Разработка экспресс-метода оценки микробиологической стойкости волокнистых материалов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Е. Л. Пехташева, А. Н. Неверов, Г. Е. Заиков,

С. Ю. Софьина, О. В. Стоянов

РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС-МЕТОДА ОЦЕНКИ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: экспресс-методы, микробиологическая стойкость, волокнистые материалы, хранение, деструкторы,

поликапроамидные волокна.

В статье приведены данные по экспресс методам оценки микробиологической стойкости волокнистых материалов. Авторами проведен выбор микроорганизмов-деструкторов поликапроамидных волокон и показан способ их сохранения. Рассмотрено влияние микроорганизмов на химическую структуру поликапроамидных волокон. Проведенные исследования позволили установить, что при воздействии культуры бактерии Bacillus subtilis k1 на поликапроамидные волокна изменяется не только структура волокон на надмолекулярном уровне, но также прослеживается изменение химической структуры волокон на молекулярном уровне.

Keywords: express methods, microbiological resistance, fiber materials, storage, destructors, polycaproamide fibers.

Data of the express methods of evaluation of fiber materials microbiological resistance are presented in the article.

The authors have chosen the microorganisms-destructors ofpolycaproamide fibers and shown how to save them. The influence of microorganisms on the chemical structure of polycaproamide fibers is considered. The studies have revealed that when the bacteria Bacillus subtilis k1 affects the polycaproamide fibers the fibers structure changes not only on supermolecular level, but also on molecular level.

Проблема разработки экспресс-методов оценки микробиологической стойкости различных материалов является крайне актуальной как с точки зрения теории, так и практики. Впервые эти вопросы были поставлены перед учеными проф. Норманном Грасси (Университет г. Глазго, Шотландия, Великобритания) и академиком Николаем Марковичем Эмануэлем (Институт Химической Физики Академии Наук СССР, Москва) в середине 1960х годов.

Выбор микроорганизмов - деструкторов поликапроамидных волокон и способ их хранения

Многие микроорганизмы - бактерии, микроскопические грибы, дрожжи, водоросли - могут взаимодействовать с синтетическими волокнистыми материалами. В соответствии с целями исследования перед нами стояла задача выбора таких микроорганизмов, которые могли бы использовать поликапроамид-ные (ПКА) волокна в качестве единственного источника энергии и питания.

Выбор микроорганизмов производили исходя из оценки степени деструкции ПКА-волокнистых материалов.

В качестве объектов микробиологического воздействия были использованы: стандартный набор микроскопических грибов [1], микрофлора различных почв, а также адаптивные к ПКА-волокнам культуры бактерий [2, 3]. Критерием оценки активности микроорганизмов по отношению к ПКА-волокнистым материалам служила степень деструкции структуры волокна по методу проф. Ермиловой И.А. [3].

Оценка грибостойкости по методу ГОСТ 9,048 [1] исследуемых ПКА волокнистых материалов 0,7 и 0,3 текс выявила следующее. После 100-суточного выдерживания в камере грибообразования при 30°С и относительной влажности 100% материалы, инокули-

рованные водной суспензией спор микроскопических грибов стандартного набора, при визуальной оценке не имели на поверхности никаких признаков обрастания. Следовательно, эти материалы обладают высокой устойчивостью к действию микроскопических грибов.

Анализ роста мицелиальных грибов на ПКА волокнистых материалах в чашках Петри на среде Чапека по методу ГОСТ 9.049-75 [4] позволил установить следующее. На пятые сутки после инокуляции мицелий развивался по всей поверхности питательной среды в чашках Петри, на материалах споры не обнаружены и зоны ингибиции отсутствуют. На восьмые сутки наблюдается хорошее спороно-шение по всей поверхности среды и переход спор на ПКА волокнистые материалы. Через 19 суток после инокуляции на ПКА волокнах 0,7 текс отчетливо наблюдали рост мицелия на площади, превышающей 25%, а на волокнах 0,3 текс - спороношение по всей поверхности. Следовательно, степень обрастания микроскопическими грибами ПКА волокнистых материалов, оцениваемая по шестибальной шкале грибостойкости, равна 5 баллам [4].

Однако оценка степени деструкции волокон под действием микроскопических грибов свидетельствует лишь о начальной стадии повреждений ПКА волокон мицелиальными грибами, показатель деструкции образцов волокон 0,7 текс и 0,3 текс составляет 0,29 и 0,32 соответственно (табл. 1).

Следовательно, только наличие среды Чапека в чашках Петри стимулировало рост и развитие спор на ПКА волокнах.

Образцы ПКА волокнистых материалов инокулировали также чистыми культурами адаптивных к капрону бактерий, полученных из коллекции И.А.Ермиловой [2, 3]; условно обозначенных нами: 5 капрон 2; 5 капрон 5; 5 капрон 6 (микрофло-

ра активных илов сточных вод); 6 а; 62 а; 63 а; 6 жа (спонтанная микрофлора капрона); ф 1; ф 4; фж (спонтанная микрофлора фенилона). Результаты исследования представлены в таблице 2.

Таблица 1 - Повреждение ПКА волокон микроскопическими грибами

Вид волокна, текс Повреждения классов: Показатель биодеструкции, К, ед.

А х,, ед. В х2, ед. С Хз , ед.

0,7 6,0 1,1 1,0 0,29

0,3 9,1 2,0 1,0 0,32

Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что наиболее активной культурой оказался штамм бактерии под кодовым обозначением «6 а», выделенный из спонтанной микрофлоры капроновых волокон. Показатель биодеструкции через 3 недели экспозиции (к = 0,52) позволяет судить о деструкции не только поверхности, но внутренних участков волокна.

Таблица 2 - Повреждение ПКА волокон микроскопическими грибами

Вид культуры Вре- мя экс- пози- ции, сутки Повреждения классов: Показатель био-деструкции, К, ед.

А х, В Х2 С Хз

Микро- флора активных илов: 7 4,7 0 0 0,009

5 капрон 2 21 5,9 0 0 0,012

5 капрон 5 7 7,9 1,5 0 0,053

21 24,2 5,4 0 0,183

5 капрон 6 7 15,5 1,3 0 0,064

21 53,1 4,5 0 0,219

Спонтанная микро-флора капрона: 7 22,4 2,4 0 0,105

6а 21 47,9 5,7 0 0,519

62а 7 5,3 0 0 0,011

21 9,1 0 0 0,018

63а 7 5,4 0 0 0,011

21 8,3 0 0 0,017

6жа 7 27,9 0 0 0,056

21 64,2 0 0 0,128

Спонтанная микро-флора фенилона: 7 18,4 0 0 0,099

ф1 21 42,1 1,0 0 0,489

фф 7 5,6 0 0 0,011

21 10,4 0 0 0,021

фж 7 33,3 0 0 0,067

21 73,7 0 0 0,199

Целью дальнейшего исследования являлась идентификация штамма бактерии - деструктора ПКА волокон, который может быть использован для разработки экспресс-метода оценки бактериостой-кости текстильных материалов, содержащих в составе ПКА волокна. Также перед нами стояла задача разработки способа хранения этой культуры бактерий в течение длительного времени с целью сохранения биодеструктирующей способности.

Выделенный штамм характеризуется следующими признаками:

Морфологические признаки:

Клетки палочковидные, подвижные, размеры 0,7-0,8*2-3 мкм. Реакция по Грамму положительная. Образуют эллиптические по форме эндоспоры, которые располагаются в центре, раздутости спорангия нет.

Культуральные признаки:

а) Особенности роста в жидкой среде: Рост в жидкой среде сопровождается образованием складчато-бугристой кожистой пленки.

б) Характерные признаки колоний: Колонии округлые, крупные, плоские. Колонии бесцветные, матовые, край волнистый, структура струйчатая. Поверхность колоний борозчатая, радиально исчерченная.

