MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV EXPERIMENTÁLNÍ BIOLOGIE BIOLOGICKÁ DEGRADACE ORGANICKÝCH BARVIV Bakalářská práce Martin Struk Vedoucí práce: Brno 2016 doc. RNDr. Miroslav Němec, CSc. Bibliografický záznam Autor: Martin Struk Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav experimentální biologie Název práce: Biologická degradace organických barviv Studijní program: Experimentální biologie Speciální biologie, zaměření Mikrobiologie a Studijní obor: molekulární biotechnologie Vedoucí práce: doc. RNDr. Miroslav Němec, CSc. Akademický rok: 2015/2016 Počet stran: 66 Klíčová slova: Biodegradace, Organická barviva, Biosorpce, Houby, Bakterie, Řasy, Trifenylmethanová barviva, Bioremediace Bibliografický záznam Autor: Martin Struk Prírodovedecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav experimentálnej biológie Názov práce: Biologická degradácia organických farbív Študijný program: Experimentálna biológia Špeciálna biológia, zameranie Mikrobiológia a Študijný obor: molekulárna biotechnológia Vedúci práce: doc. RNDr. Miroslav Němec, CSc. Akademický rok: 2015/2016 Počet strán: 66 Kľúčové slová: Biodegradácia, Organické farbivá, Biosorpcia, Huby, Baktérie, Riasy, Trifenylmetánové farbivá, Bioremedácia Bibliographic Entry Author Martin Struk Faculty of Science, Masaryk University Department of Experimental Biology Title of Thesis: Biological degradation of organic dyes Degree programme: Experimental Biology Special Biology, specialization Microbiology and Field of Study: Molecular Biotechnology Supervisor: doc. RNDr. Miroslav Němec, CSc. Academic Year: 2015/2016 Number of Pages: 66 Keywords: Biodegradation, Organic dyes, Biosorption, Fungi, Bacteria, Algae, Triphenylmethane dyes, Bioremediation Abstrakt Organické farbivá patria k najpoužívanejším chemikáliám v priemysle. Stúpa počet prípadov kedy je nimi znečistené životné prostredie. Pri odstraňovaní týchto farbív je dôležitá ich ekotoxikologická analýza. Doteraz používané fyzikálno-chemické metódy sú často neúčinné a niektoré organické farbivá nie je možné pomocou nich vôbec odstrániť. Do popredia sa preto dostáva výskum organizmov dekolorizujúcich, degradujúcich tieto farbivá. Cieľom tejto práce je podať prehľad doterajších poznatkov o možnostiach transformácie rôznymi organizmami a komerčne využívaných remediačných a bioremediačných technikách. Abstrakt Organická barviva patří k nejpoužívanějším chemikáliím v průmyslu. Stoupá počet případů, kdy je jimi znečištěno životní prostředí. Při odstraňování těchto barviv je důležitá jejich ekotoxikologická analýza. Dodnes používané fyzikálně-chemické metody jsou často neúčinné a některá organická barviva není možné s jejich pomocí vůbec odstranit. Do popředí se proto dostává výzkum dekolorizujících organismů, degradujících tyto barviva. Cílem této práce je podat přehled o dosavadních možnostech transformace různými organismy a komerčně využívaných v remediačních a bioremediačních technikách. Abstract Organic dyes are one of the most used industrial chemicals. The number of instances during which the dyes contaminate the environment is rising. During the process of removing the dyes from the environment, ecotoxicological analysis plays a crucial role. The physical-chemical processes being used so-far are often inefficient and incapable of removing certain organic dyes at all; therefore the research of organisms that are capable of the decolorization or degradation of dyes is taking a lead. This thesis reviews current research and literature on 1. the possibilities of the transformation of dyes by various microorganisms; and 2. comercially used remediation and bioremediation techniques. Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat panu doc. RNDr. Miroslavu Němcovi, CSc. za cenné rady a připomínky, za vstřícnost, trpělivost a čas, který mi věnoval při vedení mé bakalářské práce. Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracoval samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány. Brno 9. apríla 2016 ……………………………… Martin Struk Obsah Zoznam použitých skratiek .................................................................................................. 11 Úvod ..................................................................................................................................... 12 1. Delenie organických farbív a ich charakteristika .......................................................... 13 1.1. Reaktívne farbivá ................................................................................................................. 13 1.2. Kyslé farbivá ........................................................................................................................ 13 1.2.1. Antrachinonové farbivá .................................................................................................... 13 1.2.2. Azo farbivá ....................................................................................................................... 14 1.2.3. Trifenylmetánové farbivá ................................................................................................. 14 1.3. Bazické farbivá ..................................................................................................................... 15 1.4. Priame farbivá ...................................................................................................................... 15 1.5. Disperzné farbivá ................................................................................................................. 16 1.6. Moridlové farbivá ................................................................................................................. 17 1.7. Rozpustné farbivá ................................................................................................................. 17 1.8. Farbivá obsahujúce síru ........................................................................................................ 18 1.9. Kypové farbivá ..................................................................................................................... 18 2. Metódy degradácie farbív ...................................................................................................... 19 2.1. Chemické metódy ................................................................................................................. 19 2.1.1. Oxidácia ........................................................................................................................... 19 2.1.2. Ozonácia ........................................................................................................................... 20 2.2. Fyzikálne metódy ................................................................................................................. 20 2.2.1. Adsorpcia ......................................................................................................................... 20 2.2.2. Aktívne uhlie .................................................................................................................... 21 2.2.3. Rašelina ............................................................................................................................ 21 2.2.4. Popolček ........................................................................................................................... 21 2.2.5. Biosorbenty ...................................................................................................................... 21 2.2.6. Polyméry .......................................................................................................................... 22 2.2.7. Kremík .............................................................................................................................. 23 2.3. