LABORATORIO_8
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Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Laboratorio de Introducción a la Microbiología Practico N° 8 “TRATAMIENTO DE RILES CONTAMINADOS CON METALES PESADOS: BIO-REDUCCIÓN DE SELENIO” Introducción El interés por un proceso de remoción de metales pesados es creciente en el mundo de la ingeniería, esto debido a que muchas veces la adición de coagulantes y floculantes, más allá de generar una solución para sólidos disueltos o sólidos suspendidos, crean un problema mayor al dejar trazas de contaminación en los residuos industriales líquidos. Por dicha razón es que se buscan procesos “limpios” en los que la remoción del reactivo a utilizar para remover el elemento contaminante sea lo más simple, barata y del menor impacto posible. La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras) para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar suelos o aguas contaminadas. El selenio es un metaloide que tiene 4 estados de oxidación: -2, 0, +4 y +6. En soluciones acuosas puede ser encontrado como selenito (SeO3 -2 ) y selenato (SeO4 -2 ) en estado de sólido disuelto. Este elemento presenta un problema ambiental severo debido a su toxicidad, y es uno de los componentes de mucho de los residuos industriales líquidos de diferentes plantas, incluyendo operaciones y procesos de cobre y uranio, industria petro- química y producción de alimentos. En Chile, la concentración de selenio como especie química está regulada por ley en el DS Nº 90 “Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales” y el límite es de 0,03[mg/L]. Cinética A través de la oxidación de un sustrato y la reducción de otro se obtiene energía y poder reductor para mantener las actividades celulares, estas reacciones son usualmente aceleradas por la acción de las enzimas producidas dentro de las célula. La velocidad dada a la cual un determinado contaminante es removido depende de dos concentraciones, la primera corresponde a la concentración del catalizador, en este caso de la biomasa activa. La segunda corresponde a la concentración de los sustratos primarios que sirven de donador de electrones.
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Laboratorio de bioremediacion
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Universidad Técnica Federico Santa María.
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Laboratorio de Introducción a la Microbiología
Practico N° 8
“TRATAMIENTO DE RILES CONTAMINADOS CON METALES PESADOS:
BIO-REDUCCIÓN DE SELENIO”
Introducción
El interés por un proceso de remoción de metales pesados es creciente en el mundo de la
ingeniería, esto debido a que muchas veces la adición de coagulantes y floculantes, más allá
de generar una solución para sólidos disueltos o sólidos suspendidos, crean un problema
mayor al dejar trazas de contaminación en los residuos industriales líquidos. Por dicha
razón es que se buscan procesos “limpios” en los que la remoción del reactivo a utilizar
para remover el elemento contaminante sea lo más simple, barata y del menor impacto
posible. La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los
microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras) para
transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada
contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar suelos o aguas contaminadas.
El selenio es un metaloide que tiene 4 estados de oxidación: -2, 0, +4 y +6. En soluciones
acuosas puede ser encontrado como selenito (SeO3-2
) y selenato (SeO4-2
) en estado de
sólido disuelto. Este elemento presenta un problema ambiental severo debido a su
toxicidad, y es uno de los componentes de mucho de los residuos industriales líquidos de
diferentes plantas, incluyendo operaciones y procesos de cobre y uranio, industria petro-
química y producción de alimentos. En Chile, la concentración de selenio como especie
química está regulada por ley en el DS Nº 90 “Norma de Emisión para la Regulación de
Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y
Continentales Superficiales” y el límite es de 0,03[mg/L].
Cinética
A través de la oxidación de un sustrato y la reducción de otro se obtiene energía y poder
reductor para mantener las actividades celulares, estas reacciones son usualmente
aceleradas por la acción de las enzimas producidas dentro de las célula. La velocidad dada
a la cual un determinado contaminante es removido depende de dos concentraciones, la
primera corresponde a la concentración del catalizador, en este caso de la biomasa activa.
La segunda corresponde a la concentración de los sustratos primarios que sirven de donador
de electrones.
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La ecuación de Monod es la más utilizada para describir la cinética del crecimiento
microbiano. En ella se relaciona la velocidad específica del crecimiento microbiano con la
concentración de un sustrato donador de electrones limitante:
SK
S
S
MÁX
Siendo:
: tasa de crecimiento
MÁX : tasa de crecimiento máxima S : concentración de sustrato (nutrientes)
KS : constante (concentración de sustrato a la que se alcanza la mitad de la tasa
máxima).