На мясопептонном агаре (37°С, 48 ч) образует округлые, плоские колонии. Поверхность колоний борозчатая, радиально исчерченная. Колонии серого цвета матовые; мелкоскладчатый центр -беловатый; край волнистый, структура струйчатая.

На мясопептонном бульоне (37°С, 44 ч) без встряхивания рост без помутнения среды, на поверхности образуется складчато-бугристая кожистая пленка.

На синтетической среде с минеральным азотом, (состав [г/л]: глюкоза 3,0; N^N03 0,3; КН2Р04 0,1; К2НР04 0,1; ]^04 0,05; №С1 0,05; СаС03 0,5; Бе804 0,0002; агар-агар 15,0) образует средние круглые; выпуклые в центре колоний. Поверхность колонии радиально исчерченная. Колонии матовые, белые, средняя часть колонии более темного цвета; край лопастной, структура струйчатая.

На ломтиках картофеля (37°С, 48 ч) образует морщинистую мелкоскладчатую пленку кремового цвета.

Физиолого-биохимические признаки:

а) Отношение к источникам углерода: Хорошо усваивает и растет на глюкозе, арабинозе, ксилозе, манните: образует из них кислоту. Не образует газа из глюкозы. Образует ацетоин.

б) Отношение к источникам азота: Нитраты восстанавливает до нитритов; индол не выделяет. Молекулярный азот не использует. Тирозин не разрушает. Фенилаланин не дезаминирует. В дополнительных факторах роста не нуждается. Желатину разжижают. Крахмал и казеин гидролизует. Катала-зоположительный. Растет на среде с 7% №С1. Реакция на яичный желток отрицательная.

в) Другие признаки: Облигатный аэроб. Температурный диапазон роста: от +5 до 55°С; оптимальная область 29-38°С. Оптимум pH 6,7-7,1.

Таким образом, по Определителю Берги-8 полученный штамм «6 а» был идентифицирован как штамм вида Bacillus subtilis. Во всесоюзной коллекции микроорганизмов штамм был нами задепонирован как Bacillus subtilis k1 № В-1676Д, выделенный из поврежденного микроорганизмами капронового волокна. На этот штамм-деструктор полиамидных материалов было получено авторское свидетельство [5].

Для определения активности выделенного штамма проводили инокуляцию текстильных ПКА материалов (волокон, нитей, нетканых материалов) стандартным набором микроскопических грибов (ГОСТ 9.048-75) [1] и бактериями Bacillus subtilis k1, затем оценивали степень биодеструкции ПКА волокнистых материалов по методу Ермиловой И. А. [2, 3].

Полученные данные представлены в табл. 3. Таблица 3 - Степень биодеструкции ПКА волокнистых материалов под действием микроскопических грибов (ГОСТ 9.048-75) и штамма бактерии Bacillus subtilis k1 ВКМ №В-1676 Д

Таким образом, при воздействии штамма бактерий Bacillus subtilis ВКМ №В-1676 Д на полика-проамидные волокнистые материалы показатель био-

деструкции находится в диапазоне 0,31-0,67, что соответствует повреждению не только поверхности, но и внутренних участков волокна. Показатель биодеструкции, равный 0,004-0,32, при воздействии стандартного набора микроскопических грибов свидетельствует о начальной деструкции поверхности волокон.

Однако хранение бактерий-

биодеструкторов в течение длительного времени может привести к утрате бактериями ряда своих свойств. В связи с этим перед нами стояла задача разработки способа иммобилизации бактерий-деструкторов [6-8].

Как уже отмечалось ранее штаммы-деструкторы ПКА волокнистых материалов могут храниться мясо-пептонном агаре без потери активности лишь в течение 4-6 месяцев.

