MARIAN PETREconferenticr universitar doctor

ALEXANDRU TEODORESCUprofesor uliversitar doctor inginer

BIOTEHNOTOGTAPROTECTIEIMEDIUTUI

Note de curs -Edilia aII-a, revizuitd, gi adiugiti

\Iolumul II

Editura CD PRESS

2009

CUPRINS

CAPITOLUL 15 - Biotehnologii ecologice de valorificarea degeurilor agroalimentare

15.1. Conceptul de biotehnologie ecologicl ........................................ .................915.2. Metode pentru cultivarea in vitro a microorganismelor

cu poten{ial biotehnologic ....... l015.3. Biotehnologii ecologice utilizate in industria agroalimentarl................... .....................1215.4. Biotehnologii de fermentare submersibili. a subproduseror cerealiere......................... 1315.5. Eiaborarea biotehnologiilor de laborator pentru oblinerea

de alimente funclionale prin cultivarea submersibill a ciupercilorcomestibile gi medicinale .........21

15.6. Biotehnologii de cultivare submersibili a fungilor filamentogi ..............2315.7. Formarea peletelor fungice din speciile Ganoderma lucidum,

Grifula frondosa gi Lentinus edodes .............30

CAPITOLUL 16 - Bioremedierea ecosistemelor forestiere deteriorate16.1. Bazele termodinamice ale deteriorltii ecosistemelor ............... ...............3515.2. Deteriorarea ecosistemelor forestiere..................... ..............37

L6"2.1. Deteriorarea prin poluare.......... ............37L6.2.2.Deteriorarea prin eroziune........ ............3g16.2.3. Deteriorarea prin supraexploatarea pidurilor...... ............................3916.2.4.Deteriorarea prin construirea de baraje Ei canale........ ....................40

16.3. Starea de sinitate a pidurilor... ...................^.4016.4. Conceptul de bioremediere.".......... ................4116.5. Diversitatea microbiani.................. ................4216.6. Micoremedierea ........................4316.7. Micori2e1e.................. .................4416.8. Micorize ale unor specii de conifere........ ............................5116.9. Biotehnologia culturilor monospecifice de fungi micoritici ................. ........................5216. 1 0. Interac{iuni rizosferice ale microorganismelor telurice

cu rldicinile plantelor....... ............................5516.11. Rolul fungilor micoritici in bioremediere................. ........57

CAPITOLUL 17 - Biotehnologii de epurare a apelor reziduale17.1. Poluarea gi autoreglarea ecosistemelor acvatice poluate ..........................6117.2. Definirea noliunii de ape re2idua1e.................. .................... Oa17.3. Clasificarea apelor reziduale....... ....................6417.4. Epurarea apelor reziduale....... ........................6417.5. Procedee pentru epurarea apelor reziduale industriaIe..................... .......6517.6. Iehnologii de tratare aerob[ a apelor rezidua\e ................69l7.7.Microbiota apelor reziduale (uzate) ..............7117.8. Tehnologii de tratare anaerobi a apelor reziduale...... .......7g

17.9. Analizacahtelii apelor reziduale industriale.......'...""""" """"""""'""""'8217 .10. Dezinfeclia apelor epurate...'.'.... ""'"""""'""' B7

CAPITOLUL lB -- Biotehnologii pentru producerea cornbustibililor alternativi

18.1. Delinirea notiunii de cornbustibil alternativ (C"A )' "' """'""""""""'8918"2. Tipuri de cornbustibiii alternaiivi. """'"""""""'"" ""'9il18.3. Procedee de obtirrere a etanolului din biomasi. ' """""""" 91

18.4. Procedee pentru oblinerea de biodiesel """"9618.5. Procedee .1e .blitere a bitlgazului.. """"""""9918.5. Proce,lee <1e oblinere a uleiului vegetal presat 1a rece """""""" """'""" 101

CAPITOLUL L9 - Depoluarea biologici a gazelor reziduiile

19. i. Rolul atmosferei in existenla vie(ii '............. "' -"'"'"""""""' 105

i9.2. Poluarea aerului atmosferic '... """"""""'"""' itl6

i 9.3" Principalii poluan{i atmosferici """"""""""' 109

19.4. Rolul microorganismeior in monitorizarea poiulrii atmosferei..". ......' i 14

19.5. Sisteme de filtrare biologici a gazelor reziduaie in'dustriale"" """"""""\24

CAFI'fOLUL 20 - Biotehnologii de degradare rnicrotrian[ a hidrocarburilor petroliere

