АБРАШИТОВА С.А., БАЙГОНУСОВА Ж.А. ВЛИЯНИЕ
реклама
АБРАШИТОВА С.А., БАЙГОНУСОВА Ж.А. ВЛИЯНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ И ИХ ЭКЗОМЕТАБОЛИТОВ НА ПРОЦЕССЫ АЭРОБНОЙ И АНАЭРОБНОЙ КОРРОЗИИ СТАЛИ-3 (Институт микробиологии и вирусологии МОН РК, г. Алматы) Изучено влияние поверхностно-активных веществ, син-тезируемых бактериями Pseudomonas alca-ligenes, Acetobacter aceti, и дрожжами Candida krusei на процессы аэробной и анаэробной коррозии, вызываемые бактериями Thiobacillus ferrooxidans и Desulfo-vibrio desulfuricans, соответственно. Показано, что на скорость аэробной коррозии наибольший ингибирующий эффект оказывают ПАВ Pseudomonas alca-ligenes и клетки Acetobacter aceti. Анаэробная коррозия ингибируется ПАВ и клетками Candida krusei. Коррозия металлов является проблемой, которая затрагивает практически все отрасли промышленности и сельского хозяйства. Считается, что 80% коррозионных повреждений связаны с воздействием на металл микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности. Колонизация коррозионно-активных микроорганизмов на земле и на металлоконструкциях морских суден - главная проблема, которую необходимо решать. В США оценено, что каждый год экономика страны теряет 200 млн. долларов за счет коррозионных повреждений и борьбы с ними [1]. Наиболее распространенными способами борьбы с коррозией являются обработка химическими веществами и препаратами, покрытие металлов антикор-розионными пленками. Наиболее активной группой бактерий, вызывающей коррозионные повреждения, являются сульфатредуцирующие бактерии (СРБ). Механизм коррозии при развитии СРБ связан со способностью этих бактерий выделять сероводород, который и взаимодействует с металлом. Изучена возможность снижения коррозии мягкой стали SAE 1018 и нержавеющей стали 304 путем ингибирования Desulfovibrio desulfuricans с помощью протективной антимикробной биопленки Bacillus brevis [2]. Показано, что введение в среду органического поверхностно - активного вещества (ПАВ) ингибирует наводораживание и микробную коррозию сплавов [3]. Эффективность бактерицидов резко возрастает, когда они употребляются с окислителями типа персульфата калия и патентованных ПАВ [4]. Активность СРБ удалось подавить путем введения в нефтяной пласт сначала биоцидного соединения, не обладающего свойствами ПАВ, а затем более активного биоцида, который обладает свойствами ПАВ и сильно ингибирует рост бактерий [5]. Предполагается, что бактерициды, обладающие свойствами ПАВ, ингибируют коррозию. С другой стороны, обнаружено, что экзополисахариды (ЭПС) могут индуцировать процесс микробной коррозии. Таким образом, существующие к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что некоторые ПАВ-ы микробного происхождения могут влиять на скорость коррозионных процессов [6]. Целью настоящей работы явилось изучение способности микроорганизмов - известных продуцентов ПАВ и их метаболитов влиять на аэробные и анаэробные коррозионные процессы. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ В экспериментах по влиянию микробных ПАВ на коррозию металла была использована анаэробная сульфатредуцирующая культура Desulfovibrio desulfuricans, вызывающая анаэробную коррозию и ацидофильная аэробная железоокисляющая бактерия Thiobacillus ferrooxidans, способствующая развитию аэробной коррозии. Накопительная культура СРБ была выделена из Текелийского свинцово - цинкового месторождения и выращивалась на среде Штурм следующего состава (г/л): лактат кальция - 3,5; (NH4)2SO4 - 1,0; KH2PO4 0,5; MgSO4.7H2O - 1,0; CaSO4.2H2O - 0,5; 1% раствор Na2S.9H2O; (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O 0,5, рН - 8,0 [7]. Железоокисляющая бактерия Thiobacillus ferrooxidans выделена из шахтных вод Текелийского свинцово-цинкового месторождения. Культивирование проводили на среде 9К, которая содержала (в г/л): (NH4)2SO4 - 3,0; KCl - 0,1; K2HPO4 - 0,5; MgSO4.7H2O - 0,5; Ca(NO3)2.4H2O - 0,1; FeSO4.7H2O - 44,22; 0,1M H2SO4 - 1мл, рН - 2,0. Скорость окисления Fe2+ и Fe3+определяли