Нашей целью являлось придание большей биодеструктирующей способности Bacillus subtilis k1 (биодеструктора поликапроамидных волокон) при увеличении сроков хранения. Нами был предложен способ иммобилизации клеток-деструкторов ПКА, заключающийся в нанесении водной суспензии клеток Bacillus subtilis k1 на поликапроамидный нетканый материал, выдерживании этого материала в течение 1-3 недель при температуре 35-37°С и 100% влажности.

Хранение иммобилизованных бактериальных клеток проводили при комнатной температуре в стерильных условиях в чашках Петри или стерильных бумажных пакетах в течение 1-5 лет.

Затем осуществляли восстановление клеток из состояния анабиоза, устанавливали морфологические и культуральные свойства и определяли биоде-структирующую способность методом световой микроскопии [3].

Результаты исследования степени биодеструкции текстильных материалов под действием иммобилизованных клеток Bacillus subtilis k1 представлены в таблице 4.

Анализ полученных данных показывает, что наибольшую биодеструктирующую активность после 5-летнего хранения имеет культура, иммобилизация которой осуществлена на нетканом ПКА материале.

Использование предлагаемого изобретения резко упрощает процедуру хранения биодеструкти-рующей культуры, при этом значительно сокращает общие затраты на поддержание жизнеспособности культуры и ее биодеструктирующей активности.

На способ получения иммобилизованных бактерий-биодеструкторов поликапроамидных волокон получено авторское свидетельство № 1671692 (от 23.08.91 г.) [9].

Образец Повреждения классов ,К д. Ке N, ед.

А(ХД ед. В(Х2), ед. С(Хз) ед.

Штамм Bacillus subtilis k1 ВКМ №В-1б7б Д

ПКА волокна, 0,7 текс 34,3 1О,7 1,3 О,б7 4б,3

ПКА комплексные нити, 15,6 текс 1О,3 4,3 О,7 О,31 1З,3

ПКА иглопробивной нетканый материал поверхностной плотности 250 г/м2, тонина волокон 0,3 текс б1,3 б,3 1,3 О,б3 б8,9

Набор микроскопических грибов*

ПКА волокна, 0,7 текс б,О 1,1 1,О О,29 8,1

ПКА комплексные нити, 15,6 текс б,3 1,3 О,О О,О4 7,б

ПКА иглопробивной нетканый материал поверхностной плотности 250 г/м2, тонина волокон 0,3 текс 9,1 2,О 1,О 0,32 12,1

* - по ГОСТу 9.048-75 степень обрастания ПКА текстильных материалов составляла 0 баллов.

Таблица 4 - Условия иммобилизации и результаты хранения иммобилизованных клеток

Bacillus subtilis k1

№

при-

мера

Условия иммобилизации

Носитель

Количество клеток, ед.109 на 1 мг носителя

Тем-

пера-

тура,

°С

Вре-

мя,

неде-

ли

Срок

хра-

не-

ния,

годы

Биодеструктирующая активность штамма, хранившегося в иммобилизованной форме

Показатель биодеструкции, К, ед.

Общее кол-во повреждений, N, ед.

О,З

37

Целлюлозное волокно (прототип)

О,З

О,З

37

37

О,12

О,17

О,2О

3б,З

39,3

4О,1

Комплексная полика-проамидная (ПКА) нить, 1З,б текс

О,З

О,З

37

37

О,З

37

О,34

О,48

О,ЗЗ

43,З

ЗО,7

ЗЗ,З

О,З

37

Штапельное ПКА волокно; О,7 текс

О,З

О,З

37

37

О,З7

О,71

О,89

З8,б

З7,3

б4,9

1О

11

12

13

14

О,1

О,З

3З

3б

Нетканое иглопробиваемое ПКА полотно, 2ЗО г/м2; О,3 текс

О,З

0,5

1,О

3З

37

37

О,Зб

О,бО

О,83

1,24

1,2б

49,З

Зб,О

бЗ,8

69,3

71,1

1

2

1

2

3

4

З

б

2

З

7

2

1

8

9

Влияние микроорганизмов на химическую структуру поликапроамидных волокон

Исследование характера и степени бактериальной деструкции поликапроамидных волокнистых материалов проводили на нетканых иглопробивных полиамидных полотнах с поверхностной плотностью 535 г/м2 и тониной волокон 0,7 текс (№ 1) и с поверхностной плотностью 250 г/м2 и тониной волокон 0,3 текс (J№ 2) с помощью наиболее активного из бактерий-биодеструкторов штамма Bacillus subtilis k1.