20.1. Biodegradareversusbiodeteriorare.'.....'..'".'...'... """""""'1'3120.2. Compozilia chimici a !ifeiului....." """""""'13220.3" Biodegradarea microbiani a !i!eiului...... """""'"'"""""""" 134

20.4 Evoiulja procesului de biodegradare rnicrobian[ a lileiului"' """"""""" 139

20.5. Bio<legraclarea in sol a hidrocarburilor din petrol"""""" "'"""""""""" 1'11

20.5. Biodegradarea stimulat[ a !i]eiu1ui...... """" 143

CAPITOLUL 21 - Biotehnologii pentru recuperarea metalelor elin zficd.minte

21.1. Biomineritu1............... """ "" '"I49

21.2. Iv{icroorganisme utilizate in biominerit """' 149

21.3. Biosolubilizarea microbiani a meialelor """" "'^'""""'"""" 152

21.3"1. Biosolubilizarea direct5......."... """""^" i53

21.3.2. Biosolubilizarea indirect6....... """"""' i5'1

21.3.3. Biosolubilizarea gaivanici ""'""""'""""' 157

21.4. Procedee utilizate pentru biosolubilizarea metaielor ""'"'15721.4.1. Biosolubilizarea aerob[ a metaleior din z[cifirinte minerale.'........."..."....."...'".".158

21.4.2. Biosolubilizarea anaerobi a metalelor '.. """'"""" ""' 162

CAPITOLUL 22 - Biotehnologii cle ohlinere a microorganisrnelorrnodificate genetic

22.1. Organismele moclificate genetic (OMG)."........ """"""'""' 155

22.2. arlganisme modificate genetic pe caie natural["""""' """'"" 165

223.M{croorqanismele modificate genetic (MMG)"""""' """"16722.3.1. Riscui eliberirii necontrolate a MMG in mediul natural ""'"""""' 168

22.3.2. Aplica{iile biotehnologice ale MMG..........." """""'""16922.3.3. Consecinlele introducerii MMG in ecosistenlele terestre '"""""" i70

22.4. Ce este microbiotr22.5. Rolul determinad22.6. MMG - o sursi ir22.7.MMG - agentina22.8. Biotehnologia rea22.9. Uttlizarea biotehn

chemotaxonomicl22. 10. Biologia sintetici

CAPITOLUL 23 _Wrno(

23.1. Plantele modifica23.L.1. Arabidopsis t

de ingineriel23.1.2. Plantele tran23.1.3. Metode recs23.1.4. Tiansferul ar

biodiversitAr23.1.5. ,,Eroziunea g

23.1.6. Varia$ig@23.1.7. Actualele Pil23.1.8. PMG = srrrs.

. 23.1.9. Flurul intra-23.L.10. Riscul diser

23.2. Animalele modi&23.2.l.Impactul All23.2.2. Cum sepod23.2.3.Importan[a c

GIosar..........Rezumat......$rrmmal'y....Bibliografi e selectftii-

22"4. Ce este microbiotehrrologia? ........................ 171

22.5. Rolul determinant al ingineriei genetice in formarea MMG............ .....L7L22.6. }i4NIG * o sursi inepuizabilS' de produse alimentare.... ..........................172

22.7. MMG - agenli naturali pentru biosinteza de medicamente.........................................17422.8. Biotehnologia reacliei in lan! a polimera2ei..................... ....................... 175

22S.Ulilizarea triotehnologiei moleculare de tip PCR in identificarea qi caracterizareachernotaxonornicl a MMG............ ..............177

22.10. Biologia sintetic[.... ...............184

CAPI'fOLUL 23 - Eiotehnologii de oblinere a plantelor Ei animalelormodificate genetic

23.1. Plantele modificate genetic (PMG) .............189

23.1.L. Arabidopsis thaliana - model experimental pentru cerceteride inginerie genetici........ ....................190

23.1.2. Plantele transgenice - un regn aparte............ ...........190

23.1.3. Metode recombinante versus metode nerecombinante........................................19223.L.4.Transferul artificial de gene intre specii neinrudite pericllteazl,

biodiversitatea ..................... .................. 193

23.1.5. ,,Eroziunea geneticf' gi sciderea biodiversitilii...................". ........19423.l.6.Yaria\ii genetice naturale vs. varialii genetice artificiale...... .........195

