11.2 Задачи биотехнологии в решении проблем защиты и восстановления

окружающей среды

Экологическая биотехнология - это специфическое применение биотехнологических методов для решения проблем окружающей среды. К сфере экологической биотехнологии относятся следующие основные направления: -биологическая очистка сточных вод;

-биообработка твердых отходов (утилизация ила сточных вод, переработка ТБО, обезвреживание и ликвидация опасных промышленных отходов); -биологическая очистка воздуха от ароматических веществ; -биодеградация ксенобиотиков в окружающей среде; -биологическая рекультивация почв, загрязненных отходами органической химии и нефтью; -обеспечение возобновляемыми источниками энергии и сырья на основе органических отходов и биомассы (получение биогаза и других видов вторичного топлива, трансформация органических удобрений и др.); -создание безопасных и эффективных средств биологической борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур, альтернативных химическим пестицидам. Успехи биотехнологии и получение новых форм микроорганизмов позволяют рассчитывать на применение их в целях экологической защиты: для нейтрализации твердых опасных отходов, разрушения ароматических соединений газовых выбросов, для очистки воды и почвы от нефтяного загрязнения, для биодеструкции стойких ксенобиотиков и пластмасс. Последнему, в частности, способствует встречный процесс создания нового поколения пластиков - биоразлагаемых Дальнейший прогресс в производстве биодеградабельных пластмасс связан с созданием фундаментальной биотехнологии изготовления полимерных материалов с различными свойствами, основные принципы которой разрабатываются в настоящее время крупнейшими лабораториями и фирмами ряда стран.

12.1 Биоэмульгаторы: строение, свойства, классификация и применение

Биоэмульгаторы (биоПАВ) – ПАВ биологического происхождения.

Продуцентами яв-ся м/о, растения и животные.

По химическому строению представляют собой амфифильные молекулы, имеющие тенденцию к образованию конгломератов и активно взаимодействовать с поверхностями различной полярности. Одна часть молекулы биоПАВ гидрофобная или неполярная, обычно представлена углеводородными радикалами, не обладающими сродством к воде. Другая часть гидрофильная или полярная, обладает высоким сродством к воде.

Основные физические св-ва:

1. Способны понижать поверхностное и межфазное натяжение в сильно разбавленных р-рах вследствие адсорбции и ориентации молекул на поверхности раздела фаз;

2. Имеют незначительную величину максимально возможной к-ции в р-ре в молекулярной форме;

3. Способны к солюбилизации, т.е. псевдорастворению в водных р-рах соединений нерастворимых в воде в обычных ус-ях;

4. Способны к стабилизации (эмульгированию) и дестабилизации эмульсий.

М/о продуцируют 2 типа биоэмульгаторов:

1. Низкомолекулярные, обладающие высокой поверхностной и межфазной активностью. Примеры: рамнолипид (продуцент Pseudomonas aeruginosa), сурфактин (Bacillius subtilis), субтилизин (Bacillius subtilis).

2. Высокомолекулярные, способные эффективно адсорбироваться на различных поверхностях. Примеры: протеин РА (Pseudomonas aeruginosa).

В зависимости от типа продуцируемых биоэмульгаторов м/о разделяют на 2 группы, т.е. относящиеся к эндо- и к экзотипу. М/о эндотипа выделяют биомульгаторы, связанные с клеточной стенкой бактерий. Биоэмульгаторы м/о экзотипа способны секретироваться в КЖ. Штамм, обладающий высокой эмульгирующей активность по визуальной метод ке, но имеющие низкие показатели оптической плотности, относят к эндотипу. Для обнаружения биоэмульгаторов эндотипа сначала проводят центрифугирование КЖ, чтобы при измерении оптической плотности не детектировать мутность, вызванную ростом бактериальной культуры. Штаммы, обладающие как высокой эмульгирующей активность по визуальной методике, так и высокими показателями оптической плоности относят к экзотипу. После центрифугироания клетки бактерий оседают на дно, а биоэмульгаторы нет, поэтому мутность, вызванная биоэмульгаторами остается. М/о рода Pseudomonas образуют биоэмульгаторы эндотипа, поэтому они проявляют низкую эмульгирующую способность по отношению к гексодекану. М/о родом Rhodococcus выделяют биоэмульгаторы, проявляющие высокую эмульгирующую активность.

Применение биоПАВ

Наиболее обширная область потенциального применения - нефтяная агропромышленность, в частности, вторичная и третичная добыча нефти, улучшение технологических характеристик нефтепродуктов и очистка нефтезагрязненных экосистем. Например: 1) происходит увеличение на 30% извлечения нефти из песчаной породы. 2) При обработке нефти эмульсаном ее вязкость снижается, что позволяет ее транспортировать по нефтепроводу на большие расстояния.

Загрязнение почвы нефтью и продуктами ее переработки представляют сложную проблему,т.к. из-за высокой степени гидрофобности нефтяные компоненты переходят из водной среды в связанное состояние, прочно сорбируясь минеральным и органичексим в-вом почвы и становясь практически недоступными для почвенных м/о, что снижает темпы их естественной биодеградации. БиоПАВы способствуют десорбции и солюбилизации нефтяных углеводородов, обеспечивая их ассимиляцию микробными клетками.