Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

Задачей следующего этапа исследования стало определение оптимального содержания в питательных средах для культивирования липидоокисляющих бактерий источников углерода и азота. Для решения поставленной задачи готовили питательные среды с учетом потребностей изучаемого штаммов в микроэлементах и содержанием глюкозы и пептона от 1 до 3 %. В качестве минеральной основы для приготовления питательных сред использовали среду № 11 (таблица), в которую добавляли различные сочетания глюкозы и пептона.

Для исследования ростовых характеристик изучаемого штамма в пробирки с 5 мл питательных сред засевали по 0,1 мл суспензии суточной культуры микроорганизмов с концентрацией 109м.к./мл, культивировали при оптимальной температуре в течение 24 ч. Далее определяли оптическую плотность культуральной жидкости. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что для штамма ВГТУ-03 содержание в питательной среде 1 % глюкозы и 1 % пептона является оптимальным.

Составы питательных сред для исследования потребностей липидоокисляющих бактерий в источниках питания и микроэлементах

Рис. 2. Зависимость коэффициента прироста биомассы (К, %) липолитически активного штамма от состава питательных сред

Полученные в ходе экспериментов данные позволили установить, что максимальная

171

скорость роста и накопления биомассы микроорганизмами ВГТУ-03 наблюдается на среде следующего состава: глюкоза - 1 %; пептон -1 %; KCl - 0,1%; NH4NO3 - 0,3 %; MgSO4 - 0,05 %; Na2SO4 - 0,009 %.

На следующем этапе эксперимента была изучена динамика роста ВГТУ-03 при стационарном культивировании на средах, содержащих оливковое масло и свиной жир (1 % масс.). Увеличение численности микроорганизмов в питательной среде, содержащей в качестве источника углерода жир, свидетельствует об утилизации жирового субстрата. Для получения данных об изменении численности исследуемых бактерий, готовили модельную питательную среду следующего состава: K2HPO4 - 0,1 %, MgSO4·7H2O - 0,03 %, CaCl2 - 0,005 %, (NH4)2HPO4 - 0,06 %, NaCl - 0,003 %) + 1 % жирового субстрата. Во флаконы с 50 мл питательной среды, содержащей оливковое масло (во 2-м варианте - свиной жир) засевали 5 мл бактериальной суспензии с концентрацией 109 м.к./мл. Посевы культивировали при 30 °С, без перемешивания, ежесуточно отбирая пробы для определения концентрации микроорганизмов чашечным методом. Результаты эксперимента представлены на рис. 3.

Рис. 3. Динамика изменения численности бактерий ВГТУ-03 при утилизации жировых субстратов

Приведенные графические зависимости показывают, что скорость утилизации бактериями свиного жира выше, чем скорость деструкции оливкового масла. По окончанию эксперимента на поверхности питательной среды с оливковым маслом присутствовали эмульгированная фракция, свиной жир визуально отсутствовал.

Для исследования процесса деструкции жиров при глубинном культивировании осуществляли наращивание биомассы штамма ВГТУ-03 в ферментере на среде оптимального состава №11 (см. выше) в течение 24 ч. Далее полученную культуральную жидкость объемом 1 мл засевали во флаконы со 100 мл модельной питательной среды, содержащей 1 % свиного или куриного жира. Полученные суспензии культивировали при температуре 30 °С и постоянном перемешивании, ежесуточно отбирая пробы для определения концентрации микроорганизмов. Полученные данные свидетельствуют об изменении концентрации биомассы бактерий при глубинном культивировании на жиросодержащих средах, и они представлены в виде графических зависимостей, рис. 4. Представленные на рисунке зависимости свидетельствуют о том, что куриный жир утилизируется микроорганизмами более интенсивно, по сравнению со свиным жиром. Данный факт объясняется тем, что температуры плавления куриного жира ниже, чем у свиного, поэтому первый более доступен для усвоения бактериями и способствует интенсивному индуцированию липазы. Кроме того, установлено, что при утилизации свиного жира способ культивирования ВГТУ-03 не влияет на скорость деструкции субстрата бактериями.

Таким образом, в результате проведенных исследований определены оптимальные условия культивирования липидоокисляющего бактериального штамма для максимального выхода биомассы. Установлено, что максимальная интенсивность роста ВГТУ-03 наблюда-

172

ется при 30 °С.