23.1.V. Actualele PMG = yiitoarele buruieni........ ................196

23.1.8. PMG = surse de generare a unor noi agenli fitopatogeni viraii...........".............. 196

23.1.9. Fluxul intra- gi interspecific al transgenelor......."............. ..............197

23.1.10. R.iscul diseminlrii transgenelor intre specii diferite .................... i9823.2. AnimaJele modificate genetic (AMG) .......199

23.2.1,.Impactul AMG asupra rnediului natural.......... ........20023.2.2. CuLm se poate defini clonarea?................. ..................201

23.2.3.ImportanlacunoagteriiefectelorecologiceatreOMG ...................203

G1osar.......... ........"..205Rezumat...... .,.........221Summary .....,..,....,.229Bibliografie selectivi...... ............236

CAPITOLUL 15

BTOTEHNOTO GII ECOTO GICEDE VATORIFICARE A DE$EURIIOR

AGROATIMENTARE

15.1. Conceptul de biotehnologie ecologicl

- A$a cum s-a prezentatin cuprinsul primului volum, respectiv la capi-tolul 2, conceptul de biotehnologie ecoiogicr implicr, intr-o accepliunerestrins[, utilizarea exclusivl a organismelor vii ln scopul prevenirii feno-menelor de poluare a mediului natural, prin aplicarea blotelnologiilor carenu produc sau nu elibereazi subproduse sau degeuri cu efecte negative asupraecosistemelor terestre ori acvatice.

in sens mai larg, conceptul de biotehnologie ecologici se referl la apli-carea unor procedee de recuperare'gi reintroducere in circuitul natural gi incel economic a materialelor redundante, nevalorificate, sub forma unor pro-duse utile din punct de vedere economic.

Biotehnologiile ecologice reprezint[ acel grup distinct de biotehnologiimoderne, utilizate in scopul prevenirii sau combaterii efectelor fenomenelor Iepoluare a ecosistemelor, prin utilizarea unor specii de organisme vii, care au capaci-tatea metabolici de a converti factorii poluanfl in produse biogeng cu proprieti(ibenefice pentru starea de sin[tate a populaSilor urnane, precum gi pentru menli-nerea calitl1ii mediului natural. Biotehnologiile ecologice sunt destinate intensificlriimetabolismului specific microorganismelor utilizate pentru conversia anumitorsubstraturi, prin cregterea qi multiplicarea celulelor microbiene in bioreactoare,complet automatizate gi computerizatg care ofer{ numeroase avantaje economice,tehnice gi de plstrare a stlrii de sindtate a mediului.

Biotehnologiile ecologice sunt destinate intensificirii metabolismuluispecific microorganismelor utilizate pentru conversia anumitor substraturi,prin creEterea gi multiplicarea celulelor microbiene in bioreactoare, complet

BIOTEHNOLOGIA PROTECTIEI MEDIULUI

automatizate gi computetizale, care oferl numeroase avantaje tehnico-eco-

nomice gi de plstrare a stirii de sdnltate a rnediului.in acest context, se pot enuffrera numai c6teva dintre avantajele

respective:. scurtarea semnificativ[ a ciclului biologic de dezvoltare celular[, ln

medie, de la 6-10 slptlmini (in sisternul ,,clasic", in func{ie de specie),

pini la cel mult o s[Pt[min[;. asigurarea parametrilor optimi de acliune a factorilor abiotici, indis-

pensabili pentru realizarea cantitllilor maxime de biomasl ceiulari'

in cel mai scurt timP;. reducerea considerabili a cheltuielilor de energie gi rnanoper[, precurn

qi a volumului de materii prime manipulate;. eliminarea oric[ror surse de poluare, prin utilizarea unor medii de

cregtere gi dezvoltare a culturilor celulare, care sunt preparate frri a

recurge la anumite amendamente sau la aditivi de sintezl chirnic[, aEa

cum se procedeazl in culturile de tip ,,clasic", precum qi prin absenla

totall a reziduurilor de orice natur6;. biomasa celulari (vegetall, animall sau microbian[), obfinut[ prin aplicarea

acestor biotehnologii de cultivare ecologic[ este 100% natura]i 9i poate fiutilizatl integral pentru fabricarea de produse alimentare sau farmaceutice,

care vor contribui la cregterea stdrii de sdn[tate a constrnatorilor umani.

