Введение. В последнее время микробные поверхностно-активные вещества (ПАВ) интенсивно исследуются как альтернатива химическим ПАВ. Несмотря на высокую себестоимость ПАВ микробного происхождения, их применение в различных отраслях промышленности является перспективным благодаря уникальным свойствам. Одним из способов удешевления технологии производства микробных ПАВ является использование в качестве субстратов отработанных (пережаренных) масел, что позволит не только снизить себестоимость конечного продукта, но и утилизировать токсичные отходы. Ранее [1] была показана возможность использования отработанного масла для синтеза ПАВ Nocardia vaccinii ИМВ В-7405 и Rhodococcuserythropolis ИМВ Ас-5017, однако концентрация масла в среде культивирования штаммов не превышала 2%.
В связи с большими объёмами транспортируемой нефти и её разливами, актуальной является разработка эффективных технологий ликвидации последствий нефтяных загрязнений. В предыдущих исследованиях [1] была установлена высокая эффективность использования ПАВ N. vaccinii ИМВ В-7405, синтезированных на этаноле и очищенном глицерине, для деструкции нефти в воде.
Цель исследования. Установить возможность биоконверсии высоких концентраций различных типов отработанного подсолнечного масла в ПАВ N. vaccinii ИМВ В-7405 и R. erythropolis ИМВ Ас- 5017, а также использования таких ПАВ для деструкции нефти в воде.
Материалы и методы. Штаммы ИМВ Ac-5017 и ИМВ В-7405 культивировали в жидкой минеральной среде, содержащей отработанное смешанное, после жарки мяса, картофеля «Фри» и картофеля «По-селянски» масло в концентрации 2-7 % (по объему). Концентрация источника азота (NaNO3) в среде культивирования штамма составляла 1,3—2,6 г/л и 0,5-1,25 г/л для штаммов ИМВ Ac- 5017 и ИМВ В-7405 соответственно. Культивирование продуцентов осуществляли в колбах объемом 750 мл со 100 мл среды на качалке (320 об/мин) при 28-30°С в течение 120 ч.
Количество синтезированных внеклеточных ПАВ (г/л) определяли весовым методом после трехкратной экстракции из супернатанта модифицированной смесью Фолча (хлороформ, метанол - 2: 1 с добавлением 1М HCl).
Для моделирования загрязнённой нефтью воды на её поверхность наносили нефть в концентрации 3 и 6 г/л, после чего добавляли препараты ПАВ в виде культуральной жидкости (10%, по объему). Концентрацию нефти определяли весовым методом после трехкратной экстракции гексаном (соотношение 1:1).
Результаты и обсуждения. На первом этапе исследовали влияние концентрации различных типов отработанного масла на синтез ПАВR. Erythropolis ИМВ Ас-5017 и N. vaccinii ИМВ В- 7405.Установлено, что количество ПАВ зависело от типа и концентрации отработанного масла. Наиболее высокая концентрация ПАВ, синтезированных как штаммом ИМВ Ас-5017, так и ИМВ В-7405 (2,2-3,6 г/л) достигалась при использовании отработанного после жарки картофеля «По-селянски» масла. Более низкое количество ПАВ, образуемых на среде с отработанным после жарки картофеля «Фри» масле, обусловлена, очевидно, различной рецептурой приготовления картофеля.
Дальнейшие эксперименты показали, что повышение содержания отработанного масла в среде до 4% сопровождалось снижением концентрации синтезированных обоими штаммами ПАВ. Поскольку микробные ПАВ являются вторичными метаболитами, и их синтез зависит от соотношения С/N в среде культивирования продуцента[1], на следующем этапе одновременно с повышением концентрации отработанного масла увеличивали количество нитрата натрия в среде культивирования продуцента.
Эксперименты показали, что при повышении концентрации источника азота в среде с
4-6% отработанного масла количество синтезированных штаммом ИМВ В-7405 ПАВ существенно не увеличивалось. Однако при повышении концентрации NaNO3 в среде культивировании штамма Ас-5017 наблюдали увеличение количества ПАВ. Максимальная концентрация ПАВ (4,5- 5,3 г/л) достигалась при культивировании штамма R. erythropolis ИМВ Ас-5017в среде с 7% отработанного после жарки картофеля «По-селянски» и мяса масле, и была в три раза выше, чем на базовой среде с более низкой концентрацией источника азота (1,3 г/л) и масла (2%).
Известно, что отработанное масло перед переработкой обычно смешивают, поэтому на следующем этапе исследовали возможность использования смешанного отработанного масла для синтеза ПАВ R. erythropolis ИМВ Ас-5017. Установлено, что при культивировании штамма ИМВ Ас- 5017 в среде с 7% такого масла концентрация ПАВ составляла 5,1 г/л.
Поскольку свойства микробных ПАВ зависят от условий культивирования продуцента, далее определяли возможность использования ПАВ, синтезированных штаммами ИМВ Ас-5017 и ИМВ В-7405 на отработанном масле, для биодеградации нефтяных загрязнений.
Эксперименты показали, что степень деструкции нефти в воде (3 - 6 г/л) на 30 сут в присутствии ПАВ обоих штаммов, синтезированных на таких субстратах, была несколько ниже (70 - 80%), чем при использовании традиционных (85 - 95%) [1]. Однако более низкая себестоимость конечного продукта обусловливает высокую эффективность использования таких ПАВ в природоохранных технологиях.
Выводы. Возможность синтеза ПАВ на смешанном отработанном масле позволяет разработать универсальную технологию получения поверхностно-активных веществ независящую от типа, качества и поставщика этого отхода. Кроме того ПАВ, синтезированные на отработанном подсолнечном масле, могут быть с высокой эффективностью использованы для деструкции нефти в воде. Утилизация токсичного отработанного масла путем биоконверсии в микробные ПАВ, а также использование таких ПАВ для деструкции нефти обеспечивает двойной эффект очистки окружающей среды.
Список литературы
1. Пирог Т.П., Иутинская І.О., Софилканич А.П., Конон А.Д.Микробные поверхностно-активные вещества в природоохранных технология. - К.: Наук.думка, 2016. - 278 с.