В таблице 5 приведены результаты изменений степени поврежденности полиамидных нетканых материалов № 1 и № 2 под действием бактерии Bacillus subtilis k1 в течение 360 суток.

Контрольные (исходные) образцы нетканых материалов повреждений не имеют.

Через 30 суток после инокуляции чистой культурой Bacillus subtilis k1 нетканый материал № 1 имел показатель биодеструкции К = 067, а нетканый материал № 2 - К = 0,63, что свидетельствует о повреждении не только поверхности, но и внутренних участков волокон. При этом обнаружено у нетканого материала № 2 большое количество повреждений класса А типа обрастаний (х!=61,3). Волокна нетканого материала № 1 имели обрастаний почти в 2 раза меньше, и в то же время наблюдались более сильные изменения структуры типа повреждения стенок и глубокой испещренности (х1=10,7).

После 90 суток воздействия культуры бактерии Bacillus subtilis k1 показатель биодеструкции волокон нетканого материала № 1 увеличился в 2,3 раза, а нетканого материала № 2 - в 3,2 раза.

Таблица 5 - Повреждение нетканых иглопробивных поликапроамидных материалов разной поверхностной плотности культурой бактерии Bacillus subtilis k1

зерО ц - б- Время воз- дейст- вия, сутки Повреждения классов: Общее кол-во повре вре-жде-ний, N, ед. Показатель био-дест-рук-ции, К, ед.

А (хД ед. В (Х2), ед. С (Хз), ед.

Ис- ход- ные - O O O O O

№ 1 30 34,3 10,7 1,3 46,3 0,67

№2 30 61,3 6,3 1,3 68,9 0,63

№ 1 90 48,6 15,3 4,2 68,1 1,5

№2 90 83,5 16,4 5,6 105,5 2,01

№ 1 180 76,3 19,4 7,1 102,8 2,45

№2 180 115,1 28,3 10,2 153,6 3,54

№ 1 270 89,4 25,7 12,4 127,5 3,98

№2 270 122,3 33,5 17,1 172,9 5,44

№ 1 360 110,5 39,3 15,7 165,5 5,2

№2 360 155,7 49,9 23,3 228,9 7,5

С течением времени наблюдали, наряду с повышением степени деструкции, перераспределение типов повреждений: у нетканого волокна № 2 вклад относительного числа повреждений класса А снижался (при общем увеличении числа повреждений - после 1 месяца N = 68,9, а после 360 суток N = 228,9), а вклад относительного числа повреждений класса В и С возрастал. Это свидетельствует об активности культуры бактерии Bacillus subtilis k1, о переходе начальных повреждений в более активные.

Через 360 суток показатель биодеструкции волокон у нетканого материала № 2 оказался в 1,4 раза выше, чем у волокон материала № 1, причем эта зависимость наблюдалась на протяжении всего периода исследования. Это объясняется, по-видимому, тем, что, во-первых, тонина волокон нетканого материала № 2 почти в 2 раза меньше, чем нетканого материала № 1 (№ 1 - 7 текс, № 2 - 0,3 текс), что связано с тем, что как было показано в работе [3] более тонкие волокна адсорбируют большее количество микроорганизмов, а, следовательно, повреждаются более интенсивно. Во-вторых, поверхностная плотность самого нетканого материала № 2 создает благоприятные условия для контакта волокон с микроорганизмами, так как его суммарная поверхность взаимодействия с микроорганизмами в 2 раза выше.