комплексонометрическим методом с трилоном Б [8]. В качестве микроорганизмов - продуцентов ПАВ использовали бактерии Pseudomonas alcaligenes, Acetobacter aceti, а также дрожжи Candida krusei. Для выращивания микроорганизмов использовали жидкую минеральную среду 8Е следующего состава (в г/л): (NH4)2HPO4 - 1,5; KH2PO4 - 1,0; MgSO4.7H2O - 0,8; NaCl - 0,5; с этиловым спиртом в качестве единственного источника углерода и энергии в количестве 10мл на литр [9]. Pseudomonas alcaligenes. Для выращивания этой культуры использовали клетки 3-х суточной культуры, выросшей на рыбо-пептонном агаре. Препараты ПАВ получали на пике эмульгирующей активности культуральной жидкости без клеток. Acetobacter aceti. Культивирование бактерий Acetobacter aceti и получение препаратов ПАВ проводили по аналогичной схеме. Candida krusei. В экспериментах с Candida krusei использовали суточный инокулят, выросший на сусло - агаре Эмульгирующую активность культуральной жидкости и сухих препаратов ПАВ определяли по тесту Iguchi при h=600нм [10]. По эмульгирующей активности контролировали выход полимера. Для получения сухих препаратов использовали диализные тубы с разными размерами пор: для Pseudomonas alcaligenes - 3,5-10 кДа, для Acetobacter aceti - 12-14кДа, для дрожжей Candida krusei - 50кДа. Частично очищенный препарат лиофильно высушивали. Концентрированные препараты ПАВ получали путем концентрирования культуральной жидкости без клеток полиэтиленглюколем (ПЭГ). Биомассу клеток получали центрифугированием культуральной жидкости при 8000 об/мин. Для экспериментов использовали пластины стали-3. О скорости коррозии судили по убыли веса пластины. В опытах с лиофильно высушенными препаратами ПАВ вносили в опытные сосуды в двух концентрациях: 1 концентрация - 100мг (в мг сухого веса /л) и 2 концентрация - 1000мг (в мг сухого веса /л). При работе с ПАВ, полученных путем концентрирования культуральной жидкости, препарат вносили из расчета для 1 концентрации - 0,1 мл/л, а для 2 концентрации - 1,0 мл/л. В опытах с клетками микроорганизмов - продуцентов ПАВ использовали следующую биомассу клеток (в мг сырого веса/л): 1 концентрация для Acetobacter aceti - 620, для Pseudomonas alcaligenes - 500, и для Candida krusei - 1880; соответственно и 2 концентрация для Acetobacter aceti - 1200, для Pseudomonas alcaligenes - 1000, и для Candida krusei - 3700. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Аэробная коррозия Поверхностно-активные вещества (ПАВ), синтезируемые гетеротрофными микроорганизмами, влияли на развитие коррозионных процессов в аэробных условиях в присутствии культуры Thiobacillus ferrooxidans. При использовании лиофильно высушенных препаратов ПАВ наиболее заметное ингибирующее влияние на коррозию оказывали ПАВ, синтезируемые культурой бактерий Pseudomonas alcaligenes (рис. 1). Отмечена зависимость скорости ингибирования коррозии от количества внесенного ПАВ. Так, если при внесении 100 мг/л лиофильно высушенного препарата ПАВ Pseudomonas alcaligenes убыль веса пластин за 14 суток эксперимента составила 3,08% против 4,36% в контроле без внесения ПАВ, то внесе-ние 1000 мг/л лиофильно высушенного препарата значительно больше замедляло коррози-онные процессы, вызываемые культурой Thiobacillus ferrooxidans и убыль веса пластины соответствовала 1,32%. Следует отметить, что эти эксперименты проводили в кислой среде с рН 2. Рис. 1. Аэробная коррозия стали-3 в присутствии лиофильно высушенных препаратов ПАВ. Для лиофильно высушенных ПАВ культур Acetobacter aceti и Candida krusei зависимость скорости ингибирования коррозии от количества внесенного ПАВ отмечена, хотя процесс ингибирования был незначительным. Эксперименты с использованием ПАВ, полученных путем концентрирования культуральной жидкости без клеток полиэтиленгликолем также показали, что ПАВы, синтезируемые бактериями, оказывают небольшое ингибирующее действие на процесс коррозии стали бактериями Thiobacillus ferrooxidans и существует зависимость между количеством вносимого ПАВ и ингибированием