تجزیه زیستی بنزن و تولوئن توسط باکتری استرپتومایسس جدا شده از خاک پالایشگاه تبریز در آذربایجان شرقی و بررسی مدل سینتیکی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر

3 دپارتمان بیوتکنولوژی مرکز تحقیقات و اموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان شرقی، سازمان تحقیقات و آموزش کشاورزی، تبریز

چکیده

هیدروکربن­ های آروماتیک گروه مهمی از آلودگی ­های محیط زیست را تشکیل می ­دهند که از منابع مختلف مانند صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی، داروسازی، رنگ و پلاستیک تولید می­ شوند. این آلاینده‌های محیط زیستی می­توانند توسط روش‌های مختلفی مثل تبخیر، تجزیه شیمیایی، تجزیه زیستی و جذب سطحی حذف شوند. روش­ های بیولوژیکی به ­دلیل سادگی، اقتصادی بودن و استفاده از میکروارگانیسم‌های سازگار با محیط زیست برای این کار ترجیح داده می­ شوند. در این کار، تجزیه زیستی بنزن و تولوئن توسط باکتری استرپتومایسس (Streptomyces) جدا شده از خاک آلوده به مواد نفتی پالایشگاه تبریز مطالعه شد. بنزن و تولوئن در مقادیر 50 و 100 میلی‌گرم بر لیتر و به­ طور جداگانه در محیط کشت مایع تهیه و مقدار ثابتی از باکتری به محلول اضافه شد. محلول به ­مدت 10 روز در دمای 28 درجه سانتی­گراد و pH برابر 6/7 در انکوباتور شیکردار تیمار گردید و میزان تخریب آلاینده‌ها با اسپکتروفتومتر دوپرتویی (Dual beam spectrophotometer) ارزیابی شد. متابولیت حاصل از بیش­ترین تخریب، مورد شناسایی با دستگاه کروماتوگرافی گازی- طیف­سنج جرمی قرار گرفت. مشاهده گردید که باکتری استرپتومایسس می‌تواند بیش از 70% بنزن و تولوئن را در غلظت اولیه mg/L50 تجزیه کند. همچنین مدل­سازی سینتیکی فرایند تجزیه زیستی بنزن و تولوئن توسط باکتری استرپتومایسس نشان داد که مدل سینتیکی بازداری میکائلیس- منتن (Kinetic model of Michaelis-Menten inhibition) بهترین پوشش را بر روی داده­ های آزمایشگاهی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Biodegradation of Benzene and Toluene by Streptomyces Species Isolated From the Soil of Tabriz Refinery, Eastern-Azerbaijan and Investigation of the Kinetic Model

نویسندگان [English]