Методом светорассеяния удалось получить информацию о распределении клубков макромолекул по размерам (рисунок І и таблица 6) для ПКА-волокон O,3 текс до и после воздействия бактерии Bacillus subtilis кІ.

Как видно из приведенных данных, приведенных на рисунке 58 и в таблице 78, среднемассовое значение диаметра клубков возрастает с увеличением времени инокуляции полимера. Так, для исходного образца оно составляет 8295 нм, через !8O суток после инокуляции - 9327 нм, через 36O суток - 9972 нм. Происходит постепенное выравнивание частиц по размерам за счет уменьшения количества низко -молекулярных фракций и повышения относительного количества фракций с большей молекулярной массой.

Рис. 1 - Распределение относительной массы частиц по размерам: 1 - исходный; 2 - пораженный культурой Bacillus subtilis k1 (экспозиция - 180 суток); 3 - пораженный культурой Bacillus subtilis k1 (экспозиция - 360 суток)

Таблица б - Распределение частиц по размерам ПКА волокон 0,3 текс до и после воздействия Bacillus subtilis kl

Образец Время воздействия, суток Сум- марная масса фрак- ции Среднемассовое значение диаметра клубков, нм

Отмы- тый Исх. 396,6 8295

180 300,5 9327

360 500,5 9972

Неот- мытый Исх. 397,2 6494

180 400,1 9589

360 399,2 9567

О повышении плотности системы в результате воздействия Вас. свидетельствуют

данные о времени корреляции зонд-радикала (таблица 7).

Таблица 7 - Время корреляции (т) зонд-радикала в образцах ПКА волокон (0,3 текс) до и после воздействия адаптивного штамма бактерии Bacillus subtilis k1

Время воздействия Bacillus subtilis kl, сутки T-l0"lG, с

Исх. (контроль) 2,5

30 2,5

90 3,2

270 4,4

Так, через 270 суток воздействия штамма Bacillus subtilis k1 время корреляции увеличивается почти в 2 раза, что говорит о том, что структура после воздействия микроорганизмов стала более жесткой, очевидно вследствие повышения степени ее упорядоченности.

Для изучения влияния микроорганизмов на химическую структуру ПКА волокон и выяснения механизма деструкции методом полярографии была исследована возможность накопления культурой Bacillus subtilis k1 е-аминокапроновой кислоты.

В качестве источника углерода в минеральную среду (имеющую состав: K2HPO4 - 0,3%, KH2PO4 -0,1%, MgSO4-7H2O - 0,02%, CaCl2 - 0,01%, NaCl -0,01%, NH4NO3 - 0,5%, NH4Cl - 0,5%, FeCl3 - 0,1%) вводили е-аминокапро-новую кислоту (10 мг/л), ПКА волокна (0,5 г/л), содержащие замасливатель и низкомолекулярные соединения и отмытые от них по методу [10]. Контролем служили минеральная среда без источников углерода, инокулированная бактериями, и минеральная среда со всеми вышеперечисленными источниками углерода, но без инокуляции.

В результате исследования получены данные, представленные на рисунке 2 и таблице 8.

Как следует из полученных данных, максимальное количество е-аминокапроновой кислоты при воздействии штамма Bacillus subtilis k1 на ПКА волокнистые материалы выделяется на пятые сутки: 32 мг/л, 66 мг/л.

Следовательно, предлагаемый штамм Bacillus subtilis k1 ВКМ №В-1676Д, вызывает деструкцию ПКА волокнистых материалов с образованием е-аминокапроновой кислоты.

При развитии культуры Bacillus subtilis k1 в среде, содержащей ПКА волокна, не отмытые от за-масливателя и НМС, содержащаяся в исходном растворе е-аминокапроновая кислота в количестве 45,5 мг/л (волокна 0,7 текс) и 53,5 мг/л (0,3 текс) утилизируется микроорганизмами, и уже на третьи сутки в растворе ее обнаружить не удалось.