15.2. Metode pentru cultivarea in vitro a microorganismelorcu potential biotehnologic

Condiliiie optime pentru desftqurarea proceselor enzimatice de acumu-

lare de biomasl microbiani sunt asigurate prin utilizarea in acest scop a unor

instalalii biotehnologice de tipul bioreactoarelor sau fermentatoarelor.

in principal, exist[ trei modalit[li importante de cultivare a microor-

ganismelor producltoare de compuqi organici utili din punct de vedere

econornic, prin folosirea bioreactoarelor sau fermentatoarelor:

a) cultivarea Ciscontinui sau de tip batch;

b) cultivarea semi-continud;c) cultivarea continu[ sau de tip chemostat.

in vasul de cultivare al unui bireactor pot fi efectuate culturi statice sau

agitate, cu aport de oxigen sau in absenfa acestuia, in mediu lichid sau semi-

CaXtitold -

solid, iar microorg:diferite tipuri de sul

in cazul inigrsunt inoculate intrderulirii acestuia nform[ de biomasi s

resurselor nutritive-in consecinlS,

menului de creqtensciderii treptate a sr

urmare a acumulimicrobian.

Pentru atenuade proces de cultivade sporire a cantitil

- metodafedlnutritive, mbiomasd"pria celulelor r

- metoda perlnutritiv pro:de biomasinutritive.

in contrastculoferi mult mai muha microorganismdobioreactor, precum gi

de celule microbietinvariabil, in asffel dtorul asigurind, praacestormicroorganisridicati.

Funcfia esenpcosturile de produqorganic. Un exempfunologiilor moderne 1gi multiplicarea hife

10

capitolul w - Biotehnologii ecologice de talorificare a deseurilor agroalimentare

solid, iar rnicroorganismele utilizate pot fi in stare liberi sau imobilizate peditbrite tipuri de substraturi.

in cazul initierii unui proces de cultivare tip batch, microorganismelesunt inocu.late intr-un volum fix de mediu de cultur[, iar pe parcursulderuiarii acestuia uutrimentele sunt consumate, iar produsele rezultate subtrorrn[ de hiomasd sau metaboliti se acumuleazd, pAn[ la momentul epuizariiresurselor nutritive.

in consecintd, acest tip de proces prezinta dezavantajele limitlrii feno-menr"ltrui de cregtere gi dezvoltare a microorganismelor cultivate, din cauzasclderii treptate a substanleior nutritive din mediul de cultivare, precum gi callrrnare a acunrul[rii unor produgi toxici, rezultali din metabolismulrnicrobian.

Fentru atenuarea unor asemenea dezavantaje gi prelungirea unui astfelde proces ele cultivare in sistem batch, se utilizeazi doui metode alternativecie spc;rire a cantita[ii de nutrirnente:

- metacafed batch, care constd in adiugarea treptata a unor componentenutritive, sub formi concentratS, in scopul sporirii volumului debiornasa, prin stimularea proceselor de cregtere gi dezvoltare accelerat[a celutrelor rnicrobiene, bacteriene sau fungice;

- lnetoda perfuziei - adiugarea unei cantitili suplimentare de mediunutritiv proaspdt 5i colectarea concomitenta a unui volum echivalentde briomasa gi mediu de cultivare deja epuizat de componentele salenutritive.

In contrast cu procesele de cultivaretrp batch,culturile in sistem continuuot-era mult mai multe avantaje, in special in prir.in{a creqterii relativ echilibratea nlicroorganismelor. in funcfie cle cantitatea de nutrimente existente inbioreacterr, precurrr gi de fluctualiile acestora, de volumul de metabolili, num[rulde ceiule microtriene gi cantitatea de biomasl produs[. in mod aproapeinvariabil, in astfei de procese este implicat un numar mare de celule, bioreac-tilrul asigurincl, practic, toate condi$ile optime, necesare pentru dezvoltareaacestorrnicroorganisme care sintetizeazacompugi organici cuvaloare economicdridicata"

Funciia esen{ial[ a unui asemenea bioreactor este aceea de a minimizac.osturile de producfie necesare pentru oblinerea unui anume tip de produsorganic. Un exernp-'{u concludent in acest context il constituie utilizarea bioteh-nologiilor mocierne pentru intensificarea metabolismului fungic, prin cregterea

ii mdtiplicarea hifelor miceliene in bioreactoare, complet automatizate gi

11

BIOTEHNOLOGIA PROTECTIEI MEDIULUI Capitolul ),

computerizate. Acest tip de biotehnologii ecologice oferl numeroase avantaje

tehnico-economice, precum gi de plstrare a sterii de sinltate a mediului.

