Определение оптимальной фракции активированного цеолита по концентрации водородных ионов для изменения реакции среды
Автор: Чернов А.Н., Прищепенко Е.А., Халиллуллина Г.Р., Афордоаньи Д.М.
Статья в выпуске: 4 т.244, 2020 года.
Бесплатный доступ
По результатам проведенных исследований установлено, что оптимальной для изменения ростовой среды для биологических патогенных микроорганизмов является фракция активированного цеолита размером 0-0,2 мм, происходит изменение среды с увеличением показателя щелочности. Установлена отличительная особенность изменения концентрации водородных ионов у различных фракций активированного цеолита. Исследования показали, что после внесения цеолита в дистиллированную воду происходит изменение концентрации водородных ионов. Установлено, что независимо от времени и концентрации данный показатель сохраняется во всех разведениях от 1:1 до 1:10, с показателем рН>10. Наименьшее изменение рН раствора происходило у фракции 0,8-2,5 мм, далее наблюдался незначительный рост у других фракций.
Концентрация водородных ионов, активированные цеолиты, микроорганизмы, бактериостатическое действие
Короткий адрес: https://sciup.org/142226074
IDR: 142226074 | DOI: 10.31588/2413-4201-1883-244-4-238-242
Текст научной статьи Определение оптимальной фракции активированного цеолита по концентрации водородных ионов для изменения реакции среды
Получение безопасной и качественной продукции АПК с использованием природных агроминералов является залогом успешного развития любого государства. Каждый организм должен находить в окружающей среде вещества, необходимые в качестве источника энергии и материала для клеточного биосинтеза. В естественных условиях микроорганизмы растут, обеспечивая питательными веществами свои потребности [1, 2].
Прокариоты отличаются от других живых существ на Земле исключительным разнообразием своего метаболизма, которое проявляется в их способности использовать источники питательных веществ и осуществлять биохимические превращения, недоступные другим организмам. В качестве источника энергии они могут использовать как солнечный свет (фототрофы), так и энергию химических соединений (хемотрофы); в качестве источника углерода — неорганические (литотрофы или автотрофы) и органические соединения (органотрофы или гетеротрофы). Питательные вещества, используемые гетеротрофными микроорганизмами, весьма разнообразны. Практически для каждого природного органического соединения можно найти микроорганизм, обеспечивающий его разложение, поэтому микроорганизмам принадлежит ведущая роль в круговороте веществ в природе. Прокариоты способны утилизировать и многие синтетические вещества, в том числе биоциды. Наиболее доступны для гетеротрофов в качестве источника углерода разнообразные углеводы, аминокислоты, органические кислоты, нуклеотиды. Источниками азота, фосфора и серы могут служить как органические (пептиды, аминокислоты, нуклеотиды) так и неорганические соединения [1, 2, 4].
Для культивирования различных микроорганизмов нужны среды разного химического состава, соответствующие требованиям данного вида. Всякая питательная среда должна удовлетворять следующим требованиям: содержать все необходимые для роста и размножения микроба вещества, иметь достаточную влажность, соответствующую реакцию среды (рН), изотоничной для микробных клеток, обладать определенным окислительновосстановительным потенциалом. Среды должны быть по возможности унифицированными в отношении основных компонентов: содержание суммарного азота аминогрупп, аминокислот и низших полипептидов должно составлять 0,8-1,2 г/л, общего азота 2,5-3 г/л, хлоридов (в пересчете на хлорид натрия) – 0,5-0,8 %.
Существенное значение на рост микроорганизмов оказывает концентрация водородных ионов. Микроорганизмы, растущие при низких значениях рН, называют ацидофилами, при высоких – алкалифила-ми, при течениях, близких к нейтральному – нейтрофилами. При конструировании и использовании питательных сред необходимо создавать условия, поддерживающие оптимум рН для данного вида, включая в среду вещества, обладающие буферными свойствами. Многие патогенные бактерии способны существовать в относительно узком диапазоне рН, поэтому большинство диагностических сред имеют значение рН около 7. Поэтому изменение концентрации водородных ионов приводит к нарушению метаболизма условно-патогенной микрофлоры и ее гибели [3, 5, 6, 7, 8].
