Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Biodegradation of polyethylene using soil bacteria and rhamnolipids

Pokynbroda Tetiana, Koretska Nataliia, Gąszczak Agnieszka, Szczyrba Elżbieta

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2022

|

nr 26

73--91

EN

Seven strains of bacteria were isolated from the landfill. The isolates were co-cultivated with LDPE and rhamnolipids. Changes in the structure of LDPE films after 28 days of exposure to bacteria were confirmed by FTIR spectroscopy. The toxicity of plastic biodegradation products in a liquid nutrient medium was investigated and their safety for plants was shown. However, these biodegradation products have acute lethal toxicity for the crustacean Daphnia magna.

PL

Polietylen to tworzywo termoplastyczne o niezwykle szerokim zakresie zastosowań, m.in. w produkcji opakowań jednorazowego użytku. Jest uważany za jeden z najczęściej produkowanych polimerów syntetycznych na świecie. Poszukiwania skutecznych drobnoustrojów-destruktorów tworzyw sztucznych prowadzone są od wielu lat w różnych środowiskach, takich jak gleba z namorzynów, wysypiska śmieci, woda morska, larwy i in. Wyizolowano kilka rodzajów grzybów i bakterii rozkładających różne tworzywa sztuczne, ale stopień degradacji wciąż jest niezadowalający. Biodegradacja plastików jest bardzo powolna ze względu na ich hydrofobowość, która utrudnia mikroorganizmom przyczepienie się do ich powierzchni. Pierwszym zadaniem była izolacja bakterii – potencjalnych destruktorów plastiku. Z gleby skażonej odpadami (wysypisko śmieci) sporządzono ekstrakt, który wraz z folią polietylenową (jako jedynym źródłem węgla) wprowadzono do roztworu soli mineralnych. Po trzech tygodniach inkubacji rozpoczęto testy skriningowe bakterii. Ostatecznie wyizolowano siedem różnych szczepów bakterii i oznaczono ich cechy morfologiczne. Ustalono, że wśród izolatów bakteryjnych pięć jest gram-ujemnych, a dwa gram-dodatnie. Cztery z nich wytwarzają katalazę, pięć hydrolizuje żelatynę i kazeinę, dwa hydrolizują skrobię, a dwa produkują lecytynazę (Tabela 1). Badając fitopatogenność bakterii ustalono, że jeden rodzaj drobnoustrojów jest zdolny do wywoływania chorób roślin (ziemniaka). Przeprowadzono eksperymenty dotyczące degradacji folii polietylenowych przez wyizolowane szczepy bakteryjne. Dla przyspieszenia degradacji plastiku, bakterie były hodowane także w obecności biosurfaktantów (ramnolipidy, 0,1 g/l). Eksperyment trwał 28 dni. W hodowlach bez biosurfaktantów zaobserwowano tylko niewielkie wahania zmętnienia czyli nie uzyskano przyrostu biomasy. Natomiast w hodowlach zawierających ramnolipidy, między czwartym a szóstym dniem zaobserwowano gwałtowny wzrost zmętnienia podłoża. Wskazuje to na adaptację metabolizmu bakterii do biosurfaktantów i wykorzystanie ramnolipidów jako źródła węgla. Po dwudziestym dniu wzrostu obserwujemy gwałtowny spadek zmętnienia podłoża, będący skutkiem tworzenia się grudek biomasy. Analizując widma uzyskane metodą ATR-FTIR, zauważono zmniejszenie wysokości pików dla liczb falowych 2850 i 2920 (odpowiadających wiązaniom C-H) oraz pojawienie się niewielkiego zaburzenia dla liczby 2350. Pokrywające się widma folii LDPE degradowanych przez bakterie w obecności lub przy braku biosurfaktantu, sugerują brak wpływu ramnolipidu na biodegradację tego tworzywa. Po raz pierwszy zbadano i porównano toksyczność i fitotoksyczność produktów biodegradacji polietylenu i bioplastiku, obecnych w płynie pohodowlanym. Wykazano bezpieczeństwo produktów biodegradacji polietylenu i biotworzyw dla wybranych roślin jedno- i dwuliściennych (pszenica zwyczajna (Triticum aestivum L. i rzeżucha siewna Lepidium sativum). Stopień ich toksyczności nie przekraczał 10%. Jednak dla środowiska wodnego produkty biodegradacji polietylenu są niebezpieczne i wykazują toksyczność ostrą dla skorupiaków Daphnia magna (stopień toksyczności 51% dla polietylenu i 55% dla polietylenu z ramnolipidami w porównaniu z 7% dla biotworzyw). Takie rezultaty wskazują na szkodliwość dla środowiska wodnego nie tylko tworzyw sztucznych, ale także produktów ich biodegradacji. Wykazano, że w przeciwieństwie do polietylenu produkty biodegradacji biotworzyw (worki na odpady organiczne, produkowane ze skrobi, 7P0595) są bezpieczne zarówno dla roślin, jak i dla skorupiaków Daphnia magna. Spadek kąta zwilżania po 28 dniach hodowli obserwowany był we wszystkich układach, co oznacza, że folie polietylenu stały się bardziej hydrofilowe i podatne na biodegradację. Odnotowano także nieznaczny spadek masy folii. W celu weryfikacji skuteczności wyizolowanych bakterii, eksperymenty należy powtórzyć zdecydowanie wydłużając czas prowadzenia hodowli.

