III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011
МЕДИАТОРНЫЙ БИОСЕНСОР ДЛЯ ОЦЕНКИ ИНДЕКСА БПК ОТХОДОВ СПИРТОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
КомментарииПолная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Индекс БПК (биохимического потребления кислорода) является важной характеристикой степени загрязненности воды легкоокисляемыми органическими веществами. Традиционная методика определения БПК является продолжительной процедурой (от 5 до 20 суток) со сложной пробоподготовкой [1]. Альтернативой являются экспрессные методы определения БПК с использованием биосенсорных анализаторов. Преимуществом применения медиаторов электронного транспорта в биосенсорных анализаторах является возможность регистрации БПК в анаэробных условиях.
Целью работы является разработка медиаторного биосенсора на основе ферроцена и мембранной фракции бактерий Gluconobacter oxydans (G. oxydans) для экспресс-определения БПК.
Бактерии G. oxydans обладают широкой субстратной специфичностью, что определяет их перспективность при использовании в биорецепторном элементе БПК-биосенсора. При выделении мембранной фракции бактерий, ключевые ферменты, с которыми взаимодействуют медиаторы, становятся доступными, чем при использовании целых клеток. Тем самым, использование мембранной фракции бактерий является перспективным при разработке медиаторного биосенсора для оценки БПК.
Мембранную фракцию получали разрушением биомассы бактерий G. oxydans на ультразвуковом генераторе УЗГ13-0,1/22 в фосфатно-цитратном буферном растворе рН 6,0, содержащем 1 мМ соли Mg2+ и Ca2+ с последующим центрифугированием полученного лизата бактерий.
Субстратная специфичность мембранной фракции бактерий G. оxydans была определена в присутствии медиатора ферроцена. Наибольшие токи медиаторный биосенсор генерировал при окислении глюкозы и одноатомных спиртов нормального строения (за исключением метанола). Полученная в работе субстратная специфичность мембранной фракции бактерий G. oxydans хорошо согласуется с субстратной специфичностью целых клеток G. oxydans в присутствии медиатора ферроцена [2]. Благодаря своей биохимической активности по отношению к целому ряду углеводов и спиртов мембранная фракция бактерий G. oxydans может быть использована в биорецепторном элементе БПК-биосенсора для определения содержания легкоокисляемых соединений в водных объектах, например индекса БПК.
Для построения градуировочной зависимости ответа биосенсора от концентрации аналита использовалась смесь глюкозы и глутаминовой кислоты (ГГС) с концентрацией 20 г/ дм3 [3]. Линейный диапазон градуировочной зависимости ответов сенсора от концентрации ГГС составил 60-1000 мг/дм3, что соответствует значениям БПК 42- 680 мг/дм3.
В качестве реальных образцов для определения индекса БПК с помощью медиаторного биосенсора использовали отходы спиртового производства (ржаную барду), а также полупродукты брожения пшеничной и ржаной муки, имитирующие состав сточных вод бродильных производств. Определение индекса БПК реальных образцов стандартным методом разбавления проводили согласно действующим в РФ нормативным документам, согласно которым содержание растворенного кислорода до и после пятидневной инкубации определяется иодометрическим методом Винклера [3]. Результаты полученные с помощью медиаторного биосенсора согласуются с данными, полученными стандартным методом разбавления.
Таким образом, разработанный макет медиаторного биосенсора на основе мембранной фракции бактерий G. oxydans и медиатора ферроцена можно использовать для определения индекса БПК стоков бродильных производств, предприятий пищевой и биотехнологической промышленности, содержащих углеводы и спирты.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»(2009-2013г.), госконтракт № 02.740.11.0296, госконтракт № П258.
Библиографический список
1. Фомин Г.С. ВОДА. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. -3-е издание перераб. и доп. - М: 2000. - С. 848 .
2. Чигринова Е.Ю., Бабкина Е.Е., Алферов В.А. Безреагентный медиаторный биосенсор на основе бактерий Gluconobacter oxydans для определения БПК сточных вод // Известия Тульского государственного университета. Сер. Химия. Тула. 2006. Вып. 6. - С. 153-161.
ПНД Ф 14. 1:2:3:4.1 23-97. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн.) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. - М: 1997. - С. 25.