Agadar, cantitatea de biomasl micelianl, produsi prin utilizarea acestor

biotehnologii neconvenqionale, reprezinti o importantl direclie de dezvoltare

atat a industriei agroalimentare, cit qi a celei cu profil biofarmaceutic.

I 5.3 Biotehnologii ecologice, utilizate in industria agroalimentare

Aplicarea acestor biotehnologii ecologice, cu precldere in domeniul

activitlfllor agroindustriale, are un dublu efect benefic, prin:1) solufonarea problemelor legate de impactul antropic asupra mediului,

generat prin acumularea anumitor materiale reziduale, care provin

din procesele tehnologice de prelu crare aproduselor agroalimentare,

prin procedee Ei tehnici de bioremediere, utilizind in acest scop

mijloace biologice pentru transformarea lor integrali, fbr[ efecte

poluante gi eficiente din punct de vedere economic;

Z) obgnerea unor produse alimentare sau farmaceutice, ale clror efecte

nutritive qi terapeutice vor determina cregterea stirii de sln[tate a

publicului consumator.Unile dintre cele mai importante organisme biologice utilizate in bioteh-

nologie, sunt cele care constituie Re gml, Fungi.Dintre aceste a,fungii macroscopici

,uoiorto*icetele,cunoscute gi sub denumirea popularl de ,,ciuperci cu pallridireprezintl. grupul taxonomic cel mai important sub aspechrl numeroaselor

uplrculii biotehnologice qi produse oblinute prin utilizarea lor.

Unele specii de ciuperci comestibile au proprietlli terapeutice dovedite

prin nenumirate studii qi cercetlri de specialitate, fiind utilizate ca factori

adaptogeni gi stimulatori pentru sistemul imun al organismului uman. Astfel,

a."merr"u substanle adaptogene, sintetizate de aceste specii de ciuperci,

stimuleazl, in mod indirect, sistemul imun, prin inducerea rezisten[ei

organismului uman la acliunea factorilor de stres nespecific, reprezenta[i de:

noile produse chimice de sintezi, introduse in mod deliberat in naturi, efortul

fizic Ai psihic prelungit, stlrile emolionale, zgomotul de inaltl intensitate etc.

Efectele benefice se pot materializa prin valorificarea totall a degeurilor

vegetale sub formi de suplimente alimentare, bogate in compuEi biologic

u.iirri, cu proprietili nutritive remarcabile, precum qi prin solulionarea

integral[ a problemelor legate de impactul acestor materiale reziduale asupra

mediului.

15.4. Biotehnologia subprodus

Un progres cc

producerii de alimrfilamentogi in calitfermentare a unor sudin fluxurile tehnolcinternalional, cerceti

care au efecte bene6

obline din biomasa c

- sunt destul de avi

S.U.A. gi Rusia, au talimente func1ionalmacromicete comesl

tratarea unor multiplFermentarea I

conversie enzimaticpreponderent din hunor culturi microbpermanentl a paran

Caracteristicac6, atit in cazul ftmedicinale, cit gi a

procesele fermentatia) culturi fun1

cultivare, iisuprafafa a<

b)culturi fun1

formeazi ahifelormicein interiorulde substratexteriorul c

mediului de

Centrul pelettoxigen dizolvat gi <

12

Capitolul W - tsiotehna!.ogii ecologice de valorificare a deSeutilor agroalimentare

15.4. Biotehnologii de fermentare submersibil[a subproduselor cerealiere

Un progres considerabil a fost inregistrat in ultimii ani in domeniulproducerii de alimente func[ionale, prin :ut:Jizarea unor specii de fungifilamentogi in calitate de biocatalizatori ai proceselor biotehnologice de

fermentare a unor substrafuri, reprezentate de subproduse sau degeuri rezultate

din fluxurile tehnologice aplicate in industria alimentarl. in prezent, pe plan

internalional, cercetlrile referitoare la producerea de alimente funclionale -care au efecte benefice asuPra sdnltllii consumatorilor umani gi care se pot

ob$ne din biomasa diferitelor specii de macromicete comestibile gi medicinale

- sunt destul de avansate. Studiile aprofundate, efectuate in China, |aponia,S.U.A. gi Rusia, au demonstrat efectele extrem de benefice ale producerii de

alimente func$onale din biomasa fungicI, ob$nuti prin cultivarea unormacromicete comestibile, in vederea utilizirii acestora pentru prevenirea gi

tratarea unor multiple afecliuni umane (Breene, 1990; Hobbs, 1995).