2

Rhamnolipid-enhanced elution of organic compounds from the creosote-contaminated soil

Szczepaniak Z., Sydow M., Staninska-Pięta J.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2016

|

Vol. 61, nr 1

100--103

EN

Rhamnolipids are a group of biosurfactants produced by microorganisms, which are considered to be an eco-friendly enhancing agents in bioremediation of the soils. Here, using creosote-contaminated soil, we investigate the effectiveness of rhamnolipids aqueous solutions (at different concentrations) on removal of polar and non-polar contaminants from the soil matrix. The obtained results show that rhamnolipids at higher concentrations could be more effective as extraction agents compared to the organic solvent - dichloromethane. The highest overall concentration of creosote components (212.3 g mL-1) was detected in aqueous solution of rhamnolipids at concentration equal to 10 CMC. This was achieved mainly because of the high efficiency of this variant to elute both polar (e.g. phenols) and non-polar (e.g. PAHs) compounds. Therefore, aqueous solution of rhamnolipids at concentration of 10 CMC may be recommended for the remediation of areas contaminated by numerous structurally different (i.e. polar and non-polar) chemical compounds, as in the case of the studied creosote-polluted soil.

PL

Ramnolipidy są grupą biosurfaktantów (związków powierzchniowo czynnych pochodzenia mikrobiologicznego), które coraz powszechniej badane są w kontekście ich użyteczności w bioremediacji środowiska. W powyższym artykule zbadano wpływ wodnych roztworów ramnolipidów (w różnych stężeniach) na wypłukiwanie polarnych oraz niepolarnych związków organicznych z gleby skażonej kreozotem. Otrzymane rezultaty wskazują, że wodne roztwory ramnolipidów w wysokich stężeniach mogą być bardziej efektywnym rozwiązaniem niż użycie rozpuszczalnika organicznego - dichlorometanu. Analiza GC-MS wskazała, że najwyższe całkowite stężenie składników kreozotu (212.3 g mL-1) odnotowano po wypłukiwaniu gleby wodnym roztworem ramnolipidów w stężeniu 10 CMC. Wynika to z faktu wysokiej wydajności ekstrakcji zarówno związków polarnych (np. fenoli), jak i niepolarnych (np. WWA) zaobserwowanej dla wspomnianego wariantu ekstrahenta. Wobec tego wodne roztwory ramnolipidów w stężeniu 10 CMC powinny być rozważane jako potencjalnie przydatne odczynniki używane w trakcie prowadzenia remediacji gleb skażonych różnorodnymi (pod względem struktury i polarności) związkami chemicznymi, podobnie jak w wypadku badanej gleby skażonej kreozotem.

