Анотація до роботи:

Волошина І.М. Розробка технології синтезу поверхнево-активних речовин нафтоокиснювальними бактеріями. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальності 03.00.20 – біотехнологія. Національний університет харчових технологій МОН України, Київ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології одержання поверхнево-активних речовин (ПАР) за допомогою Rhodococcus erythropolis ЕК-1, ізольованого із забрудненого нафтою ґрунту.

Показано, що R. erythropolis ЕК-1 синтезує як вільні, так і асоційовані з клітинами ПАР, які за хімічною природою є комплексом гліко-, фосфо- і нейтральних ліпідів із сполуками полісахаридно-білкової природи.

Розроблена технологія ПАР порівняно з існуючими у світі має такі переваги: низький вміст солей у середовищі культивування (3 г/л, для інших продуцентів – до 10 г/л) і відсутність мікроелементів і факторів росту, а також вищий у 1,5 – 1,8 раза вихід ПАР від субстрату.

Встановлено можливість практичного використання мікробних ПАР та іммобілізованих на керамзиті клітин R. erythropolis ЕК-1 для деградації нафтових забруднень. Ефективність очищення забрудненої нафтою (100 – 200 мг/л) води іммобілізованими клітинами R. erythropolis ЕК-1 становила – 99,5 – 99,8 %, а ступінь деструкції сирої нафти (2 %) накопичувальною культурою нафтоокиснювальних бактерій за присутності R. erythropolis ЕК-1 і екзогенних ПАР – 90 % та 93 – 94 % відповідно.

1. Із забруднених нафтою зразків ґрунту і води виділено нафтокиснювальні бактерії, ідентифіковані як Acinetobacter calcoaceticus K-4, Nocardia vaccinii K-8, Rhodococcus erythropolis ЕК-1, Mycobacterium sp.K-2, Rhodococcus sp. N 1, Rhodococcus sp. N 2.

2. Встановлено здатність Rhodococcus erythropolis ЕК-1 синтезувати метаболіти з поверхнево-активними і емульгувальними властивостями за умов росту на гідрофільних (глюкоза, етанол) та гідрофобних (рідкі парафіни, гексадекан) субстратах. Порівняно з відомими продуцентами ПАР штам має такі переваги: синтезує ПАР на середовищі із низьким вмістом солей (3 г/л), не потребує факторів росту, характеризується високим виходом ПАР від субстрату (до 70 %).

3. Визначено умови культивування R. erythropolis ЕК-1 бактерій на етанолі (концентрація субстрату 2 %, концентрація KNO₃ – 1,5 г/л, тривалість культивування – 168 год), що дали змогу у три рази підвищити синтез ПАР.

4. Максимальний синтез ПАР під час культивування R. erythropolis ЕК-1 на гексадекані (умовна концентрація ПАР 5,0 – 5,5; кількість синтезованих ПАР 8,0 – 8,5 г/л) спостерігався за таких умов: концентрація гексадекану 2 %, співвідношення С/N = 49 : 1, джерело азоту NaNO₃, наявність у середовищі іонів заліза, коефіцієнт масообміну 0,14 г О₂ / л год, тривалість культивування
   168 год.

5. Встановлено, що R. erythropolis ЕК-1 синтезує як вільні, так і асоційовані з клітинами ПАР, які за хімічною природою є комплексом гліко-, фосфо- і нейтральних ліпідів із сполуками полісахаридно-білкової природи. Гліколіпіди представлені трегалозомоно- і трегалозодиміколатами, фосфоліпіди – фосфатидилгліцерином, фосфатидилетаноламіном, дифосфатидилгліцерином, нейтральні ліпіди – цетиловим спиртом, пальмітиновою кислотою, метиловим ефіром н-пентадеканової кислоти, тригліцеридами, міколовими кислотами та ін.

6. Показано можливість очищення води, забрудненої нафтою (100 – 200 мг/л), іммобілізованими на керамзиті клітинами R. erythropolis ЕК-1 та N. vaccinii K-8. Ступінь очищення води від нафти за продуктивності колонки 0,68 л/год, аерації 0,1 л /л за хв та періодичному внесенні 0,01 % діамонійфосфату становив 99,5 – 99,8 %.