Fermentarea submersibill controlat[ este un proces biochimic de

conversie enzimaticl a unor substraturi nutritive in fazd lichidl, compuse

preponderent din hidrali de carbon, care consti in cregterea gi dezvoltarea

unor culturi microbiene (bacteriene sau fungice) in condilii de monitorizarepermanentl a parametrilor fizico-chimici de cultivare.

Caracteristica cea mai importanti a culturilor fungice submersibile este

c[, atAt in cazul fungilor filamentogi, cum sunt ciupercile comestibile 9imedicinale, cit gi al celor nefilamentogi din grupul drojdiilor (levurilor),procesele fermentative sunt de doul tipuri:

a) culturi fungice stafionare, in cursul clrora nu se agiti mediile de

cultivare, iar hifele miceliene dezvolt[ o biomasl luxuriantl lasuprafa[a acestora, precum qi

b) culturi fungice prin agitare rotativi sau orbitall, in timpul clrora se

formeazd aga-numitele pelete fungice, prin cregterea gi dezvoltarea

hifelor miceliene, sub forma unor structuri relativ sferice, compacttzate,in interiorul cirora exist[ un gradient de oxigen gi unul al concentralieide substrat de cultivare, ce descresc concomitent, pornind de laexteriorul cltre interiorul peletelor formate prin agitarea continul a

mediului de cultivare, aga cum se observi in figurile 15.1a 9i 15.1b.

Centrul peletelor se caracterizeazb prin concentralii foarte sclzute de

oxigen dizolvat qi de substrat de cultivare, acest fapt fiind determinat de

13

BIOTEHNOLOGIA PROTECTIEI MEDIULUI

consumul acestora cle c[tre celulele fungice, situate cdtre exteriorul peleteiorgi care se suprapun peste cele formate inilial.

Influenta parametrilor fizici, chirnici gi biologici asupra proceselorbiotehnologice de producere a rniceliului de ciuperci cowrestibiEe

Efectul sursei de carbon

in scopul selectlrii sursei optirne de carbon, care este indispensabrlhcregterii miceliului gi, ulterior, fbrniirii cle pelete fungice, fragmente alehifelor aparlindnd stqei Pleurotus ostreattLs "- i? c. t.rJ ar"l fbrst cuhiirate, tirnp de7 -12 zlle, in diferite medii nutritive, contininci surse variafe ile carbon, fiecaredintre aceste surse fiind ad[ugatd in compozi{ia de bazii a lnediuiui standardde cultivare, la o concentra(ie de l,Sa/o (iv/v).

in cazul variantei in care celulele fungice ar-l fost crescute in mediulnutritiv unde s-a adSugat sucrozi, atAt produclia de bromasi rnicelianS, cit gi

numdrul total de pelete per vas de cultivare au atins cele rnai mari r,'aloridintre toate variantele surselor de carbon testate ln experimentele efectuate(Tabelul 15.1).

Tabelul 15.1

De asemenea, trebuie precizatfaptul cd sursa de carbon, reprezentat[prin maltozd,, a avut un efect stimulator semnificativ asupra procesului decregtere a miceliului, precum gi al form[rii de pelete fungice. Procesele fer-mentative au fost efectuate la temperatura de 25'C gi valoarea ini{ial[ aindicelui pH de 5.5, tirnp de 12 zile. Datele inregistrate reprezinti mediadevialiei standard pentru trei determiniri succesive.

L)apirtt it,.-

Fig. 15.1.a - Hife m,

15,f .b - Peler;

X5.1 -- Schetti,:.

statioti,,'

Fig.

Fig.

Efectul sursei de carbon asupra cregterii miceliuluii formlrii de pelete,la specia Pleuratws astreatus

Num[r de peletefungice/vas de cultivare

6,46+0,10

5,21r0,15

14

Sursa decarbon

(1,5o/o, wlv)

Substan(a uscat[a biomasei fungice

(s/l)pftr final

Glucozi 41+0,05

Maltozi 35+0,12 5"8

Sucrozi 7,28x435 55+0,03 tr1J. t

Xilozi 4,95x0,28 28!4,47 5.3

Capitolul Xl- - Bioteh*alagii etologice de valarificare a deSeurilor agroalimentare