Цель исследования – определить оптимальную фракцию активированного цеолита по концентрации водородных ионов для изменения реакции любой среды, где могут быть условно-патогенные микроорганизмы.
Материал и методы исследований. Изучали концентрацию водородных ионов различных фракций активированного цеолита (Таблица 1), с разведением в дистиллированной воде в соотношении 1:1, 1:2, 1:4, 1:6, 1:8, 1:10, с периодом экспозиции 30 сек, 10 мин, 15 мин, 30 мин.
Таблица 1 – Показатели фракций активированного цеолита
|
Показатель |
Размер фракции цеолита, мм |
||||
|
0-0,04 |
0-0,2 |
0,2-0,8 |
0,8-2,5 |
2,5-5 |
|
|
Плотность, кг/м3 |
290-410 |
680-750 |
660-680 |
640-650 |
2,5-5,0 |
|
Влажность, % |
2,0 |
1,8 |
1,7 |
1,4 |
1,2 |
Использовали: прибор Ph-метр Hanna edge (копании Hanna Instruments); дистиллированная вода рH – 6,9. Температура в ходе эксперимента не менялась и составляла 25 0С.
Результаты исследований. Как известно, многие патогенные бактерии спо- собны существовать в относительно узком диапазоне рН, поэтому большинство диагностических сред имеют значение рН около 7. Условия рН для роста некоторых прокариот различаются по своим требованиям к рН среды (Таблица 2).
Таблица 2 – Условия рН для роста некоторых прокариот
|
Микроорганизм |
Минимум рН |
Оптимум рН |
Максимум рН |
|
Thiobacillus thiooxidans |
0,5 |
2,0-2,8 |
4,0-6,0 |
|
Sulfobolus acidocaldarius |
1,0 |
2,0-3,0 |
5,0 |
|
Bacillus acidocaldarius |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
|
Zymomonas lindneri |
3,5 |
5,5-6,0 |
7,5 |
|
Lactobacillus acidophilus |
4,0-4,6 |
5,8-6,6 |
6,8 |
|
Staphylococcus aureus |
4,2 |
7,0-7,5 |
9,3 |
|
Esherichia coli |
4,4 |
6,0-7,0 |
9,0 |
|
Clostridium sporogenes |
5,0-5,8 |
6,0-7,6 |
8,5-9,0 |
|
Erwinia carotovora |
5,6 |
7,1 |
9,3 |
|
Pseudomonas aeruginosa |
5,6 |
6,6-7,0 |
8,0 |
|
Thiobacillus novellus |
5,7 |
7,0 |
9,0 |
|
Streptococcus pneumoniae |
6,5 |
7,8 |
8,3 |
|
Nitrobacter sp. |
6,6 |
7,6-8,6 |
10,0 |
На первом этапе провели исследования активированного цеолита, в соотношении 1:1 с дистиллированной водой (Таблица 3). Как видно из таблицы, наибольшая рН цеолитного раствора, в зависимости от времени была у фракции размером 0-0,2 мм, которая была минимальна рН-10,05 через 30 сек после внесения цеолита в дистиллированную воду, а максимальной рН-10,44.
Аналогичным образом получили результаты после внесения активированного цеолита в дистиллированную воду, в соотношении 1:2, 1:4, 1:6, 1:8, 1:10 (Таблица 4, 5, 6, 7, 8).
Как видно из таблицы 4, рН цеолитного раствора изменялась в зависимости от времени, и у фракции размером 00,2 мм, составила рН-10,05 через 30 сек после внесения цеолита в дистиллирован- ную воду, а через 15 мин, рН-10,44.