3

The toxicity of rhamnolipids and Tween 80 with regard to white mustard (Sinapis alba) seeds and activated sludge microorganisms

Szczepaniak Z., Staninska J., Sydow M., Piotrowska-Cyplik A., Cyplik P.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2015

|

Vol. 60, nr 2

76--79

EN

Surfactants (surface active agents) have a wide spectrum of use in the industry, but also in agriculture. Moreover, there is a tendency to use both synthetic (e.g. Tween 80) and natural (e.g. rhamnolipids) surfactants in bioremediation of contaminated sites. In this case, a potential toxicity of surfactants towards different elements of the ecosystem should be considered. The aim of this study was to determine phytotoxicity in relation to Sinapis alba (white mustard) seeds and toxicity towards activated sludge microorganisms of rhamnolipids and Tween 80 at different concentrations. The results indicate a higher phytotoxicity of rhamnolipids compared with Tween 80. Surfactants used at the highest concentration, (600 mgּ l-1) exhibit-ed an inhibition of roots growth by 69% and 16% (compared with a control) for rhamnolipids and Tween 80 respectively. The results of toxicity towards activated sludge microorganisms confirm the negative impact of both surfactants especially in high concentrations. In the two highest concentrations no significant difference between synthetic surfactants and biosur-factants was observed. The results suggest that rhamnolipids could not be considered as more ‘eco-friendly’ surfactants compared with synthetic Tween 80.

PL

Surfaktanty, czyli związki powierzchniowo czynne, charakteryzują się szerokim spektrum wykorzystania w wielu gałęziach przemysłu, ale również w rolnictwie oraz ochronie środowiska. W celu zwiększenia wydajności procesów remediacyjnych prowadzących do oczyszczania środowiska wykorzystuje się zarówno surfaktanty syntetyczne (np. Tween 80), jak i naturalne (np. ramnolipidy). Należy jednak zwrócić uwagę na potencjalną toksyczność wykorzystywanych surfaktantów wobec róż-nych elementów ekosystemu. Celem badań było określenie fitotoksyczności względem nasion gorczycy (Sinapis alba) oraz toksyczności wobec mikroorganizmów osadu czynnego ramnolipidów oraz Tweenu 80 używanych w różnych stężeniach. Wyniki wskazują na wyższą fitotoksyczność ramnolipidów w porównaniu z Tweenem 80 - w przypadku najwyższego zastosowanego stężenia, czyli 600 mg l-1, inhibicja korzeni w obecności ramnolipidów wynosi 69%, natomiast w obecności Tweenu - 16%. Uzyskane wyniki toksyczności względem mikroorganizmów osadu czynnego potwierdzają negatywny wpływ sur-faktantów nasilający się wraz ze wzrostem stężenia, przy czym w dwóch najwyższych stężeniach nie uwidoczniła się istotna różnica pomiędzy ramnolipdami a Tweenem 80.

4

Surface tension technique as a strategy to evaluate the adsorption of biosurfactants used in soil remediation

Gusiatin Z. M.

Environmental Biotechnology

|

2015

|

Vol. 11, No. 2

27--33

EN

This study investigated the adsorption of two biosurfactants, non ionic saponin and anionic Reco 10 (a mixture of rhamnolipids). The experiments were performed with three different soils (sandy clay loam, clay loam, clay) and at two soil/biosurfactant ratios, m/V=1/10 and 1/40. Using a tensiometer, surface tension in aqueous biosurfactant solutions and their supernatants was measured and the critical micelle concentration (CMC) was determined. The amount of adsorbed biosurfactants was calculated based on the CMC values. Adsorption of both biosurfactants depended on soil type and m/V ratio. The highest saponin and Reco 10 adsorption was in the soil with the greatest content of clay and organic matter, the highest cation exchange capacity and a m/V of 1/40. Thus, clay soils may need a higher concentration of biosurfactants than sandy or loamy soils for effective pollutant removal.

5

Cytometria przepływowa jako nowoczesne narzędzie stosowane w ocenie aktywności mikroorganizmów biodegradujących wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) w procesie bioremediacji środowiska

Szczepaniak Z., Staninska J., Piotrowska-Cyplik A., Juzwa W.

