Культивированиe фототрофных бактерий на стоках от переработки зерновых продуктов

УДК 631.46 Тен Хак Мун, О.А. Кириенко

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ФОТОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ НА СТОКАХ ОТ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ

В данной статье рассматриваются вопросы о возможности выращивания фототрофных бактерий (ФТБ) на сточных водах с достаточным количеством органических соединений. Показана большая ценность жидких отходов переработки зерновых продуктов, богатых углеводными остатками, как субстрата для получения микробной массы ФТБ.

Ключевые слова: фототрофные бактерии, органотрофные бактерии, культивирование, сточные воды, жидкие отходы.

Ten Khak Mun, O.A. Kirienko

PHOTOTROPHIC BACTERIA ^^ATION ON WATER WASTE FROM CEREAL PRODUCTS PROCESSING

The issues of phototrophic bacteria (FB) cultivation possibility on waste water with enough number of organic compounds are considered in the article.

Big value of water waste from cereal product processing full of carbon remains as the substrate for microbic FB mass production is shown.

Key words: phototrophic bacteria, organotrophic bacteria, cultivation, waste water, cereal products processing.

Известно, что основным энергетическим источником для многих видов несерных пурпурных бактерий являются низкомолекулярные органические соединения. Данная группа бактерий находится в тесных трофических взаимоотношениях со многими органотрофными микроорганизмами (ОТБ), способными к деградации высокомолекулярных веществ. На этом принципе основаны методы очистки сточных вод с высоким содержанием органических веществ и биохимическим потреблением кислорода выше 2000 мг/л с использованием фототрофных бактерий.

В настоящее время рассматриваемые бактерии успешно применяются в различных сферах, связанных с охраной окружающей среды [1, 2]. Однако высокая себестоимость препаратов этих бактерий сдерживает широкое применение их в производственном масштабе. В литературе имеются сведения о культивировании некоторых видов рода Rhodopseudomonas на отходах плодов тропических растений [3, 4] и производственных стоках пищевых комбинатов [1, 2, 5].

В данной работе впервые рассматриваются вопросы о возможности культивирования фототрофных бактерий на примере вида Rhodobacter capsulatus и получения их микробной массы, используя сточные и промывные воды, выливаемые, как правило, в канализацию.

Объекты и методы изучения

Анализировали сточные воды из накопительных танков очистных сооружений пивоваренного и мукомольного комбинатов, а также двукратные промывные воды риса перед приготовлением каш, отвар мучных продуктов в воде, оставшийся после варки макарон.

Общее содержание углерода в сточных и промывных водах определяли сжиганием мокрым способом и окислением бихроматом калия, а биохимическое потребление кислорода (БПК) - общепринятым методом, описанным в книге Лурье [6]. Концентрацию общих углеводов и редуцирующих сахаров анализировали методом Бертрана [7].

Для получения низкомолекулярных соединений, служащих основным источником питания для фото-трофных бактерий, высокомолекулярные органические вещества предварительно разлагали, добавляя орга-нотрофные бактерии (ОТБ) в виде коммерческих препаратов протеолитических и амилолитических бактерий Бактисубтил (штамм Bacillus cereus IP 5832) и молочнокислых бактерий Бифидумбактерин (штамм Bifidumbacterium bifidum No 1,791, ЛВФ-3) в количестве 0,01% от объема жидкости. Через три дня после такой обработки стоки инокулировали жидкой культурой фототрофных бактерий Rhodobacter capsulatus (10%) .

Температуру поддерживали в пределах 25-300 С, освещение - 300-500 люксов. Свидетелем активного роста фототрофов служили окрашивание в пурпурный цвет всей массы в колбах через 7-14 дней и максимальное значение спектра поглощения в области длины волны 780 нм. Одновременно измеряли оптическую плотность при 660 нм. Все опыты проводили в трехкратной повторности. Показатели спектров поглощения выражали в процентах от значения контрольного варианта.

Исследования и их обсуждение

Химический состав исходных сточных вод показал достаточно высокие значения БПК и углеводов (табл.1). Содержание редуцирующих сахаров после обработки органотрофными бактериями выросло более чем в 10 раз, что связано с осахариванием высокомолекулярных углеводов, в особенности крахмала. В стоке пивоваренного производства содержалось достаточное количество остаточного сахара в исходном виде. В этом случае добавление ОТБ не оказывало существенного влияния на повышение редуцирующего сахара.

Таблица 1

Содержание сахара и БПК в исходных растворах

БПК, мг/л Общий углерод, г/л Общие Редуцирующий сахар, г/л

Сточные воды углеводы, г/л до обработки ОТБХ после обработки ОТБХ

Сток пивоварения 3590 79 55 24 53

Сток мукомольного производства 5320 108 95 6 86

Промывная вода риса 4705 111 89 2 88

Промывная вода макарон 3721 92 79 5 74

х ОТБ - органотрофные бактерии.

