Îndepărtarea Metalelor Grele Folosind Proprietățile de Floculare a Drojdiei de Bere

1. Introducere

Mari cantităţi de metale grele sunt deversate în mediu datorită activităţilor tehnologice desfăşurate de oameni. Impactul acestor metale în sistemul acvatic şi sporirea acestora prin tot lanţul alimentar poate reprezenta o ameninţare pentru animale şi pentru oameni, creând o problemă mondială pentru mediu. Tehnologiile curente (precum, precipitarea, schimbul ionic şi osmoza inversă) pentru îndepărtarea metalelor grele din efluenţi industriali par a fi inadecvaţi şi scumpi; precipitarea alcalină creează uneori probleme secundare cu reziduurile lichide metalifere (Volesky, 1990, 2001).

Din punct de vedere chimic, în categoria „metalelor grele” intră aproape 40 metale având densitatea mai mare de 5 (Passow ş.a., 1961). Toxicitatea „metalelor grele” este rezultatul legării lor de sistemele enzimatice importante din celula animală sau de anumite componente ale membranelor celulare. Comportarea animalelor faţă de efectele toxice ale metalelor grele diferă. Astfel, animalele tinere deşi sunt mai rezistente decât cele adulte, prezintă o capacitate de absorbţie mai mare, o excreţie mai redusă şi o distribuţie mai intensă în organe (Jugo, 1977). Calitatea şi cantitatea de proteine din dietă influenţează toxicitatea metalelor grele (Shackman, 1974; Mylroie ş.a., 1977).

Drojdiile reprezintă un grup taxonomic complex şi heterogen de microorganisme monocelulare de tip eucariot, care se înmulţesc prin înmugurire (mitoză), ca formă generală de reproducere, prin ascospori formaţi pe cale asexuală şi sexuat (în urma proceselor de conjugare între celule).

Drojdiile au un rol foarte important şi sunt folosite în industria alimentară la fabricarea vinului, a berii, a spirtului de fermentaţie, a pâinii şi produselor derivate, a drojdiei comprimate. Au o compoziţie chimică valoroasă şi sunt folosite la microbiologia industrială la obţinerea de proteine ce pot fi folosite în alimentaţia omului, la obţinerea de drojdii furajere din grupul B1, aminoacizi.

Flocularea este un exemplu natural binecunoscut de agregare activă şi este definit ca o agregare reversibilă a celulelor în flocoane (Stradford, 1992; Straver ş.a., 1993). În particular, procesul de floculare este un proces industrial relaţionat cu tehnologia fermentaţiei (producerea berii, a vinului, bioconversii).

În esenţă, flocularea este un proces în care o populaţie de celule de drojdie, iniţial compusă integral din celule singure, este transformată în două fracţiuni, floculate şi celule singure. Acest rezultat arată o distribuţie a flocoanelor bimodală în funcţie de dimensiune (Davis şi Hunt, 1986), ceea ce înseamnă că există celule singure, nu un spectru întreg de dimensiuni de miniflocoane disipate în întreg volumul lichidului. De asemenea, examinarea vizuală a celulelor singure şi a flocoanelor mici care coboară sub acţiunea propriei gravităţi a arătat că flocoanele mare cu viteză mare nu se ciocnesc cu celulele mici în drumul lor. Singura ciocnire observată, şi ulterioara adeziune, a fost cea dintre flocoane de dimensiuni similare.

Flocularea celulelor de drojdii este observată la finalul fermentaţiei berii şi are o importanţă deosebită în procesul de producere a berii. Mecanismul floculării nu este pe deplin înţeles şi este încă subiectul multor controverse. Este un proces complex care depinde de numeroşi factori: tulpina de drojdie (starea genetică şi fiziologică, metabolismul), compoziţia mediului de cultură şi condiţiile culturale (temperatură, agitare şi aerare). Flocularea drojdiilor poate fi controlată de interacţii specifice (recunoaştere moleculară) şi nespecifice (interacţii între două straturi, forţe van de Waals, interacţii hidrofove şi repulsie sterică). Mecanismul general acceptat este cel mediat de lectină, care recunoaşte receptorii mannan de pe celulele adiacente şi necesită prezenţa calciului.