Как видно из таблицы 5, рН цеолитного раствора, где для приготовления была фракция размером 0-0,2 мм, составила рН-10,3 через 30 сек после внесения цеолита в дистиллированную воду, а через 15 мин, показатель рН раствора не изменился.
Как видно из таблицы 6, рН цеолитного раствора, где для приготовления была фракция размером 0-0,2 мм, составила рН- 10,28 через 30 сек после внесения цеолита в дистиллированную воду, а через 15 мин, показатель рН раствора составил-10,24.
Таблица 3 – Концентрации водородных ионов в цеолитном растворе, соотношение 1:1
|
Размер цеолита, мм |
рН цеолитной суспензии, в зависимости от времени |
|||
|
30 сек |
10 мин |
15 мин |
30 мин |
|
|
0-0,04 |
8,01 |
8,2 |
8,15 |
8,1 |
|
0-0,2 |
10,05 |
10,35 |
10,44 |
10,38 |
|
0,2-0,8 |
8,5 |
8,45 |
8,58 |
8,46 |
|
0,8-2,5 |
8,33 |
7,71 |
7,79 |
7,89 |
|
2,5-5 |
8,96 |
8,58 |
8,64 |
8,77 |
Таблица 4 – Концентрации водородных ионов в цеолитном растворе, соотношение 1:2
|
Размер цеолита, мм |
рН цеолитного раствора, в зависимости от времени |
|||
|
30 сек |
10 мин |
15 мин |
30 мин |
|
|
0-0,04 |
8,01 |
8,2 |
8,15 |
8,1 |
|
0-0,2 |
10,05 |
10,35 |
10,44 |
10,38 |
|
0,2-0,8 |
8,5 |
8,45 |
8,58 |
8,46 |
|
0,8-2,5 |
8,33 |
7,71 |
7,79 |
7,89 |
|
2,5-5,0 |
8,96 |
8,58 |
8,64 |
8,77 |
Таблица 5 – Концентрации водородных ионов в цеолитном растворе, соотношение 1:4
|
Размер цеолита, мм |
рН цеолитного раствора, в зависимости от времени |
|||
|
30 сек |
10 мин |
15 мин |
30 мин |
|
|
0-0,04 |
8,69 |
8,76 |
8,58 |
8,65 |
|
0-0,2 |
10,3 |
10,25 |
10,3 |
10,27 |
|
0,2-0,8 |
8,99 |
9,02 |
8,99 |
8,87 |
|
0,8-2,5 |
8,33 |
8,25 |
8,27 |
8,3 |
|
2,5-5,0 |
8,67 |
8,67 |
8,58 |
8,63 |
Таблица 6 – Концентрации водородных ионов в цеолитном растворе, соотношение 1:6
|
Размер цеолита, мм |
рН цеолитного раствора, в зависимости от времени |
|||
|
30 сек |
10 мин |
15 мин |
30 мин |
|
|
0-0,04 |
8,85 |
8,81 |
8,83 |
8,8 |
|
0-0,2 |
10,28 |
10,22 |
10,24 |
10,18 |
|
0,2-0,8 |
9,11 |
9,1 |
9,12 |
9,01 |
|
0,8-2,5 |
8,47 |
8,45 |
8,45 |
8,51 |
|
2,5-5,0 |
8,8 |
8,73 |
8,69 |
8,74 |
Как видно из таблицы 7, рН цеолитного раствора, где для приготовления была фракция размером 0-0,2 мм, составила рН- 10,33 через 30 сек после внесения цеолита в дистиллированную воду, а через
15 мин, показатель рН раствора составил-10,3.
Как видно из таблицы 8, рН цеолитного раствора, где для приготовления была фракция размером 0-0,2 мм, состави- ла рН- 10,25 через 30 сек после внесения цеолита в дистиллированную воду, а через 15 мин, показатель рН раствора составил – 10,27. Таким образом, фракция активиро- ванного цеолита размером 0-0,2 способна изменить реакцию любой среды, где имеются патогенные биологические агенты.