Экспериментально был подобран оптимальный состав питательной среды с учетом потребностей микроорганизмов в источниках питания и микроэлементах. Определено, что для накопления биомассы штамму ВГТУ-03 необходимо наличие в питательной среде по 1 % глюкозы и пептона. Наличие солей фосфора, цинка и железа существенно снижает интенсивность роста изучаемого штамма. Исследована динамика роста ВГТУ-03 при стационарном и глубинном культивировании на модельных средах, содержащих различные жировые субстраты. Показана возможность утилизации различных жировых загрязнений при стационарном и глубинном культивировании ВГТУ-03.

Рис. 4. Динамика роста ВГТУ-03 при глубинном культивировании на средах, содержащих свиной и куриный жиры

Литература

1.Arvanitoyannis I.S., Ladas D. Meat waste treatment methods and potential uses / I.S. Arvanitoyannis, D. Ladas // International journal of food science + technology. - 2008. - Vol. 43. - Issue 3. - P. 543-559.

2.Поскрякова, Н.В. Разработка основы биопрепарата для деструкции жиров [Текст]: автореферат дисс. канд. биол. наук: 03.00.23 / Н.В. Поскрякова. - Уфа, 2007. - 24 с.

3.Колотова О.В. Выделение и изучение липидоокисляющих микроорганизмов - обитателей Северного Каспия [Текст] / О.В. Колотова, И.В. Соколова, И.В. Владимцева, Т.В. Беленькова, В.С. Шевцова // Вестник Казанского технологического университета. - Казань: Изд-во «Казанский национальный исследовательский технологический университет», 2017. - Т. 20. - № 6. - С. 135-138.

4.Владимцева, И.В. Подбор температурного режима культивирования бактериальных деструкторов органических загрязнений сточных вод [Текст] / И.В. Владимцева, О.В. Колотова, И.В. Соколова, С.П. Никонорова, А.А. Тихонова, Е.Ю. Исайкина // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - Оренбург: Изд-во «Оренбургский госуд. аграрный ун-т», 2017. - №3(65). - С. 205-207.

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»

V.S. Shevtsova, O.V. Kolotova, L.A. Shevchenko, P.S. Slyusareva

STUDY OF THE BACTERIAL DESTRUCTION’ PROCESS OF ANIMAL FATS - THE POLLUTANTS OF INDUSTRIAL WASTEWATERS

During the laboratory studying the optimal conditions of the producing biomass by the bacterial strain –lipase enzyme - were identified: the cultivating temperature, power supplies and microelements needs. The growth dynamics of the microorganism was studied with modelling mediums contained different fat substrates

Key words: sewage, bacterial strains, biopreperations, fat-containing pollution, power supplies, microelements

173

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «The Volgograd State Technical University»

УДК 553.7+631.4 (470.32)

С.В. Бочаров

ПРИЗНАКИ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛЕЧЕБНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ЕГНЫШЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ТУЛЬСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Техногенное изменение минеральной воды «Егнышевская» под влиянием функционирования животноводческих комплексов проявилось в некотором увеличении концентраций хлора, сульфат иона, кальция, отразившееся на возрастании минерализации и жесткости. Среди редких элементов изменение, связанное с техногенезом, не существенно

Ключевые слова: минеральные воды, Московский артезианский бассейн, водоносный горизонт, водоупор, водообмен, пьезометрический уровень, техногенез

Месторождение минеральных вод «Егнышевское» расположено на севере Тульской области и приурочено к юго-западной периферии Московского артезианского бассейна. Минеральные воды локализованы в елецко-лебедянском водоносном горизонте верхнего девона (D3el-lb). Этот водоносный горизонт имеет повсеместное распространение на севере Тульской области и приурочен к трещиноватым известнякам и доломитам одноименных свит верхнего девона. Нижним водоупором водоносного горизонта служат плотные глинистые известняки, и мергели подстилающей задонской свиты [1]. Четкого регионального водоупора между елецким и перекрывающим его лебедянским горизонтом не прослеживается, так как глинистые карбонатные породы нижнефаменского яруса верхнего девона сменяются аналогичными, но более доломитизированными среднефаменскими отложениями [2].

