Биодеградация нефтяных углеводородов иммобилизованными родококками в колоночном биореакторе

• Автор: Серебренникова, Марина Константиновна
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1. Биологические особенности алканотрофных родококков

1.1. Механизмы окисления алифатических углеводородов

1.2. Механизмы расщепления ароматических углеводородов

1.3. Механизмы расщепления полиароматических углеводородов

Глава 2. Иммобилизованные микроорганизмов в биотехнологических процессах

2.1. Преимущества иммобилизованных микроорганизмов перед свободными

2.2. Методы оценки жизнеспособности иммобилизованных

микроорганизмов
Глава 3. Биореакторные технологии как способ оптимизации биоремедиационных процессов ex situ
3.1. Адаптация как способ повышения углеводородокислягощей активности
микроорганизмов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава 4. Материалы и методы исследования
4.1. Бактериальные штаммы и условия их культивирования
4.2. Исследование кинетики процесса иммобилизации родококков
в биореакторе с перемешиванием и колоночного типа
4.3. Изучение способности бактериальных культур усваивать нефтяные
углеводороды
4.4. Определение солеустойчивости бактериальных культур
4.5. Очистка нефтезагрязненной воды коиммобилизованными
родококками в биореакторе с псевдоожиженным слоем
4.6. Структурный анализ нефтезагрязненной воды
4.7. Определение физико-химических свойств клеток родококков
4.7.1. Морфология клеточной поверхности
4.7.2. Гидрофобность клеточной стенки
4.7.3. Определение электрокинетического потенциала
4.7.4. Эмульгирующая активность
4.7.5. Определение суммарных клеточных липидов
4.7.6. Определение антибиотикочуствительности бактерий
4.8. Определение жизнеспособности и функциональной стабильности иммобилизованных клеток
4.9. Генетический анализ бактериальных штаммов
4.10. Математическое моделирование процесса иммобилизации клеток родококков в колоночном биореакторе с псевдоожиженным слоем
4.11. Статистическая обработка результатов
Глава 5. Подбор носителя для иммобилизации клеток родококков
Глава 6. Динамика процесса иммобилизация родококков в биореакторе
с перемешиванием и колоночного типа
Глава 7. Биодеградация нефтяных углеводородов ассоциацией
коиммобилизованиых родококков в колоночном биореакторе
Глава 8. Возможные механизмы адаптации родококков
к углеводородным загрязнителям
Глава 9. Очистка промышленной нефтезагрязненной сточной воды в лабораторном колоночном биореакторе с иммобилизованными
родококками
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Развитие нефтяной промышленности приводит к загрязнению окружающей среды нефтепродуктами, а также увеличению объема нефтесодержащих сточных вод. В связи с этим, важным направлением экологической биотехнологии является разработка эффективных и безопасных способов очистки нефтезагрязненных сред. Наиболее перспективными и экологически безопасными являются микробиологические методы, основанные на использовании углеводородокисляющих микроорганизмов, как правило, иммобилизованных на твердых носителях. Данный подход предусматривает (1) сорбцию нефтяных углеводородов материалом носителя и (2) их эффективное окисление иммобилизованными микробными клетками (Жукова, Морозов, 2010; Рымовская, Ручай, 2008; Junter et al., 2002; Martins et al., 2012). Поскольку при иммобилизации решается проблема отделения биомассы от жидкой фазы, это позволяет перейти от периодических схем очистки воды к более производительным непрерывным технологиям, предусматривающим использование проточных биореакторов (Сироткин и др., 2007; Doaa, Wafaa, 2009).
Сегодня широкое применение в очистке загрязненных сточных вод получили колоночные биореакторы с псевдоожиженным слоем (fluidized-bed), заполненные дисперсным носителем с иммобилизованной микрофлорой, через который циркулирует восходящий поток жидкости (Vainberg et al., 2002; McCarty, Meyer, 2005). Использование реакторов такого типа позволяет (1) осуществлять процессы в небольших по размеру конструкциях; (2) обеспечивать равномерное распределение загрязненной жидкости между поддерживаемыми во взвешенном состоянии частицами носителя, что повышает биодоступность углеводородов для закрепленных клеток; (3) создавать оптимальные условия для адаптации микроорганизмов к органическим загрязнителям и другим факторам (Касаткин, 1973; Махлин, 2009; Shieh, Keenan, 1986; Soko'l, Korpal, 2006; Werther, 2007).
Биотехнологически перспективной группой микроорганизмов, используемой для очистки нефтезагрязненных сред, являются актинобактерии рода Rhodococcus. Обладая широким спектром метаболических возможностей и

характеризуются более узкой специфичностью по отношению к индивидуальным углеводородам, более узким диапазоном pH, солености и температурного режима, от которых зависит активность микроорганизмов. В тоже время они позволяют изучить кинетические закономерности протекания биотехнологических процессов и подобрать оптимальные условия их эффективного проведения.
В настоящее время широко используются биокатализаторы, созданные на основе двух и более штаммов микроорганизмов, проявляющих синергетический эффект в биотехнологических процессах (Rahman et al., 2006). Это позволяет получать целевые продукты как результат сложных многостадийных биохимических превращений исходных субстратов, а также определяет надежность эксплуатации очистных сооружений и эффективность процесса очистки сточной воды (Сироткип и др., 2007). Кроме того, использование гетерогенных биокатализаторов диктуется тем, что в их состав могут входить микроорганизмы-спутники, которые, не принимая участия в разложении веществ, синтезируют активаторы, повышают эффективность «рабочей микрофлоры» и защищают ее от воздействия стрессовых факторов (Плакунов, Николаев, 2008). Установлено, что галофильные спутники, входящие в состав биопленки и вырабатывающие осмопротекторные вещества, предохраняют негалофильные нефтеокисляющие бактерии от гиперосмотического шока. В условиях суспензионной культуры данный эффект не обнаруживался, т.к. происходило разбавление осмопротекторов большим объемом жидкости, а межклеточный матрикс затруднял диффузию выделяемых веществ за пределы биопленки. Поэтому полибактериальные препараты имеют более широкие адаптационные и экологические возможности для использования в очистке сред, загрязненных комплексными соединениями.
2.2. Методы оценки жизнеспособности иммобилизованных микроорганизмов. Следует отметить, что, несмотря на активное использование иммобилизованных биокатализаторов в биотехнологии,