Таблица 7 – Концентрации водородных ионов в цеолитном растворе, соотношение 1:8
|
Размер цеолита, мм |
рН цеолитного раствора, в зависимости от времени |
|||
|
30 сек |
10 мин |
15 мин |
30 мин |
|
|
0-0,04 |
8,9 |
8,9 |
8,92 |
8,89 |
|
0-0,2 |
10,33 |
10,32 |
10,3 |
10,3 |
|
0,2-0,8 |
9,18 |
9,17 |
9,14 |
9,2 |
|
0,8-2,5 |
8,57 |
8,48 |
8,6 |
8,73 |
|
2,5-5,0 |
8,77 |
8,77 |
8,76 |
8,8 |
Таблица 8 – Концентрации водородных ионов в цеолитном растворе, соотношение 1:10
|
Размер цеолита, мм |
рН цеолитного раствора, в зависимости от времени |
|||
|
30 сек |
10 мин |
15 мин |
30 мин |
|
|
0-0,04 |
8,96 |
8,93 |
8,95 |
8,92 |
|
0-0,2 |
10,25 |
10,27 |
10,27 |
10,3 |
|
0,2-0,8 |
9,1 |
9,21 |
9,21 |
9,13 |
|
0,8-2,5 |
8,27 |
8,31 |
8,29 |
8,36 |
|
2,5-5,0 |
8,79 |
8,77 |
8,77 |
8,75 |
Заключение. По результатам проведенных исследований установлено, что оптимальной для изменения ростовой среды для биологических патогенных микроорганизмов является фракция активированного цеолита размером 0-0,2 мм, происходит изменение среды с увеличением показателя щелочности. Установлена отличительная особенность изменения концентрации водородных ионов у различных фракций активированного цеолита. Исследования показали, что после внесения цеолита в дистиллированную воду происходит изменение концентрации водородных ионов. Установлено, что независимо от времени и концентрации данный показатель сохраняется во всех разведениях от 1:1 до 1:10, с показателем рН>10. Наименьшее изменение рН раствора происходило у фракции 0,8-2,5 мм, далее наблюдался незначительный рост у других фракций. Данные исследования будут продолжены.
Список литературы Определение оптимальной фракции активированного цеолита по концентрации водородных ионов для изменения реакции среды
- Равилов, А.З. Микробиологические среды / А.З. Равилов, Р.Я. Гильмутдинов, М.Ш. Хусаинов // Казань. - изд. "Фэн". - 1999. - С.168
- Телишевская, А.Я. Белковые гидролизаты: получение, состав, применение / А.Я. Телишевская. - М.: Издательство "Россельхозакадемия". - 2000. - С. 128.
- Cotter, P.D. Surviving the acid test: responses of gram-positive bacteria to low pH / P.D. Cotter, H. Colin // Microbiology and molecular biology reviews. - 2003. - P. 429453.
- Kennedy, A.C. Bacterial diversity in agroecosystems. Invertebrate biodiversity as bioindicators of sustainable landscapes / A. C. Kennedy // Elsevier. - 1999. - P. 6576
- Lee, Y.J. Effect of pH on microbial hydrogen fermentation / Y.J. Lee, T. Miyahara, T. Noike // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. - 2002. - P.694-698
- Lowe, S.E. Biology, ecology, and biotechnological applications of anaerobic bacteria adapted to environmental stresses in temperature, pH, salinity, or substrates / S.E Lowe, K.J. Mahendra, J.G. Zeikus // Microbiology and Molecular Biology Reviews. - 1993. - P. 451-509.
- Rothschild, L.J. Life in extreme environments / L.J. Rothschild, R.L. Mancinelli // Nature. - 2001. - P. 1092-1101
- Zijlstra, H.JP. Early diagenetic siliceous chalk of the Maastrichtian type locality ca precipitation, in relation to redox bounda- / H.JP. Zijlstra // Geologie en Mijnbouw. ries and bacterial metabolism, in Late Creta- 1987. - P. 343-355