Севернее широты г. Тулы подземные воды елецко-лебедянского горизонта попадают в зону замедленного водообмена, при этом пьезометрический уровень подземных вод прослеживается практически на одних абсолютных отметках (152 - 153 м). Замедленный поток воды обусловлен повсеместным распространением верхнего водоупора, представленного мощным слоем гипса, который является препятствием для вертикальной фильтрации вод и дренирования их реками Ока и Упа. Мощность елецко-лебедянского водоносного горизонта колеблется в пределах 30 - 75 м. Водообильность горизонта меняется в довольно широких пределах, что зависит от степени трещиноватости водовмещающих известняков и доломитов. Так, дебиты скважин при их опробовании составляли от 2 - 2,5 дм3/с до 150 - 180 дм3/с при понижениях 6 - 28 м; величины удельных дебитов варьировали от 2 до 16 м3/с [3].

В течение 2008 - 2010 гг. было отобрано 8 проб из скважин, пробуренных на участке распространения минеральных вод для характеристики их качества и установления соответствия санитарно-гигиеническим нормам и правилам, предъявляемым к минеральным водам [4]. Результаты химических анализов воды, выполненных в ФГУ «РНЦ ВМиК Минсоцздрава России» (г. Москва), приведены в табл. 1. Из приведенных данных следует:

-подземные воды елецко-лебедянского горизонта относятся к слабоминерализованным водам (минерализация 4,9 - 5,8 г/дм3) со слабокислой и нейтральной реакцией (рН 6,47 - 7,24);

-воды очень жесткие, величина общей жесткости изменяется в интервале 51,9 - 58,0 мг-экв/дм3;

-воды характеризуются сложным химическим составом: по анионному составу - хло- ридно-сульфатные, по катионному - от натриево-магниево-кальциевых до магниево- натриево-кальциевых. При этом содержание катионов варьируется от 24 - 26 до 37 - 39 %.

За более чем годовой период наблюдений за стабильностью химического состава минеральных вод можно сделать следующие выводы:

-изменение содержания во времени отмечены для всех компонентов, при этом размах варьирования составляет от 69 - 73 мг/дм3 для катионов кальция и магния; до 195 - 249

174

мг/дм3 для аниона хлора и катиона натрия;

-с учетом количественного содержания компонентов изменчивость их в процентном отношении составляет от 5,5 % - для сульфат аниона до 37 % - для катиона натрия;

-диапазон изменения минерализации составил 0,5 г/дм3, что соответствует 9 % ее средней величины.

По химическому составу, в соответствии с классификацией минеральных вод [5-7], подземные воды елецко-лебедянского горизонта из скважины санатория «Егнышевка» относятся к минеральным лечебно-столовым XVII группы («Ижевская» № 1; ГОСТ 13273-88).

Нормируемые для лечебно-столовых минеральных вод соли азота (аммоний-ион, нит- рит-ион, нитрат-ион) отмечены в количествах 0,01 - 1,5 мг/дм3, 0,0 - 0,01 мг/дм3 и 0,0 - 1,0 мг/дм3 соответственно. Токсичные тяжелые металлы и редкие элементы в воде не обнаружены или присутствуют в количествах, значительно более низких, чем предельно допустимые концентрации (табл. 2). Также отсутствуют естественные и техногенные радионуклиды.

Обращает внимание крайне низкое содержание в воде стронция, хотя в подземных водах задонско-оптуховского водоносного комплекса (D3zd-op), отделѐнного от елецколивинского слабоводоносным задонским горизонтом (D3zd), стронций постоянно присутствует в повышенных количествах, иногда даже до 65 мг/дм3 [7].

Таким образом, можно сделать вывод, что содержание основных ионов и микроэлементов в минеральной воде «Егнышевская» находятся в диапазонах значений, соответствующих нормативным показателям для водной среды, не испытавшей ни природного, ни техногенного загрязнения [8].

Таблица 2 Содержание тяжелых металлов и редких элементов в минеральной воде «Егнышевская»

В 2016 г. в районе пос. Егнышевка были организованы два крупных фермерских хозяйства по откорму крупного рогатого скота. Возникла проблема оценки техногенного изме-

175