7. Встановлено, що за присутності у накопичувальній культурі нафтоокиснювальних бактерій Rhodococcus erythropolis ЕК-1 і екзогенних ПАР, синтезованих Pseudomonas sp. PS-27, ступінь деструкції сирої нафти (2 %) становив 90 та 93 – 94 % відповідно.

8. Розроблено технологічну та апаратурну схему біосинтезу ПАР R. erythropolis ЕК-1 на етанолі. Технологія апробована у дослідно-промислових умовах ВАТ «Стиролбіотех» (м. Обухів, Київська обл.). Селекціонований штам R. erythropolis ЕК-1 захищено патентом України на винахід №77345 (2006 р.).

Публікації автора:

1. Пирог Т.П., Шевчук Т.А., Волошина И.Н., Карпенко Е.В. Образование поверхностно-активных веществ при росте штамма Rhodococcus erythropolis ЭК-1 на гидрофильных и гидрофобных субстратах // Прикл. биохимия и микробиология. – 2004. – 40, № 5. – С 544 – 550 (Здобувачем особисто визначено поверхневий натяг культуральної рідини, умовну концентрацію ПАР, емульгувальні властивості, вміст вуглеводів у культуральній рідині та якісний склад ліпідів за різних умов культивування штаму-продуцента).

2. Пирог Т.П., Шевчук Т.А., Волошина И.Н., Грегирчак Н.Н. Использование иммобилизованных на керамзите клеток нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки воды от нефти // Прикл. биохимия и микробиология. – 2005. – 41, № 1. – С 58 – 63 (Здобувачем особисто визначено параметри росту накопичувальної та чистих культур нафтоокиснювальних бактерій. Здійснено іммобілізацію клітин на керамзиті та проаналізовано ступінь очищення води від нафти).

3. Пирог Т.П., Волошина И.Н., Игнатенко С.В., Вильданова-Марцишин Р.И. Некоторые закономерности синтеза поверхностно-активных веществ при росте штамма Rhodococcus erythropolis ЭК-1 на гексадекане // Биотехнология. – 2005. – № 6. – С 27 – 35. (Здобувачем особисто визначено поверхневий натяг культуральної рідини, умовну концентрацію ПАР, емульгувальні властивості, вміст вуглеводів у культуральній рідині та якісний склад ліпідів під час культивування штаму на гексадекані).

4. Карпенко Е.В., Вильданова-Марцишин Р.И., Щеглова Н.С., Пирог Т.П., Волошина И.Н. Перспектива использования бактерий рода Rhodococcus и микробных поверхностно-активных веществ для деградации нефтяных загрязнений» // Прикл. биохимия и микробиология. – 2006. – 42, № 2. – С 175 – 179 (Здобувачем особисто визначено параметри росту накопичувальних культур та ступінь деградації нафти за присутності у її складі R. erythropolis ЕК-1 і поверхнево-активних речовин).

5. Pirog T.P., Shevchuk T.A., Voloshyna I.N. Applying Keramsit-Immobilized Oil-Oxidizing Microorganisms as Water Cleansers to Help Remove Trace Petroleum Products // In: Biotechnology and the Environment Including Biogeotechnology (Ed. G.E. Zaykov). – New York: Nova Science Publishers, Inc. 2005. – P. 95 – 106 (Здобувачем особисто здійснено розробку модельної установки для очищення забрудненої нафтою води і підібрано оптимальні умови іммобілізації клітин на керамзиті).

6. Т.П.Пирог, Т.А.Шевчук, І.М.Волошина. Синтез поверхнево-активних речовин нафтоокиснювальними бактеріями Rhodococcus erythropolis ЭК-1 // Наукові праці НУХТ. – 2004. – Додаток до журналу № 15. – С.32 – 33. (Здобувачем особисто проаналізовано вплив умов культивування на синтез ПАР, визначено умовну концентрацію ПАР, емульгувальну здатність та параметри росту бактерій).

7. Пат. 77345 UA, МКИ C12N1/02, C12Р1/04, C12R1/01. Штам бактерій Rhodococcus erythropolis ЕК-1 - продуцент поверхнево-активних речовин / Пирог Т.П., Волошина І.М., Ігнатенко С.В. Опубл. 15.11.2006, Бюл. № 11. (Здобувачем особисто досліджено здатність штаму синтезувати позаклітинні метаболіти з поверхнево-активними та емульгувальні властивості та визначення їх фізико-хімічних властивостей).