В исходной среде, содержащей ПКА волокнистые материалы, отмытые от замасливателя и НМС, е-аминокапроновая кислота содержится в небольшом количестве - 6,3 мг/л (0,7 текс) и 11,2 мг/л (0,3 текс). После 1 суток инокуляции е-аминокапроновой кислоты не обнаружено, следовательно, она была ис-

пользована культурой бактерии Bacillus subtilis k1 в качестве источника энергии и питания. В последующие сутки происходило накопление е-аминокапроновой кислоты, концентрация которой достигла максимума на пятые сутки (0,3 текс - 66,0 мг/л, 0,7 текс - 32,3 мг/л). На шестые сутки концентрация е-аминокапроновой кислоты стала снижаться, что связано, видимо, с потреблением ее культурой бактерии Bacillus subtilis k1 в качестве более доступного источника питания.

о

ш

0

1 &

время экспозиции, сутки Рис. 2 - Изменение концентрации £-

аминокапроновой кислоты (АКК) при развитии культуры Bacillus subtilis k1 на волокнах ПКА материалов: — 0,7 текс, — 0,3 текс

Таблица 8 - Образование £-аминокапроновой кислоты при воздействии штамма Bacillus subtilis k1 №В-1676Д на ПКА волокнистые материалы

Образец Содержание £-аминокапроновой кислоты, мг/л

Время культивирования, сутки

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1. Волокно 0,7 текс Сле- ды 7,1 16,: 24,3 32,3 13,3 7,8 8,7 11,0 7,7

2. Волокно 0,4 текс Сле- ды 10,1 32,7 54,8 О, 6, 38,3 33,3 32,4 35,3 24,0

3. Контроль (минеральная среда без ПКА волокон) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Известно [11], что, если в среде присутствуют несколько субстратов, которые могут метаболизи-роваться определенным штаммом микроорганизмов, в первую очередь используется субстрат, который обеспечивает максимальную скорость роста культуры. По мере исчерпания такого субстрата бактерии переходят на последовательное использование других субстратов, которые обеспечивают более медленную скорость размножения клеток.

В минеральной среде, содержащей в качестве источника углерода химически чистую е-

аминокапроновую кислоту (исходная концентрация которой была выбрана - 10 мг/л), происходило постепенное снижение концентрации е-

аминокапроновой кислоты, через 5 суток ее в растворе обнаружено не было.

Таким образом, на основании полученных данных можно сделать вывод, о том, что ПКА волокна 0,3 текс более доступны для микроорганизмов, что подтверждается данными микроскопических исследований. Полученные результаты свидетельствуют также о возможности использования штамма Bacillus subtilis k1 для утилизации поликапроамидных волокнистых материалов с целью получения е-аминокапроновой кислоты как вторичного сырья и с целью охраны окружающей среды от загрязнения полиамидными материалами, отслужившими срок службы. С использованием метода полярографического анализа установлен механизм деструкции ПКА волокнистых материалов с выделением е-аминокапроновой кислоты. Причем при разрыве амидной связи образуется, по-видимому, концевые амино- и карбоксильные группы. В связи с этим предположением нами была предпринята попытка доказать увеличение количества активных концевых карбоксильных и аминогрупп методом сорбционной емкости. Этот метод основан на реакции нейтрализации основных или кислотных групп 0,1 Н раствором кислоты или щелочи с обратным титрованием избытка кислоты или щелочи.

Анализ полученных результатов показал (таблица 9), что по мере воздействия бактерии Bacillus subtilis k1 ПКА волокна сорбционная емкость возрастает.

Бактерии, действуя на слабую амидную связь в макроцепи капрона, выделяя е - аминокапроновую кислоту, разрывают эту связь. Следствием этого является увеличение активных карбоксильных и аминогрупп. При этом катионная и анионная сорбционные емкости возрастают.