В связи с низким содержанием редуцирующих сахаров в стоке мукомольного производства и промывных водах риса и макарон без органотрофных бактерий ФТБ вообще не развивались. Исключение составлял сток пивоваренного производства, содержащий более 20 г/л остаточного сахара.

Известно, что фототрофные бактерии относятся к факультативным анаэробам, и пурпурные пигменты синтезируются в условиях отсутствия или низкого содержания кислорода. В связи с этим при аэрировании культуры без добавки органотрофных организмов пигменты вообще не образуются. Аэрация питательной среды с добавлением препаратов ОТБ для деградации высокомолекулярных углеводов способствовала повышению роста этих бактерий почти в два раза. В связи с преимущественным ростом беспигментных орга-нотрофных бактерий жидкая культура окрашивалась в бледно-розовый цвет.

Наибольший рост фототрофных бактерий отмечался при культивировании их в сточной воде с добавлением органотрофных бактерий, предварительно выращенных в аэрируемых условиях. В этом случае значение спектра поглощения приближалось к контрольному варианту, а в промывных водах риса и стоке мукомольного производства плотность микробной массы и степень пурпурной окрашенности была значительно выше контроля.

Изучение влияния коммерческих препаратов как в отдельности, так и совместно на рост ФТБ показало, что использование препарата Бифидумбактерин, содержащего молочнокислые бактерии, дает больший эффект по сравнению с Бактисубтилома, состоящим из бациллярных организмов с протеолитической и слабой амилолитической активностью. Однако Бактисубтил оказывает более сильное влияние при обработке сточных вод мукомольного производства, содержащих больше белковых компонентов по сравнению с другими вариантами. В любом случае совместное применение двух препаратов способствовало более активному накоплению микробной массы ФТБ, чем использование каждого из них в отдельности (табл. 2).

Таблица 2

Влияние предобработки стоков посредством ОТБ на рост фототрофных бактерий

Сточные воды Спектр поглощения, % от контроля

Бактисубтил (A) Бифидумбактерин (В) A + B

Сток пивоварения 85 76 92

Сток мукомольного производства 126 132 156

Промывная вода риса 139 154 185

Промывная вода макарон 95 109 115

Фототрофные микроорганизмы весьма чувствительны к фосфору. Высокая эффективность применения промывных вод риса для культивирования ФТБ связана с высоким содержанием фосфатов в виде фитина. Фитин содержится во многих зерновых культурах и этим можно объяснить активный рост ФТБ и на других сточных водах, например, на стоках мукомольного хозяйства.

Использование богатых сред, например, отрубей зерновых культур, способствовало интенсивному росту фототрофных микроорганизмов. Однако органотрофные организмы, которые использовались для минерализации органических веществ, развивались с большей скоростью и оказывали подавляющее влияние на ФТБ. Кроме того, как показали опыты культивирования фототрофных бактерий, богатые питательные среды с отрубями быстро загрязняются посторонней микрофлорой. Это затрудняет соблюдение условий стерильности при культивировании фототрофных бактерий и контролирование чистоты получаемых препаратов. При изготовлении большого объема таких препаратов накапливается осадок из погибших микробных клеток, который при хранении подвергается анаэробному процессу, а вся культуральная жидкость превращается в темнобурый цвет с резким запахом гниения и сероводорода. В среде с ограниченным составом питательных компонентов, но богатой низкомолекулярными органическими соединениями и фосфором, развиваются преимущественно фототрофные бактерии, что не требует особого соблюдения стерильного режима.

Таким образом, промывные и сточные воды производств, связанных с переработкой зерновых продуктов, представляют ценный источник для приготовления недорогих препаратов фототрофных бактерий. Кроме того, реутилизация последних таким способом внесет большой вклад в охрану окружающей среды от загрязнения сточными водами.

Литература

1. Kobayashi, М. The conservation of environment by means photosynthetic bacteria / M. Kobayashi. - Tokyo: Nobunkyo, 1993. - 215 р.

2. Kobayashi, M. Waste remediation and treatment using anoxygenic phototrophic bacteria / M. Kobayashi // Kluwer Acad. Publishers, Netherlands. - 1995. - P. 1296-1282.

3. Single cell production by treatment of soybean wastes with Rhodopseudomonas gelatinosa / K. Sasaki [et al.] // J. Ferment. Technology. - 1981. - Vol.59. - №6. - P. 471-477.

4. Noparatnaraporn, N. SCP production of Rhodopseudomonas sphaeroides on pineapple wastes / N. Noparat-

naraporn, W. Wongkornchawalit, D. Kantachote, S. Nagai // J. Ferment. Technology. - 1986. - Vol. 64. -№ 2. - P. 137-143.

5. Kobayashi, M. Root activity and rhizosphera microorganisms / M. Kobayashi. - Tokyo: Nobunkyo, 1986. - 200 p.

6. Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1989. - 447 с.

7. Петербургский, А.В. Практикум по агрономической химии / А.В. Петербургский. - М.: Колос, 1968. - 486 с.

'--------♦------------