Fig. 15.1.a - Hife rniceliene, tn cultwri stationare

Fig. 15.1.b - Pelete fungice, tn culturi cu agitare

Sig. X5.1 - Schema comparativd a morfologiei hifelor nqiceliene in culturista{ionare (a) Si a peletelor fungice tn culturi cu agitare (b)

15

BIOTEHNOLOGIA PROTECTIEI MEDIULUI

Efectul sursei deazot

Pentru studierea influenlei surselor de azot asupra cregterii miceliului gi

formirii de pelete fungice la specia Pleurotus ostreatus au fost prelevatefragmente de hife din culturile pure, conservate in coleclia de microorganismegi au fost inoculate in medii de cultivare care au conlinut diferite surse deazot, fiecare dintre acestea fiind adlugati in compozifia debazd, a mediuluinutritiv, la o concentrafie de 10 g/i.

Printre cele cinci surse de azot utilizate in experimente, tlrAlele deorez s-au dovedit a fi cele mai eficiente in stimularea proceselor fermen-tative, ln cursul c[rora s-a observat o cregtere exponen]iall a miceliului gi,

in strAns[ corelalie cu aceasta, s-a determinat un num6r semnificativ depelete fungice care s-au format pe parcursul derullrii experirnentelor(Tabelul rs.z).

!!l!elul1.r,!12qEfectul sursei de azat asupra cregterii miceliului

gi form[rii de pelete, [a specia Pleurotus ostreatus

in acelaqi timp, extractul de mal1 a reprezentat, aldturi de tlrAlele deorez, una dintre cele mai eficiente surse de azotinprivinla efectului stimulativexercitat asupra biosintezei de biomasl miceliani, precum gi in sensulform[rii unui numlr mare de pelete fungice.

A fost confirmat, de asemenea, faptul c[ peptona, triptona gi extractulde drojdie reprezintl surse eficiente de azot, care au un efect stimulativ asupracregterii miceliului Ei formlrii de pelete fungice (Bae qi colab.,2000).

Procesele de fermentafie submersibil[ au fost efectuate la temperaturade 25"C gi valoarea ini!ia16 a indicelui pH de 5.5, timp de 12 zile, iar dateleinregistrate, cuprinse in tabelul 15.2, reprezinti media devialiei standardpentru trei determinlri succesive.

{e ;:ito!:..

Efectul surselor mi

lnfluenfaunorgi formlrii de pelete

acestora, gi anume 5Dintresurseler

influenflasupraprffde miceliu gi a formi

Td@[t5.3.Efectul s

gi forr

Rezultate simcursul unor experiucu ajutorul specieiPmiceliene prin acfiuprin faptul ci fosfag(Chang gi Hayes, 19

Procesele fenvaloarea iniliali a iprezentate in tabdrdeterminiri succesir

Efectele indicelui p

Pentru a detttemperatura ini$alimiceliului prin biosifungice, sugaP o. 14

CDB (cartof-dextrrointervalul 4.5-6.0, r

Sursa deminerale

Sursa de azot(1,0%, w/v)

Substan(a uscatia biomasei fungice

(e/l)

Numlr de peletefungice/vas de

cultivarepH final

Tdrdte de orez 6,47!0,L4 5710,05 5.5

Mal{ extract 6,41LA,23 55t0,03 5.3

Peptoni 4,45+0,15 4lL0,L2 4.6

Triptoni 5,23+0,09 28x0,07 5.1

Extract de drojdie 5,83+0,35 30r0,01 4.3

16

Capitolul XV - Biotehnologii ecologice de valorificare a deSeurilor agroalimentare

Efectul surselor minerale

Influenla unorvariate surse de substanfe minerale asupra cre$teriimiceliuluigi formlrii de pelete fungice a fost studiati utilizind o concentra{ie standard aacestora, gi anume 5 mg"

Dintre sursele minerale testate, K2HPOa a demonstrat cea mai semnificativlinfluent[ asupra proceselor fermentative efectuate, in privinla stimuldrii producfleide miceliu qi a forrnd.rii unui numir mare de pelete ftingice (Tabelul 15.3).

