СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОСОРБЕНТА ИОНОВ РАДИОАКТИВНОГО ПЛУТОНИЯ Советский патент 1996 года по МПК B01J20/22 C12N1/14 

Изобретение относится к биотехнологии, к способам получения биосорбентов ионов радиоактивных элементов из биомасс микромицетов основного отхода производства экзогидролаз.

Целью изобретения является повышение сорбционной способности биосорбентов по отношению к ионам радиоактивного плутония.

Это достигается тем, что в процессе культивирования продуцента пектолитических ферментов Aspergillus foetidus M-45 или Aspergillus awamori F-122 осуществляют подсев культуры Cunninghamella japonica BKMF-1204 на стационарной фазе роста продуцента пектолитических ферментов, а выделение биосорбента осуществляют путем промывки биомассы избытком водного раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 0,25-1,00% при температуре 10-50^оС с последующей промывкой твердой фазы водой до нейтрального значения рН.

Использование ортофосфорной кислоты обеспечивает экологическую чистоту процесса получения биосорбента и исключает образование вредных стоков, поскольку раствор ортофосфорной кислоты после использования для промывки биомассы можно применять для приготовления питательных сред для культивирования, исключив из их состава соли фосфорной кислоты и уменьшив количество ортофосфорной кислоты для доведения рН среды.

Сущность изобретения заключается в следующем. Биомассу, полученную при совместном культивировании продуцента пектолотических ферментов и Cunninghamella japonica BKMF-1204, промывают избытком водного раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 0,25-1,00% при температуре 10-50^оС, после чего твердую фазу промывают водой до нейтрального значения рН, сушат, измельчают и используют как биосорбент.

Сорбционную способность биосорбентов, полученных предлагаемым способом, определяют по коэффициенту распределения (К_d). Величина К_d характеризует распределение плутония между твердым сорбентом и жидкой фазой и рассчитывается по формуле
Kd × где А_сорб радиоактивность в сорбенте, Бк;
А_в.ф радиоактивность в водной фазе, Бк;
V_вод объем водной фазы, мл;
Р_тв масса твердого сорбента, г.

Подсев культуры Cunninghamella japonica BKMF-1204 позволяет усилить сорбционные свойства биосорбента за счет введения дополнительных центров сорбции, обусловленных необычной структурой хитина этого гриба.

Целесообразно производить подсев Cunninghamella japonica ВКМF-1204 на третьи сутки культивирования продуцента пектолитических ферментов (стационарная фаза роста), так как при одновременном посеве Cunninghamella japonica ВКМF-1204 на 1-2 сутки культивирования Aspergillus foetidus М-45 или Aspergillus awamori F-122 происходит подавление роста и развития продуцента пектолитических ферментов. Наибольшее содержание хитина в биомассе Cunninghamella japonica ВКМF-1204 достигает на третьи сутки культивирования этого продуцента. При подсеве Cunninghamella japonica ВКМF-1204 на 4-5 сутки культивирования продуцента пектолитических ферментов содержание хитина в биомассе не достигает максимума.

Кроме того, смешанные культуры имеют преимущества по сравнению с монокультурами;
способность утилизировать сложные неоднородные по составу субстраты, зачастую непригодные для монокультур;
повышенная способность к биотрансформации органических веществ;
повышенная продуктивность.

Обработка биомассы водным раствором ортофосфорной кислоты позволяет эффективно удалить водорастворимые соединения, такие как белки, аминокислоты, нуклеотиды, за счет разрушения водородных связей и фосфоролиза.

Температура, при которой происходит промывка биомассы ортофосфорной кислотой, должна быть 10-50^оС.

Если температура раствора фосфорной кислоты составляет менее 10^оС, то при обработке биомассы таким раствором происходит лишь частичное удаление водорастворимых соединений за счет недостаточного разрушения водородных связей и фосфорилаза. При температуре раствора фосфорной кислоты выше 50^оС происходит изменение структуры активных центров сорбции, что приводит к уменьшению сорбционной способности биосорбентов.

После обработки биомассы раствором ортофосфорной кислоты необходима промывка водой твердой фазы от остаточного количества ортофосфорной кислоты до нейтрального значения рН. В противном случае уменьшается сорбционная способность биосорбентов по отношению к ионам радиоактивного плутония.

