Produkcja mikrokapsułek stosowanych w bioremediacji oraz wspomaganiu wzrostu roślin

• Autorzy: Pawlewicz Adrianna , Włóka Dariusz , Kacprzak Małgorzata

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2019.1.3

Warianty tytułu

EN

Production of microcapsules used in bioremediation and plant growth support

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem publikacji jest dokonanie charakterystyki przemysłowego procesu immobilizacji substancji aktywnych przeznaczonych do użytku środowiskowego (bioremediacja, rolnictwo). W pracy omówiono wady i zalety unieruchomienia czynników biologicznych. Opisano także stosowane nośniki (głównie jest to alginian sodu) oraz przedstawiono techniki stosowane do przeprowadzenia immobilizacji (z wykorzystaniem nośnika). Omówiono również prototypową instalację do wytwarzania mikrokapsułek, które mogą być stosowane w wielu gałęziach przemysłu, m.in. spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym. Wyprodukowane mikrokapsułki, w zależności od czynników poddanych immobilizacji (substancje chemiczne lub mikroorganizmy), mogą być stosowane w bioremediacji lub we wspomaganiu wzrostu roślin. Dzięki zastosowaniu mikrokapsułek immobilizowany czynnik oddzielony jest od środowiska reakcji. W przypadku mikroorganizmów skutkuje to wydłużeniem ich żywotności, ponieważ wahania niektórych parametrów procesu (np. temperatura, pH, skład pożywki) nie wpływają na nie bezpośrednio. Immobilizowane mikroorganizmy, takie jak bakterie PGPR, mogą stymulować wzrost roślin poprzez produkcję fitohormonów, zwalczanie patogenów oraz indukcję ich odporności systemicznej. Natomiast wykorzystanie mikrokapsułek z unieruchomionymi mikroorganizmami w procesach bioaugmentacji pozwoli na zapewnienie im optymalnych warunków rozwoju oraz wydłużenie ich żywotności, a poprzez to wydłuży czas ich działania. Zainteresowanie wykorzystaniem mikrokapsułek alginianowych w procesach biotechnologicznych zwiększa się; stają się one alternatywą dla tradycyjnych technik immobilizacji.

EN

This publication contains a short description of the immobilization process. The advantages and disadvantages of immobilizing biological factors have been mentioned. The carriers used (mainly sodium alginate) have been described. Techniques used to carry out immobilization (using a carrier or not) are presented. Also discussed is a prototype microcapsule production plant that can be used in many industries, including food, cosmetics and pharmaceutical. Produced microcapsules, depending on the factors subjected to immobilization (chemical substances or microorganisms), can be used in bioremediation or in supporting plant growth. Due to the use of microcapsules, the immobilized medium is separated from the reaction medium. In the case of microorganisms, this results in an increase in their lifetime because fluctuations of some process parameters (eg temperature, pH, nutrient composition) do not affect them directly. Immobilized microorganisms, such as PGPR bacteria, can stimulate plant growth through the production of phytohormones, fight against pathogens and induce their systemic immunity. While, the use of microcapsules, with immobilized microorganisms, in bioaugmentation processes will allow them to provide optimal development conditions and extend their lifespan, thus extending their duration. The costs incurred will decrease because the number of repetitions will be reduced. The interest in using microcapsules in biotechnological processes, and not only, is increasing. They become an alternative to traditional techniques.

Słowa kluczowe

PL

mikrokapsułki; bioremediacja; wspomaganie wzrostu roślin

EN

microcapsules; bioremediation; plant growth support

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 22, nr 1
• Strony: 27--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Pawlewicz Adrianna

• Politechnika Częstochowska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, ul. Brzeźnicka 60A, 42-201 Częstochowa

autor

Włóka Dariusz

• Politechnika Częstochowska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, ul. Brzeźnicka 60A, 42-201 Częstochowa