коррозии (рис. 2). В данном эксперименте наибольшее ингибирование коррозии было отмечено в случае использования ПАВ культуры Pseudomonas alcaligenes. Так, если в контрольном варианте без добавления ПАВ за 14 суток эксперимента убыль веса стальной пластинки составила 3,8%, то при внесении 0,1мл концентрата ПАВ - 2,7%, а при внесении 1,0 мл - 1,7%. Таким образом, добавление ПАВ бактерий Pseudomonas alcaligenes позволяет замедлить скорость аэробной коррозии более чем на 69%. Рис. 2. Аэробная коррозия стали-3 в присутствии ПАВ, сконцентрированных полиэтиленглюколем. Представляло интерес выяснить - какое действие могут оказать на скорость коррозии сами клетки микроорганизмов - продуцентов ПАВ. Полученные результаты показали, что клетки микроорганизмов также оказывают ингибирующее действие на сталь - 3 (рис. 3). Так, если при использовании биомассы клеток Pseudomonas alcaligenes скорость ингибирования коррозии находилась приблизительно на том же уровне, что и в случае использования ПАВ этих бактерий, то при добавлении разной биомассы клеток Candida krusei скорость ингибирования коррозии зависела от этого показателя и внесение большей биомассы снижало скорость коррозии на 90%. Присутствие культуры Acetobacter aceti в среде ингибировало коррозионные процессы на 94% и не зависело от количества внесенной биомассы. Можно предположить, что в данном случае это связано с тем, что даже минимальное количество клеток Acetobacter aceti способно ингибировать процесс коррозии стали - 3 в аэробных условиях. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что ПАВы исследуемых микроорганизмов в разной степени способны ингибировать коррозию металла в кислой среде в аэробных условиях. В то же время, присутствие в среде клеток микроорганизмов продуцентов ПАВ приводит к значительно большому эффекту. Возможно, это связано с тем, что клетки исследуемых бактерий способны взаимодействовать с гидрофобными поверхностями, какими являются стальные пластинки и образовывать защитную пленку. Другим предложением о причине ингибирования аэробной коррозии клетками микроорганизмов может быть токсичное воздействие клеток или их метаболитов на рост Thiobacillus ferrooxidans. Рисунок 3. Аэробная коррозия в присутствии клеток микроорганизмов. Анаэробная коррозия Исследование способности поверхностно - активных веществ (ПАВ), синтезируемых гетеротрофными микроорганизмами, влиять на развитие коррозионных процессов в анаэробных условиях в присутствии культуры Desulfovibrio desulfuricans показало, что при использовании ПАВ, полученных способом лиофильного высушивания, скорость коррозии уменьшалась по сравнению с контрольным вариантом без внесения ПАВ (рис. 4). Увеличение количества внесенного ПАВ практически не изменяло скорость коррозии при использовании препаратов ПАВ бактерий Acetobacter aceti и Pseudomonas alcaligenes. В случае внесения в среду Desulfovibrio desulfuricans ПАВ дрожжей Candida krusei было обнаружено, что если при добавлении 100 мг/л ПАВ убыль веса пластин стали - 3 составляла 0,18%, что соответствует 19,5% ингибирования, то при добавлении 1000 мг/л ПАВ на поверхности металла образовывалась тонкая плёнка, которая, по-видимому, предохраняла металл от коррозии и вес пластины за счёт этого даже увеличился (рис.4). Рисунок 4. Анаэробная коррозия стали - 3 в присутствии лиофильно высушенных препаратов ПАВ. Можно предположить, что в анаэробных условиях при слабощелочных условиях рН лиофильно высушенные препараты ПАВ дрожжей Candida krusei проявляют свои гидрофобные свойства и прикрепляются гидрофобными концами к поверхности металла, защищая его от коррозии. Добавление концентрата ПАВ позволило обнаружить, что характер взаимодействия ПАВ, полученных этим способом, с металлом существенно отличается в сравнении с лиофильно высушенными препаратами ПАВ. В данном случае ингибирующего влияния на коррозию металла не выявлено практически ни для одного из исследуемых концентратов (рис. 5). Это свидетельствует о том, что способ получения микробных