhodoccus ruber КЛ4 5,1 7,7 5,1±0,28

Общая высота раствора составляла в среднем 7,1см, при этом доля пены в случае биоПАВ штаммов Bacillus polymyxa ДН, Rhodoccus ruber КЛ4, Pseudomonas aeriginosa КИБ была более 60%, для штамма Dietzia maris MB3 высота пены составляла 28%. Полученные результаты являются воспроизводимыми и близкими, о чем свидетельствуют метрологические характеристики.

Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) характеризует одно из важнейших свойств поверхностно активных веществ - образование мицеллярных растворов. Значение ККМ характеризует равновесия ассоциации молекул ПАВ в растворе. Поэтому исследование ККМ важно как для технологических целей, так и для коллоидно-химического изучения структуры раствора [3]. ККМ измеряли кондуктометрическим методом. Результаты приведены на рисунке 1.

Рис. 1 - Концентрационная зависимость удельной электропроводности растворов биосурфактантов продуцируемые штаммами Pseudomonas aeruginosa КИБ(1), Dietzia maris MB3(2), Bacilluspolymyxa

ДН(3), Rhodoccus ruber КЛ4(4).

Критическая концентрация мицеллообразования определяют по той точке, которая соответствует излому на кривых. Исходя из полученных данных, следует что ККМ в случае биосурфактантов отобранных штаммов составляет в среднем 5 10-3моль/л.

Для определения химического состава биосурфактантов проводили качественные реакции на наличие белков, аминокислот, углеводов и липидов. Результаты представлены на рисунках 2, 3 и в таблице 2.

Рис. 2

Качественные реакции биосурфактантов штаммов Dietzia maris MB3 1 -биуретовая реакция, 3 - нингидриновая реакция

реакция Троммера, 2 -

Рис. 3 - Качественные реакции биосурфактантов штаммов Rhodoccus ruber КЛ4 1- биуретовая реакция,

2 - нингидриновая реакция

Качественные реакции биосурфактантов

Таблица 2

№

название качественных реакций

биосу рфактанты

Bacillus polymyxa ДН Rhodoccus ruber КЛ4 Dietzia maris MB3 Pseudomonas aeruginosa КИБ

1 нингидриновая реакция + + + +

2 биуретовая реакция + + + +

3 йодная реакция - + + -

4 реакция Троммера + + + +

5 реакция Г ольдмана + - - +

Положительные тесты для биоПАВ культур Rhodoccus ruber КЛ4, Dietzia maris MB3 были на реакции с нингидрином (сине-фиолетовое окрашивание), биуретовая реакция (фиолетовый), реакция Троммера (желтый цвет), йодная реакция.

Для биосурфактантов культур Pseudomonas aeruginosa КИБ и Bacillus polymyxa ДН положительную реакцию наблюдали с нингидрином, в случае биуретовой реакции, реакции Троммера и реакции Г ольдмана.

Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что выделенные биосурфактанты обладают высокой эмульгирующей активностью, значение их ККМ близки, более того, в состав биоПАВ входят остатки аминокислот и моно и дисахаридов. Следовательно, данные биосурфактанты можно отнести классу гликолипидов.

Литература

1. A. Toren, S. Navon-Venezia, E.Z. Ron, E. Rozenberg //Appl. Environ. Microbiol. - 2001. -V.67, №3. - P. 1102-1106.

2. Н.А. Картель, Г.Н. Бричкова - Рамнолипиды: перспективы их использования для фиторемедиации.// Биотех. - 2007. - №4.- С. 47-60

3. А.А. Абрамзон - Поверхностно - активные вещества. Л.: Химия, 1981. -304с.