autor

Kacprzak Małgorzata

• Politechnika Częstochowska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, ul. Brzeźnicka 60A, 42-201 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Dembczyński R., Jankowski T., Unieruchamianie komórek drobnoustrojów metoda kapsułkowania - stan obecny i możliwości rozwoju tej metody, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2004, 41(5), 5-17.
• [2] Król D., Kosakowska A., Immobilizowane komórki glonów w ocenie toksyczności miedzi, Rocznik Ochrona Środowiska 2009, 11, 1105-1117.
• [3] Nur Royhaila Mohamad, Nur Haziqah Che Marzuki, Nor Aziah Buang, Fahrul Huyop, Roswanira Abdul Wahab, An overview of technologies for immobilization of enzymes and surface analysis techniques for immobilized enzymes, Biotechnol. Biotechnol. Equip. 2015, 29(2), 205-220.
• [4] Bonin S., Mikroorganizmy immobilizowane, Agro Przemysł 2008, 6, 20-23.
• [5] Danyluk B., Medyński A., Pospiech E., Łyczyński A., Grześ B., Ocena wpływu mikrokapsułkowanego chlorku sodu na stan mikrobiologiczny mięsa ze schabu i z karkówki przechowywanego w warunkach chłodniczych i zamrażalniczych, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2004, 2, 32-45.
• [6] Bakuła Z., Stachowiak R., Wiśniewski J., Immobilizacja komórek - znaczenie biomedyczne, Post. Mikrobiol. 2013, 233-245.
• [7] Bonin S., Zastosowanie mikroorganizmów immobilizowanych w winiarstwie, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2006, 5-15.
• [8] Chałupka Z., Immobilizowane alfa-amylazy i celulazy w zastosowaniach praktycznych, Wiadomości Chemiczne 2016, 70, 5-6, 380.
• [9] Shoichet M.S., Li R.H., White M.L., Winn S.R., Stability of hydrogels used in cell encapsulation: An in vitro comparison of alginate and agarose, Biotechnol. Bioeng. 1995, 50, 374-381.
• [10] Dydaktyka Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie, https://cbimo. zut.edu.pl/fileadmin/pliki/cbimo/grafika/Mikrokapsu%C5%82kowanie3__3_.pdf (12.11.2018)
• [11] Bryjdak J., Immobilizacja enzymów. Część 1: Metody konwencjonalne, Wiadomości Chemiczne 2004, 58, 691-746.
• [12] Bolibok P., Gembala J., Wujak M., Roszek K., Terzyk A.P., Wiśniewski M., Immobilizacja enzymów na nośnikach sposobem na ukierunkowaną modyfikację właściwości biokatalizatorów, Przemysł Chemiczny 2016, 95, 2254-2258.
• [13] Bryjak J., Kolarz B.N., Immobilisation of trypsin on acrylic copolymers, Process Biochemistry 1998, 33, 409-417.
• [14] Ahmed S.A., El-Shayeb N.M.A., Hashem A.M., Saleh S.A., Abdel-Fattah A.F., Biochemical studies on immobilized fungal β-glucosidase, Brazilian Journal of Chemical Engineering 2013, 30, 747-758.
• [15] Magner E., Immobilisation of enzymes on mesoporous silicate materials, Chemical Society Reviews 2013, 42, 6213-6222.
• [16] Chen X., Mao S.S., Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, properties, modifications and applications, Chemical Reviews 2007, 107, 2891-2959.
• [17] David A.E., Wang N.S., Yang V.C., Yang A.J., Chemically surface modified gel (CSMG): An excellent enzymeimmobilization matrix for industrial processes, Journal of Biotechnology 2006, 125, 395-407.
• [18] Gao S., Wang Y., Diao X., Luo G., Dai Y., Effect of pore diameter and cross-linking method on the immobilization efficiency of Candida rugosa lipase in SBA-15, Bioresource Technology 2010, 101, 3830-3837.
• [19] Takka S., Acartürk F., Calcium alginate microparticles for oral administration: III: The effect of crosslink agents and various additive polymers on drug release and drug entrapment efficiency, Pharmazie 1999, 54, 137-139.
• [20] Pielesz A., Algi i alginiany - leczenie, zdrowie, uroda, Wydawnictwo internetowe e-bookowo.pl, 2010, 43-45.
• [21] Kępska D., Olejnik Ł., Algi - przyszłość z morza, Chemik 2014, 68, 11, 967-972.
• [22] Kalitkiewicz A., Kępczyńska E., Wykorzystanie ryzobakterii do stymulacji wzrostu roślin, Biotechnologia 2008, 2, 102-114.
• [23] Grobelak A., Napora A., Kacprzak M., Using plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) to improve plant growth, Ecological Engineering 2015, 84, 22-28.
• [24] Dąbrowska G., Zdziechowska E., The role of rhizobacteria in the stimulation of the growth and development processes and protection of plants against environmental factors Rola bakterii ryzosferowych w stymulacji procesów wzrostu i rozwoju oraz ochronie roślin przed czynnikami środowiska, Progress in Plant Protection 2015, 55(4), 498-506.
• [25] Rabęda I., Woźny A., Krzesłowska M., Bakterie i grzyby mikoryzowe zwiększają wydajność roślin w fitoremediacji metali śladowych, Kosmos, Problemy Nauk Przyrodniczych 2011, 60, 423-433.
• [26] Przybulewska K., Kupiec M., Łysko A., Cyglicki R., Liczebność i aktywność mikroorganizmów w glebie spod uprawy kukurydzy w dolinie rzeki Dayi na terenie Ghany, Woda - Środowisko - Obszary Wiejskie 2010, 10, 153-158.
• [27] Krosowiak K., Śmigielski K., Kwapisz E., Marchut O., Remediacja gleby zanieczyszczonej węglowodorami naftowymi, Food Chemistry and Biotechnology 2008, 72, 1029, 89-97.
• [28] Krzyśko-Łupicka T., Podsiadło Ł., Techniki bioremediacji substancji ropopochodnych i metody oceny ich efektywności, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2013, 16(4), 459-476.
• [29] Gałązka A., Zanieczyszczenia gleb substancjami ropopochodnymi z uwzględnieniem biologicznych metod ich oczyszczenia, Kosmos 2015, 64(1), 145-164.
• [30] Grobelak A., Napora A., Hiller J., Kacprzak M., Analysis of commercialization possibilities of biopreparation „Rhizofertum” for plants growth stimulation in unfavourable soil condisions, Acta Innovations 2016, (19), 45-51.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).