ПАВ оказывает влияние на проявление антикоррозионных свойств ПАВ. Рисунок 5. Анаэробная коррозия стали - 3 в присутствии ПАВ, сконцентрированных полиэтиленгликолем. Исследование влияния клеток микроорганизмов на интенсивность коррозионных процессов в анаэробных условиях в присутствии бактерий Desulfovibrio desulfuricans показало, что микроорганизмы оказывают ингибирующее влияние на скорость коррозии стали - 3, но в данном случае внесение большого количества клеток оказывало меньший ингибирующий эффект (рис. 6). Трудно объяснить обнаруженное явление, но тот факт, что это повторилось во всех вариантах с тремя изучаемыми культурами микроорганизмов, заставляет предполагать, что, возможно, это связано с тем, что в анаэробных условиях внесенные аэробные микроорганиз-мы лизируют и ингибирующий эффект на коррозионные процессы оказывают ПАВ, распо-ложенные на поверхности клетки. При лизисе клеток могут выделяться и коррозионно-активные вещества, которых больше в вариантах с внесением большей биомассы клеток. Анализ полученных данных позволяет сказать, что исследуемые микроорганизмы продуценты ПАВ, способны оказывать ингибирующее влияние на процессы аэробной и анаэробной коррозии стали - 3. При развитии коррозионных процессов, вызываемых культурой ацидофильных бактерий Thiobacillus ferrooxidans, наибольший ингибирующий эффект на процесс аэробной коррозии оказывают клетки бактерий Acetobacter aceti и лиофильно высушенные ПАВ Pseudomonas alcaligenes. При анаэробной коррозии, вызываемой сульфатредуцирующими бактериями Desulfovibrio desulfuricans, наибольший ингибирующий эффект оказывают клетки дрожжей Candida krusei, а при внесении лиофильно высушенного препарата ПАВ Candida krusei на поверхности стали - 3 образуется антикоррозионная плёнка. Это свидетельствует о возможности применения ПАВ исследуемых микроорганизмов для защиты металла от аэробной и анаэробной коррозии. ЛИТЕРАТУРА 1. Walch M. Microbiological influences on Marine Corrosion // Sea Technology, August 1991, P.31-34. 2. Jayaraman A., Hallock P.J., Carson R.M., Lee C.-C., Mansfeld F.B., Wood T.K. Inhibiting SRB in biofilms on stell with antimicrobial peptides generated in situ // Appl. Microbiol. And Biotechnol. 1999. V.52. №2. P.267-275. 3. Белоглазов С.М., Ермакова И.А., Косырихина И.В. Исследование микробиологической коррозии стальных образцов, покрытых Ni-Co - сплавом, в присутствии органических веществ. // Практ. противокорроз. защиты. -1999. №4. С.5257. 4. Pat.:5256182 USA, MKU5A01 №43/80/ Friedman Lester A., Mc Farlin Richard; Lester Technologies Corp. N607-045. 5. Littman E.S. Microbiologically influenced corrosion of oilfield producing well equipment // Corrosion `87, San Francisco, Calif., March 9-13, 1987. P.372. 6. Scotto V., Alabiso G., Beggieto M., Guezennee J. Possible chemical and microbiological factors influecing stainless steel microbially induced corrosion in natural seawater // 5th Eur. Congr. on Biotechnology, Coppenhagen, July 8-13, 1990. V.II. P.866-871. 7. Родина А.Г. Методы водной микробиолгии. М.; Л.: Наука, 1965. -360с. 8. Соломин Г.А., Фесенко Л.Г. Определение Fe2+, Fe3+Al3+ в кислотных водах // Сб.: Современные методы анализа природных вод -М.: АН СССР, 1962. С.57-60. 9. Ерошин В.К., Перцовская А.Ф., Скрябин Г.К. О росте грибов Mucorales на парафине // Микробиология. -1965. Т.34, Вып 5. С.883-887. 10. Iguchi T., Takeda I., Ohsawa H. Emulsifying factor of hydrocarbon produced by hydrocarbon - assimilating yeast // Agric. Biol. Chem. -1969. V.33. P.1657-1658. *** The effect surfactants of bacteria Acetobacter aceti, Pseudomonas alcaligenes and yeast Candida krusei on processes of anaerobic and aerobic corrosion caused by bacteria Desulfovibrio desulfuricans and Thiobacillus ferrooxidans is investigated. It is shown that surfactants of Pseudomonas alcaligenes and cells of Acetobacter aceti have a great inhibition effect on speed aerobic corrosion. Anaerobic corrosion process is inhibited with surfactants and the cells of Candida krusei.