8. І.М.Волошина, Т.П.Пирог Синтез мікробних поверхнево-активних речовин для очищення довкілля від нафти та нафтових забруднень // Збірник матеріалів Міжн. наук.-практ. конф. «І Всеукраїнський з’їзд екологів» УНІВЕРСУМ-Вінниця. – 2006. – С. 127 – 131.

9. Т.П.Пирог, Т.А.Шевчук, И.Н.Волошина. Использование иммобилизованных на керамзите клеток нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки воды от низких концентраций нефти // 2-й Межд. конгресс “Биотехнология – состояние и перспективы развития”, (10 – 14 ноября 2003 г.). М.: ЗАО “ПИК “Максима”, РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2003. – С. 36.

10. Пирог Т.П., Волошина И.Н., Игнатенко С.В. Некоторые особенности синтеза поверхностно-активных веществ нефтеокисляющими бактериями // Межд. конф. “Современное состояние и перспективы развития микробиологии и биотехнологии” (26-28 мая 2004 г.), Минск: ГНУ “Институт микробиологии НАН Беларусии”, 2004. – С. 96 – 97.

11. Пирог Т.П., Волошина І.М., Ігнатенко С.В. Синтез поверхнево-активних речовин у різних умовах культивування штаму Rhodococcus erythropolis EK-1 // ІІ Всеукр. наук.-практ. конф. “Біотехнологія. Освіта. Наука” (6-8 жовтня 2004 р.). – Львів, 2004. – С. 50.

12. Пирог Т.П., Волошина И.Н., Игнатенко С.В. Cинтез поверхностно-активных веществ штаммом Rhodococcus erythropolis ЭК-1 и перспективы их использования для очистки окружающей среды от нефтепродуктов // Межд. конф. “Проблемы биодеструкции техногенних загрязнителей окружающей среды” (14-16 сентября 2005 г.). – Саратов, 2005. – С. 44.

13. Пирог Т.П., Волошина И.Н., Игнатенко С.В. Cинтез поверхностно-активных веществ нефтеокисляющими бактериями Rhodococcus erythropolis ЭК-1 // Межд. конф. “Перспективы и проблемы развития промышленной биотехнологии в рамках единого экономического пространства стран СНГ” (25-28 мая 2005 г.). – Минск: РИВШ, 2005. – С. 180 – 181.

14. Волошина І.М., Ігнатенко С.В., Пирог Т.П. Використання мікробних поверхнево-активних речовин для деградації нафтових забруднень // ІV Націон. з’їзд фармацевтів України (28-30 вересня 2005 р), Харків: Вид. НФаУ, 2005. – С. 334 – 335.

15. Пирог Т.П., Волошина И.Н., Игнатенко С.В. Использование нефтеокисляющих бактерий рода Rhodococcus и микробных поверхностно-активных веществ для деградации нефтяных загрязнений // Межд. конф. «Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации» (19-21 апреля 2006 г.). – Ростов н/Д: Росиздат, 2006. – С. 393 – 395.

16. Пирог Т.П., Волошина И.Н., Игнатенко С.В. Закономерности синтеза поверхностно-активных веществ при выращивании штамма Rhodococcus erythropolis ЕК-1 на гидрофобном субстрате – 10-я Межд. Пущинская школа-конф. мол. ученых “Биология – наука ХХІ века” (17 – 21 апреля 2006 г.), Пущино: изд-во Пущинского научного центра РАН, 2006. – С. 361 – 362.

17. Волошина І.М., Пирог Т.П. Вплив активаторів росту на синтез поверхнево-активних речовин штамом Rhodococcus erythropolis EK-1 // Міжн. наук. конф. “Мікробні біотехнології” (11-15 вересня 2006 р.), Одеса: Астропринт, 2006. – С. 178.

18. Voloshina I.N., Pirog T.P. Production of surfactants by Rhodococcus erythropolis strain EK-1, grown on hydrophilic and hydrophobic substrates. Young scientists’ and students’ intern. sci. conf. "Modern Problems of Microbiology and Biotechnology", (28 - 31 May 2007), Odesa, 2007. – Р. 112.