Tabeluli,ls:3;Efectul sursei de minerale asupra cregterii miceliului

forrndrii de$a ru la specia Pleurotws astreatusSursa deminerale

(s mg)

Substanfa uscatia biomasei fungice (gil)

NumIr de peletefungice/vas de

cultivare

pH final

KH"PO, 5,7L+0,09 45t4,07 5.5

KH2PO4 6,98+0,13 57+0,05 5.1

MgSOa.5H2O 6,18+0,20 55+0,09 5.6

Rezultate similare au fost inregistrate de Xiao gi colab., in 2004, incursul unor experimente referitoare la aceleagi procese fermentative, realizatecu ajutorul speciei P ostreatus. KTHPOa poate spori productivitatea biosintezeimiceliene prin ac{iunea sa de tamponare a nivelului indicelui pH, precum giprin faptul c[ fosfalii au un efect favorabil asupra cre$terii miceliului in culturi(Chang gi Hayes, 1978; Kuo gi colab., 1996).

Procesele fermentative au fost efectuate la temperatura de 25"C givaloarea ini{ial[ a indicelui pH de 5.5, timp de 6 zle. Datele inregistrate,prezentate in tabelul 15.3, constituie media abaterii standard pentru treideterminiri succesive.

Efectele indicelui pH inifial gi ale temperaturii inifiale

Pentru a determina modul in care indicele pH inifial, precum qiternperatura iniliali a mediului de cultivare pot influenfa atit cregtereamiceliului prin biosintezl fungici, cAt gi formarea unui numir mare de peletefungice, suqa P o. 14 a speciei P. ostreatus a fost cultivati intr-un mediu de tipCDB (cartof-dextrozi-bulion), la diferite valori ale indicelui pH inilial, inintervalul 4.5-6.0, utilizind incubatoare cu agitare de tip orbital. Nivelul

17

BIOTEHNOLOGIA PROTECTIEI MEDIULUI

optim al indicelui pH, pentru stimularea cregterii miceliului qi formarea unuinumhr cit mai mare de pelete ftrngice, a fost de 5.5 (Tabelul 15.4).

in scopul stabilirii temperaturii optime pentru aceste procese fermen-

tative, culturile sugei Po. L4 au fost incubate la diferite ternperaturi in inter-

vahil 2O-25'C, iar, in final, valoarea de 23"C a fost considerati cea rnai

potrivit[ pentru oblinerea celor mai mari cantit[li de biomas[ micelian[ 9i a

unui num[r sporit de pelete fungice.Aceast[ temperaturd a fost corelat[ in cursul experimentelor cu nivelul 5.5

al indicelui pH (Tabelul 15.4). Procesele fermentative au fost efectuate la

temperatur a de 25" C qi valoarea inilial[ a indicelui pH de 5.5, tirnp de 6 zile, iar

datele din tabelul 75.4reprezint[ media devialiei standard pentru trei determindri

succesive.

Thbelul l*4:Efectele indicelui pH inifial Ei ale temperaturii inifiale asupra creqterii

Pleuratus

Efectele virstei gi volumului probei de inoculum

Printre multe alte proprietlli fiziologice ale speciilor de ciuperci, virsta probei

de inoculum, precum gi volumul acesteia au un rol determinant in dezvoltarea

micelianl gi in formarea peletelor fungice (Glazebrook gi colab., 1992).

Pentru a studia efectul acestor doi parametri extrem de importan[i ai

unei culturi fungice, P ostreatus - P o.14 a fost crescutl pe medii solide de

tip CDA (cartof-dextrozh-agar) intr-o perioadl cuprinsl intre 3 9i 12 zile, incursul acestui interval de timp utilizindu-se volume diferite ale probelor de

inoculum, respectiv i*re2 $ 10% (v/v).Aga cum se poate observa in tabelele 15.5 9i 15.6, vArsta probei de

inoculum, precum gi volumul au efecte asemlnitoare asupra creqterii qi

dezvoltlrii biomasei miceliene, precum gi asupra formirii de pelete fungice.

Capiuhtl)

Toate procesele fernratura de 25"C gi lamedii ale devialiei s

Trbel ::,l5.5

Efectul virstr

Tibolut,:ls:6.Efectul vok

gi form

Modificirile morfrin cursul procesulu

Caracteristicilcomparativ, ufilizinroptic digital Oly-p'corelati cu aspectul

gi fornVtrsta probei de

inoculum (h)

miceliului gi forrnlrii de pelete,la cpstreatus

pHinitial

Temperaturainitiail (t0)

Substanla uscati abiomasei fungice (g/l)

Numir de peletefungicelvas de cultivare

4.5 18 1,90+0,10 t2!0,02

5.0 21 2,55t0,05 20+0,14

5.5 23 3,4910,15 35x4,23

6.0 26 3,37+0,12 30+0,03

6.5 29 2,05+0,23 25+0,15

Volumul probeidcinoculum (%)

1d