Aparatura Badawcza i Dydaktyczna

|

2015

|

T. 20, nr 2

122-133

PL

Zanieczyszczenie środowiska związkami organicznymi można zredukować m.in. poprzez metody bioremediacyjne z wykorzystaniem np. bioaugmentacji lub biosurfaktantów. Celem badań jest określenie aktywności metabolicznej konsorcjów mikrobiologicznych dodawanych na zasadzie bioaugmentacji oraz mikroorganizmów autochtonicznych w obecności wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) i biosurfaktantów (ramnolipidów) w środowisku glebowym. Aktywność metaboliczna została wyznaczona dzięki zastosowaniu cytometrii przepływowej. Uzyskane wyniki wskazują zarówno na konkurencję pomiędzy mikroorganizmami wprowadzonymi dodatkowo a mikroorganizmami autochtonicznymi już po trzech miesiącach trwania eksperymentu, jak również na zdominowanie układu przez dodatkowo wprowadzone mikroorganizmy po upływie sześciu miesięcy. Równocześnie wyniki nie wskazują na jakikolwiek wpływ dodanych ramnolipidów na wartość %Q2.

EN

Environmental pollution by organic compounds can be reduced by the use of bioremediation methods e.g. bioaugmentation enhanced by the addition of biosurfactants. The aim of this study was to determine the metabolic activity of both microbial consortia added into system and autochthonous microorganisms in the presence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and biosurfactants (rhamnolipids) in the soil system. Metabolic activity was determined using flow cytometry. The results indicate both the competition between additional and autochthonous microorganisms after three months, as well as the dominance of additional microorganisms over native microorganisms after six months of start of the experiment. Moreover, the results do not indicate any effect of rhamnolipids on the value of %Q2.

6

Influence of rhamnolipids from Pseudomonas PS-17 on coal tar and petroleum residue biodegradation

Śliwka E., Kołwzan B., Grabas K., Karpenko E., Rutkowski P.

Environment Protection Engineering

|

2009

|

Vol. 35, nr 1

139-150

EN

The efficiency of biological processes utilized for eliminating hydrocarbons from soil and water environment depends on many factors, among others on the type and level of contaminants and their bioavailability. Pollutants comprising highly hydrophobic and toxic hydrocarbons are characterized by low susceptibility to biodegradation. Among sources of such pollutants are coal tars and heavy petroleum fractions. This paper shows how rhamnolipids isolated from Pseudomonas PS-17 stimulate biodegradation of coal tar waste obtained from former gas work and petroleum residue obtained from atmospheric distillation of light petroleum. The study demonstrates low susceptibility of coal tar component to biodegradation. Addition of rhamnolipids initiated biodegradation process by increasing bioavailability of coal tar components. The highest efficiency of the coal tar biodegradation (28%) was observed at the rhamnolipids concentration of 125 mg in 1 dm3 of the cultivation medium. For the petroleum residue the maximum efficiency was 55% at the rhamnolipids concentration of 250 mg/dm3.

PL

Efektywność procesów biologicznych stosowanych do likwidacji skażeń środowiska gruntowowodnego węglowodorami zależy od bardzo wielu parametrów, m.in. od rodzaju i poziomu zanieczyszczeń oraz ich biodostępności. Małą podatnością na biodegradację charakteryzują się zanieczyszczenia zawierające silnie hydrofobowe i toksyczne węglowodory. Do źródeł takich węglowodorów należą smoły węglowe i ciężkie frakcje ropy naftowej. W pracy przeanalizowano wpływ ramnolipidów produkowanych przez Pseudomonas PS-17 na stymulację procesu biodegradacji odpadów smoły węglowej, pochodzącej z zamkniętej gazowni, i pozostałości naftowej, otrzymanej podczas destylacji atmosferycznej lekkiej ropy naftowej. Biodegradację przeprowadzono, wykorzystując szczepy wyizolowane z gleby skażonej produktami naftowymi. Badania wykazały, że smoła węglowa stanowi substrat bardzo mało podatny na biodegradację. Wprowadzenie ramnolipidów zwiększyło biodostępność składników smoły i zainicjowało proces biodegradacji. Maksymalną efektywność biodegradacji smoły węglowej (28%) uzyskano, stosując stężenie ramnolipidów 125 mg w 1 dm3 podłoża. Dla pozostałości naftowej maksymalna efektywność procesu wynosiła 54%. Uzyskano ją przy stężeniu ramnolipidów 250 mg/dm3.