П р и м е р 1. Подсев культуры Cunninghamella japonica ВКМF-1204 осуществляют на 1,2,3,4,5 сутки культивирования продуцента пектолитических ферментов Aspergillus foetidus М-45, а также проводят раздельное культивирование культур A. foetidus М-45 и С. japonica ВКМF-1204. По окончании культивирования (7 сут) биомассу отделяют от культурной жидкости и промывают 2-кратным количеством водного раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 0,5% при температуре 30^оС. Затем твердую фазу промывают водой до значения рН 7,0. Полученный твердый остаток сушат, измельчают и используют как биосорбент ионов радиоактивного плутония. Коэффициенты распределения (K_d) по плутонию приведены в табл. 1.

П р и м е р 2. Действуют согласно примеру 1, но в качестве продуцента пектолитических ферментов используют A.awamori F-122. Коэффициенты распределения по плутонию (К_d) приведены в табл. 2.

П р и м е р 3. Действуют согласно примеру 1, но подсев C.japonica ВКМF-1204 производят на третьи сутки культивирования А.foetidus М-45, а концентрация ортофосфорной кислоты составляет 0,25% Коэффициент распределения 803.

П р и м е р 4. Действуют согласно примеру 3, но концентрация ортофосфорной кислоты составляет 0,20% Коэффициент распределения 717.

П р и м е р 5. Действуют по примеру 3, но концентрация ортофосфорной кислоты составляет 1,00% Коэффициент распределения 809.

П р и м е р 6. Поступают согласно примеру 3, но концентрация ортофосфорной кислоты составляет 1,1% Коэффициент распределения 721.

П р и м е р 7. Действуют согласно примеру 1, но подсев C. japonica ВКМF-1204 производят на третьи сутки культивирования A.foetidus М-45, а температура, при которой производят промывку ортофосфорной кислотой, составляет 10^оС. Коэффициент распределения 795.

П р и м е р 8. Поступают согласно примеру 7, но температура, при которой производят промывку ортофосфорной кислотой, составляет 8^оС. Коэффициент распределения 724.

П р и м е р 9. Действуют согласно примеру 7, но температура, при которой производят отмывку биомассы ортофосфорной кислотой, составляет 50^оС. Коэффициент распределения 801.

П р и м е р 10. Поступают согласно примеру 7, но температура, при которой производят отмывку биомассы ортофосфорной кислотой, составляет 55^оС. Коэффициент распределения 719.

П р и м е р 11. Действуют согласно примеру 3, но промывку биомассы водой проводят до рН 5,0. Коэффициент распределения 708.

П р и м е р 12. Поступают согласно примеру 3, но промывку биомассы водой проводят до рН 6,5. Коэффициент распределения 727.

П р и м е р 13. Действуют согласно примеру 3, но промывку биомассы водой проводят до рН 7,0. Коэффициент распределения 804.

П р и м е р 14. Поступают согласно примеру 3, но стадию промывки биомассы водой не проводят. Коэффициент распределения 679.

Результаты всех примеров приведены в табл. 3.

Таким образом, сорбционная способность по отношению к ионам радиоактивного плутония биосорбента, полученного по предлагаемому способу, значительно превосходит сорбционную способность биосорбента, полученного по прототипу.

Использование: в биотехнологии. Сущность изобретения: получение биосорбента ионов редиоактивного плутония с повышеной сорбционной способностью. Для этого на стационарной фазе роста продуцента пектиназы осуществляют подсев культуры Cunninghamella japonica ВКМ F - 1204, по окончании культивирования отделенную от культуральной жидкости биомассу промывают избытком водного раствора ортофосфорной кислоты концентраций 0,25 - 1,00% при температуре 10 - 50^oС, после чего твердую фазу промывают водой до нейтрального значения pH, сушат, измельчают и используют в качестве сорбента. 1 з. п. ф-лы, 3 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОСОРБЕНТА ИОНОВ РАДИОАКТИВНОГО ПЛУТОНИЯ путем культивирования микроорганизмов, отделения биомассы с последующей ее обработкой экстрагентом, сушкой и измельчением, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной способности биосорбента, в качестве микроорганизма используют продуцент пектолитических ферментов, при этом на стационарной фазе его роста осуществляют подсев культуры Cunning hamella japonica ВКМF-1204, в качестве экстрагента при обработке биомассы используют 0,25 1,00%-ный водный раствор ортофосфорной кислоты и обработку ведут его избытком при температуре 10 50^oС, затем промывают водой до нейтрального значения pH. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве продуцента пектолитических ферментов используют Aspergillus awamori F-122 или Aspergillus foetidus М-45.