Etapa Práctica
Se estudiará el caso particular de la contaminación de selenato, es decir, el selenio en su
estado de oxidación +6 (Se(VI)), verificando la capacidad de distintos microorganismos de
reducir dicha especie química para transformarla en selenio como metal Se(0), el cual se
presenta de color rojo. Además se estudiará cómo afecta la concentración de nutrientes en
la reducción de selenato a selenio.
Esta guía se basó en el trabajo de Laboratorio de Investigación “ Bio-reducción de Selenato a Selenio”
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“UTILIZACION DE LOS MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA
ALIMENTARIA”
No todos los microorganismos son patógenos o alterantes, sino que algunos de ellos
pueden ser aprovechados por el hombre en la fabricación de diferentes productos. Éste es el
caso de las levaduras, que se emplean, por ejemplo, en la elaboración de pan y bebidas
alcohólicas como vino y cerveza. También se utilizan bacterias en la fabricación de
productos lácteos, embutidos, etc.
La fermentación láctica es producida por bacterias capaces de transformar azúcares
en ácido láctico disminuyendo de tal manera el pH del medio, que impiden el crecimiento
de otros microorganismos. De este modo, la fabricación de yogur y de otros productos
lácteos fermentados tuvo su origen como un método de conservación de la leche. La leche
fresca tiene un pH de aproximadamente 6.6. A este pH la caseína (proteína de la leche) está
formando una suspensión coloidal de caseinato cálcico. Conforme las bacterias lácticas van
fermentando los azúcares con producción de ácido láctico, el pH disminuye y, al llegar a
4,6, la caseína se desnaturaliza y la leche se coagula formando un producto semisólido que
es el yogur.
La cerveza es el producto que se obtiene de una fermentación alcohólica llevada a
cabo por levaduras sobre distinto cereales: cebada, maíz, arroz.
Estos cereales contiene almidón que no es fermentable por las levaduras, por lo que
previamente debe ser hidrolizados a azucares más sencillos: glucosa y maltosa. La harina
de malta es la cebada germinada y contiene gran cantidad de amilasas, enzimas
responsables de la hidrólisis del almidón. La activación de estas enzimas se produce a
75°C, actuando sobre el almidón para hidrolizarlo en sus azucares fermentables. De esta
forma, la levadura puede llevar a cabo la fermentación alcohólica para dar CO2 y etanol.
Preparación de yogur
1.- Añadir con pipeta estéril 5 ml de leche pasteurizada a 2 tubos estériles
2.- Uno de los tubos es inoculado mediante el asa de siembra con el cultivo iniciador de la
fermentación.
3.- Incubar los 2 tubos durante 16 horas a 46-48°C para favorecer el crecimiento de estas
bacterias, ya que son termófilas. También se pueden incubar a 37°C durante 24 horas.
4.- Comprobar que se ha producido una fermentación láctica si la leche ha coagulado en el
tubo inoculado. Mediante tinción de Gram se confirma la presencia de bacilos y cocos
responsables de la fermentación. En el tubo control no inoculado se mantiene las
características iniciales: la leche es líquida y al realizar tinción de Gram no se observan
bacterias.
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Preparación de cerveza
1.- Preparar en un vaso de precipitado una suspensión en agua de harina de malta al 5%. Es
necesario mantener la suspensión en agitación, ya que la harina no es perfectamente soluble
en agua.
2.- Llenar dos tubos con tapón de rosca prácticamente hasta el borde, de manera que se
genere una atmosfera microaerófila.
3.- Incubar los tubos a 75°C durante 1 hora para que se activen e hidrolicen el almidón
4.- Al cabo de este tiempo esterilizar en autoclave a 121°C durante 10 minutos para
eliminar los posibles microorganismos presentes y asegurar que la fermentación se debe
únicamente a la levadura.
5.- Una vez enfriados los tubos a temperatura ambiente, inocular uno de ellos con
saccharomyces cerevisiae, mientras que en otro tubo no se modifica en absoluto (tubo
control). El inóculo puede preparase con 20 mg de levadura en 1 ml de solución salina.
6.- Incubar los 2 tubos a temperatura ambiente durante varios días. En función del inóculo
añadido varía el tiempo necesario para la producción de cerveza.
7.- Solamente en el tubo que contiene la levadura se producirá la fermentación alcohólica,
que se visualiza por la aparición de burbujas de CO2. Mediante una tinción simple se
comprueba que la fermentación se debe a levaduras. El tubo en el que no habido
fermentación permanece estéril.