Следует отметить, что после 12 месяцев экспозиции анионная сорбционная емкость возросла в 2,0 раза у ПКА волокон 0,7 текс, тогда как катионная емкость волокон 0,7 текс возросла в 1,2 раза, а волокон 0,3 текс - в 1,4 раза. Таким образом, сорбционная емкость волокон 0,3 текс возрастает более интенсивно, что подтверждается данными о степени деструкции нетканых материалов.

Данные метод можно использовать для исследования динамики процесса биоповреждения, выявления способности микроорганизмов воздействовать на полимер [12].

Проведенные исследования позволили установить, что при воздействии культуры бактерии Bacillus subtilis k1 на поликапроамидные волокна изменяется не только структура волокон на надмолекулярном уровне, но также прослеживается изменение химической структуры волокон на молекулярном уровне.

Таблица 9 - Изменение статической обменной емкости ПКА-волокон под действием культуры Bacillus subtilis k1 (в моль/г)

Время инфи- циро- вания, сутки Содержание концевых групп Время воздей- ствия, сутки Содержание концевых групп

-COOH -nh2 COOH -nh2

30 2,76 1,06 270 3,30 1,49

90 2,95 1,37 360 3,50 1,53

180 3,14 1,41 исходное 2,47 0,61

Примечание : относительная погрешность составила от 3 до 5%.

Литература

1. ГОСТ 9.048-89. ЕСЗКС. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 22 с.

2. Ермилова И.А. Теоретические и практические основы микробиологической деструкции химических волокон. - М.: Наука, 1991. - 248 с.

3. Ермилова И. А. Теоретические и практические основы микробиологической деструкции текстильных волокон и способов их защиты от воздействия микроорганизмов: Дисс. ... д-ра техн. наук // Л.: ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1982. - 470 с.

4. ГОСТ 9.049-91. ЕСЗКС. Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов. - М.: Изд-во стандартов, 1991. -14 с.

5. Пехташева Е.Л., Ермилова И.А., Ермилова В.В. Штамм бактерий Bacillus subtilis - деструктор полиамидных материалов на уровне макро- и микроструктуры // А. с. № 1659473 СССР. МКИ 5 № 4655826, заявл. 27.02.1989, опубл. 01.03.1991.

6. Седякина Т.М. Консервация микроорганизмов. - Пущино, 1985.

7. Седякина Т.М., Автушенко С.С., Бебкин Е.И., Александрен-кова О.Г. и др. Хранение посевных культур микроорганизмов при низких температурах / Микробиология, т. 57, вып. 2, 1988, С. 333-387.

8. Ставская С.С., Никовская Г.Н., Самойленко Л.С., Шамолина И.И. Очистка воды от анионных ПАВ бактериями-деструкторами, иммобилизованными на синтетических волокнах / Микробиологические методы защиты окружающей среды, 5-7 апреля 1988 г., Пущино, С. 19.

9. Шамолина И.И., Ермилова И.А., Пехташева Е.Л. Способ получения иммобилизованных бактерий-биодеструктов / А. с. № 1671692 СССР. МКИ 5 № 4655826, 29.06.1989, опубл. 22.04.1991.

10. Контроль производства химических волокон / Под ред. А.Б. Пакшивера. - М.: Химия, 1967. - 608 с.

11. Ramkrishna D., Kompala D.S., Tsao G.I. Are microbes optimal strategists? // Biotechnol. Progr. - 1987. - Vol.3. - N3. - P. 121126.

12. Веретенникова Е.П., Ермилова И.А. Экспресс-метод оценки грибостойкости поликапроамидных нитей // Микология и фитопатология. - 1989. - Т.23. - Вып. 2. -С. 178-181.

© Е. Л. Пехташева - Российский экон. ун-тет им. Г.В. Плеханова, [email protected]; А. Н. Неверов - Российский экон. ун-тет им. Г.В. Плеханова; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, [email protected]; С. Ю. Софьина - канд. техн. наук, доц. каф. технологии пластических масс КНИТУ; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, stoyanov@mаil.ru.