  • Ali Farzi 1
  • Najibeh Shirzad 2
  • Alireza Dehnad 3
1 Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Engineering, Faculty of Engineering, Islamic Azad University Ahar Branch, Ahra, Iran
3 Biotechnology Department, East Azerbaijan Research and Education Center Agricultural and Natural Resources, AREEO, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Aromatic hydrocarbons are an important group of environmental pollutants which are produced from different sources such as refineries and petrochemical, pharmaceutical, paint, and plastics industries. These environmental pollutants can be removed by different methods such as evaporation, chemical degradation, biological degradation, and adsorption. Biological methods are preferred selective methods because of simplicity, utilization of environmental-friendly microorganisms, and production of safe materials such as water and carbon dioxide (Singh et al. 2007). Bioremediation is a process for the conversion of toxic materials into non-toxic and safe ones based on metabolic activity of microorganisms capable of using organic and petroleum pollutants as carbon and energy sources. It is a useful technology with no environmental disruption (Sungpetch, 1998). Streptomyces species, which belong to the category of Actinomycetes, are gram-positive and non-moving strains. Most of them produce spores and produce most of clinically useful antibiotics of natural origin. These species have different genus and some of them can degrade aromatic compounds such as benzene, toluene, and even complex petroleum compounds (Claessen et al. 2006).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biodegradation
  • Aromatic pollutant
  • Streptomyces
  • Michaelis-Menten Inhibition Model
  • Michaelis-Menten Activation Model
Balachandran C, Duraipandiyan V, Balakrishna K, Ignacimuthu S, “Petroleum and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) degradation and naphthalene metabolism in Streptomyces sp. (ERI-CPDA-1) isolated from oil contaminated soil”, Bioresource Technology, 2012,112,83-90.
Baoune H, Ould El Hadj-Khelil A, Pucci G, Sineli P, Loucif L, Polti MA, “Petroleum degradation by endophytic Streptomyces spp. isolated from plants grown in contaminated soil of southern Algeria”, Ecotoxicology and Environmental Safety, 2018,147,602-609.
Claessen D, de Jong W, Dijkhuizen L, Wösten HAB, “Regulation of Streptomyces development: reach for the sky!”, Trends in Microbiology, 2006, 14 (7), 313-319.
Dou J, Ding A, Liu X, Du Y, Deng D, Wang J, “Anaerobic benzene biodegradation by a pure bacterial culture of Bacillus cereus under nitrate reducing conditions”, Journal of Environmental Sciences, 2010, 22 (5), 709-715.
Farzi A, Dehnad A, Fotouhi AF, “Biodegradation of polyethylene terephthalate waste using Streptomyces species and kinetic modeling of the process”, Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2019, 17, 25-31.
Feijoo-Siota L, Rosa-Dos-Santos F, de Miguel T, Villa TG, “Biodegradation of Naphthalene by Pseudomonas stutzeri in Marine Environments: Testing Cells Entrapment in Calcium Alginate for Use in Water Detoxification”, Bioremediation Journal, 2008, 12 (4), 185-192.
Feyzi M, Shahbazi E, “Catalytic performance and characterization of Cs-Ca/SiO2-TiO2 nanocatalysts for biodiesel production”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2015, 404-405, 131-138.
Hazrati H, Shayegan J, Seyedi SM, “Biodegradation kinetics and interactions of styrene and ethylbenzene as single and dual substrates for a mixed bacterial culture”, Journal of Environmental Health Science and Engineering, 2015, 13 (1), 72.
Johnsen AR, Karlson U, “Evaluation of bacterial strategies to promote the bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons”, Applied Microbiology and Biotechnology, 2004, 63 (4), 452-459.
Jussara PD, Francisca PdF, “Biodegradation of crude oil in sandy sediment”, International Biodeterioration & Biodegradation, 1999, 44 (2-3), 87-92.
Lee Y, Lee Y, Jeon CO, “Biodegradation of naphthalene, BTEX, and aliphatic hydrocarbons by Paraburkholderia aromaticivorans BN5 isolated from petroleum-contaminated soil”, Scientific Reports, 2019, 9 (1), 860.
Leonardi V, Šašek V, Petruccioli M, D’Annibale A, Erbanová P, Cajthaml T, “Bioavailability modification and fungal biodegradation of PAHs in aged industrial soils”, International Biodeterioration & Biodegradation, 2007, 60 (3), 165-170.
Li YY, Zheng Xl Fau- Li B, Li B, “Influence of biosurfactant on the diesel oil remediation in soil-water system”, Journal of Environmental Sciences, 2006, 18 (3), 587-590.
Mesgari Shadi A, Yaghmaei S, Vafaei F, Khataee AR, Hejazi MS, “Degradation of benzene, toluene, and xylene (BTX) from aqueous solution by isolated bacteria from contaminated sites”, Research on Chemical Intermediates, 2015, 41 (1), 265-275.
Nauman EB, “Chemcial reactor design, optimization, and scaleup”, New York, USA, McGraw-Hill, 2002.
NCBI. 2020. Streptomyces ambofaciens strain Azar411 16S ribosomal RNA gene, partial sequence 20122020]. Available from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/385844747.
Otenio MH, da Silva MTL, Marques MLO, Roseiro JC, Bidoia ED, “Benzene, toluene and xylene biodegradation bypseudomonas putida ccmi 852”, Brazilian Journal of Microbiology, 2005, 36, 258-261.
Rosell-Melé A, Moraleda-Cibrián N, Cartró-Sabaté M, Colomer-Ventura F, Mayor P, Orta-Martínez M, “Oil pollution in soils and sediments from the Northern Peruvian Amazon”, Science of The Total Environment, 2018, 610-611, 1010-1019.
Singh A, Van Hamme JD, Ward OP, “Surfactants in microbiology and biotechnology: Part 2. Application aspects”, Biotechnology Advances, 2007, 25 (1), 99-121.
Southam G, Whitney M, Knickerbocker C, “Structural characterization of the hydrocarbon degrading bacteria-oil interface: implications for bioremediation”, International Biodeterioration & Biodegradation, 2001, 47)4),197-201.
Straube WL, Nestler CC, Hansen LD, Ringleberg D, Pritchard PH, Jones‐ Meehan J, “Remediation of Polyaromatic Hydrocarbons (PAHs) through Landfarming with Biostimulation and Bioaugmentation”, Acta Biotechnologica, 2003, 23 (2‐3), 179-196.
Sungpetch A, “Bioremediation of crude oil and standard hydrocarbons in soil”, PhD Thesis, Faculty of Graduate Studies, Mahidol University, 1998.
Swinehart DF, “The Beer- Lambert Law”, Journal of Chemical Education, 1962, 39 (7), 333-335.
Warden H, Richardson H, Richardson L, Siemiatycki J, Ho V, “Associations between occupational exposure to benzene, toluene and xylene and risk of lung cancer in Montréal”, Occupational and Environmental Medicine, 2018, 75 (10), 696.
Weinstein MP, “Methods for Dilution Antimicrobial Susceptibility Tests for Bacteria That Grow Aerobically; Approved Standard”, USA, CLSI, 2018, 11 ed.