Biosurfaktanty drobnoustrojowe; produkcja i zastosowanie emulgatora wytwarzanego przez grzyb strzępkowy Curvularia lunata

Transkrypt

1 Biosurfaktanty drobnoustrojowe; produkcja i zastosowanie emulgatora wytwarzanego przez grzyb strzępkowy Curvularia lunata Katarzyna Paraszkiewicz, Jerzy Długoński Katedra Mikrobiologii Przemysłowej i Biotechnologii, Uniwersytet Łódzki

2 SURFAKTANT SURFACE ACTIVE AGENT związek powierzchniowo czynny AMFIFILOWA (AMFIPATYCZNA) BUDOWA CZĄSTECZEK 1. Część hydrofilowa 2. Część hydrofobowa T Cechy: obniżanie napięcia międzyfazowego oraz /lub stabilizowanie emulsji

3 Stosowanie syntetycznych surfaktantów 3 MLN TON /ROK, SUROWIEC: ROPA NAFTOWA T wydobycie i przetwarzanie ropy naftowej T produkcja papieru, tkanin, farby T wyrobów ceramicznych T chemia gospodarcza T kosmetyki T żywność T leki

4 BIOSURFAKTANTY: ZALETY T Niska toksyczność T Szybka biodegradacja T Duża różnorodność własności fizyko- chemicznych T Produkcja: odnawialne źródła węgla, odpady przemysłowe, przyjazne dla środowiska warunki produkcji

5 BIOSURFAKTANTY 1. PRODUCENCI T Drobnoustroje, rośliny, zwierzęta 2. DROBNOUSTROJE T Bakterie (Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus, Corynebacterium) T Drożdże (Candida, Torulopsis, Saccharomyces) T Grzyby strzępkowe (Penicillium spiculisporum, Curvularia lunata)

6 Praktyczne zastosowanie biosurfaktantów Wadą biosurfaktantów jest wysoka cena tych związków Stosowanie biosurfaktantów: T w formie nieoczyszczonej T w procesach wymagających użycia surfaktantów o unikatowych cechach

7 PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE BIOSURFAKTANTÓW T ropa naftowa i oleje napędowe T wydobycie T transport T usuwanie zanieczyszczeń zbiorniki przemysłowe środowisko naturalne(woda, gleba)

8 Zwiększanie szybkości rozkładu związków hydrofobowych 1. Zwiększanie pola powierzchni poprzez tworzenie układów micelarnych 2. Przyśpieszanie desorpcji np. z cząstek gleby 3. Wzrost rozpuszczalności poprzez przyłączenie do części hydrofobowej surfaktanta

9 T Rolnictwo Środki poprawiające hydrofilowość gleby, zwiększające rozpuszczalność hydrofobowych pestycydów, ułatwiające biodegradację związków organicznych T Przemysł spożywczy Candida utilis,, S. cerevisiae, emulgatory w sosach i majonezach T Produkcja tkanin, papieru, barwników emulgatory, ułatwiające usunięcie wody i zagęszczenie otrzymywanego produktu

10 Przemysł kosmetyczny T Soforolipidy Candida apicola i Candida bombicola g/l soforolipidu; ; źródło węgla: glukoza i oleje jadalne. Składniki nawilżające kosmetyków z serii Sofina, Kao Chemical Corporation Przemysł farmaceutyczny Działanie przeciwdrobnoustrojowe większości lipopeptydów Bacillus, Aktywność przeciwnowotworowa Czynniki hemolityczne, stymulacja podziałów granulocytów i makrofagów

11 OBECNE KIERUNKI BADAŃ T T Tanie podłoża hodowlane Tłuszcze odpadowe, melasa, serwatka T T T T T Nowe, wydajne szczepy Termofile, psychrofile,, halofile Tanie metody wydzielania i oczyszczania biosurfaktantów Precypitacja, ekstrakcja, frakcjonowanie, filtracja, krystalizacja Badania molekularnych mechanizmów syntezy surfaktantów

12 Curvularia lunata lunata IM 2901 Mikroskopowy grzyb strzępkowy zdolny do: T transformacji korteksolonu do hydrokortyzonu,, cennego leku steroidowego T wytwarzania w podłożach płynnych białkowo-cukrowego emulgatora

13 Dynamika wzrostu grzybni, zmiany odczynu podłoża hodowlanego oraz wytwarzanie surfaktanta podczas namnażania C. lunata IM 2901w podłożu PL-2 6 ph Mycelium dry weight [g l -1 ] Emulsifier dry weight [g l -1 ] 0, Time [h] 0

14 Stabilizacja emulsji wodno-olejowej przy zastosowaniu surfaktanta C. lunata IM 2901 Próba badana: płyn pohodowlany, uzyskany z 24h hodowli grzybni w podłożu PL-2 d Non-aqueous phase Emulsifying index (E) after: 1 day 14 days 3 months Kerosene Vegetable oil Mineral oil (crude)

15 Analiza chemiczna biosurfaktanta C. lunata IM 2901 Analysis Content [%] Elementary composition: C H N S Presence of: Carbohydrate Protein Fatty acids

16 Zdolność do wzrostu w obecności glukozy oraz oleju mineralnego szczepów C. lunata IM 2901 oraz XXI/7, wytwarzających surfaktant o odmiennej aktywności emulgacyjnej Podłoże mineralne z dodatkiem: Biomasa grzybni C. lunata po 24 godzinach hodowli [mg/ml] Szczep 2901 Szczep XXI/7 glukozy 5,8 4,8 oleju mineralnego glukozy i oleju mineralnego 1,6 1,5 12,0 5,1

17 Wpływ obecności ci surfaktanta na toksyczne działanie anie ołowiu o owiu wobec grzybni C. lunata 2901 oraz zdolność komórek do wiązania metalu Grzybnia Ołów obecny podczas inkubacji w wodzie [mg/ml] Ołów związany przez grzybnię [mg/g sm] Lag faza hodowli grzybni w podłożu PL-2 [h] zawierająca surfaktant 0 0 1,0 0, ,0 odmyta od surfaktanta 0 0 3,0 0, ,0

18 Podsumowanie 1. Mikroskopowy grzyb strzępkowy wytwarza biosurfaktant o charakterze emulgatora 2. Związek ten jest heteropolimerem złożonym z części peptydowej i wielocukrowej, zbudowanej z reszt glukozy 3. Synteza surfaktanta przebiega w fazie logarytmicznej i stacjonarnej wzrostu hodowli 4. Obecność biosurfaktanta zwiększa dostępność związków olejowych jako substratów odżywczych 5. Biosurfaktant wykazuje zdolność wiązania wybranych metali ciężkich (np. ołowiu)