Сорбционная способность Streptomyces chromogenes 0832

Л.В. Брындина

Воронежская государственная лесотехническая академия

В последнее время проводится много исследований по очистке сточных вод от различных примесей. Однако на микробиологические методы сорбции только в последнее время стали обращать внимание. Для извлечения металлов из растворов могут быть использованы представители различных таксономических групп. Например, клетки Thiobacilus ferrooxidans извлекают из раствора ионы Cd (II), Co (II), Cu (II), Cr (VI), Fe (III), мицеллиальные грибы Aspergillus – Co (II), Ra (II). Реакция микроорганизмов на тяжелые металлы различна. Одни осуществляют их активный транспорт внутрь клеток. Эта особенность определяется ферментными системами микроорганизмов. Другие сорбируют их непосредственной поверхностью клеточной стенки или связывают слоем слизи, покрывающим клетку. В природе встречается большое количество микроорганизмов, которые адсорбируют до 30 – 40 % ионов металлов на своей поверхности.

При рассмотрении данного вопроса стоит отметить, что извлечение металлов из сточных вод актиномицетами практически не изучалось. Поэтому в данной работе были проведены исследования сорбционной способности актиномицета Str. chromogenes s. g. 0832 по отношению к ионам железа. Данный микроорганизм специфичен к сточным водам мясокомбинатов благодаря наличию в своем ферментативном комплексе протеиназы с кератинолитическим действием. Эта особенность играет существенную роль в очистке стоков мясоперерабатывающих производств, которые содержат достаточно большое количество белков кератинов.

Начальные этапы взаимодействия биомассы актиномицета Str. chromogenes s.g. 0832 с растворами железа сопровождаются сорбцией последних на поверхностных структурах с образованием комплексоорганических соединений. Входящие в состав экзополимеров белки также могут участвовать в образовании комплексных соединений.

При этом поглощение ионов железа актиномицетом из среды осуществляется непосредственно всей поверхностью клетки.

Рис.1. Кинетика сорбции катионов Fe³⁺, Fe²⁺

биомассой Str. chromogenes s.g. 0832

Изучение кинетики сорбции катионов Fe³⁺, Fe²⁺ показало (рис. 1), что максимальная скорость сорбции наблюдается в течение первого часа после внесения биофлокулянта и составляет 30 % для Fe³⁺ и 10 % - для Fe²⁺ . Из данных, представленных на рисунках 1 и 2 видно, что сорбция катионов Fe³⁺ протекает более эффективно, чем сорбция катионов Fe²⁺. Это подтверждают и экспериментальные исследования по изучению влияния солей железа на биосинтез Str. chromogenes s.g. 083. Было установлено, что Fe³⁺ повышает ферментативную (протеолитическую и кератиназную) активность на 32 – 34 %. Присутствие же ионов Fe²⁺ приводило к снижению протеолитической активности до 0,8 % и кератиназной – до 18 % от исходной (табл.1).

Таблица 1

Влияние ионов железа на ферментативную активность

Str. chromogenes s.g. 0832

Химический реагент, С = 0,5∙ 10^-3М	Протеолитическая активность, % от исходной	Кератиназная активность, % от исходной
Контроль	100	100
Fe^3+	132	134
Fe^2+	0,8	18

На основании этих данных можно сделать следующие выводы. Более низкая сорбция ионов Fe²⁺ объясняется ингибированием ферментных систем Str. chromogenes s.g. 0832. Соответственно высокие показатели сорбции Fe³⁺ связаны с положительным их влиянием на ферментативную активность актиномицета. Это усиливает гидролиз белков стока, что в свою очередь приводит к накоплению на поверхности клеток большого количества веществ, усиливающих сорбционные процессы.

Для оценки сорбционных характеристик Str. chromogenes s.g. 0832 в отношении ионов железа были построены изотермы сорбции (рис.2, 3).

Рис.2. Изотермы сорбции катионов Fe³⁺, Fe²⁺

биомассой Str. chromogenes s.g. 0832

Для обработки экспериментальных данных применяли линейную форму уравнения Лэнгмюра (рис.3). Параметры этого уравнения имеют четко определенный физический смысл:

1/А = 1/А_∞ + [1/(А_∞ ∙ К) ∙ 1/С],

где А_∞ - предельная величина адсорбции, мг/г; К – константа адсорбционного равновесия; С – концентрация раствора, мг/дм³. Это уравнение позволяет графически найти А_∞, 1/А_∞ отвечает отрезку, отсекаемому на оси ординат. Величина предельной адсорбции составила для Fe³⁺ 400 мг/г, для Fe²⁺ - 133 мг/г.

Рис.3. Линейная зависимость адсорбции ионов железа

от концентрации

Полученные результаты свидетельствуют о том, что рассматриваемый микроорганизм в качестве биосорбента проявляет высокую специфичность к ионам Fe³⁺. Взаимодействие катионов металлов и отрицательно заряженных коллоидов стока приводит к уменьшению силы отталкивания между частицами стока и бактериальными клетками. Это приводит к сдвигу изоэлектрической точки белковых веществ и позволяет клеткам актиномицета Str. chromogenes s.g. 0832 выступать в качестве “мостиков” и обеспечивать эффективную сорбцию.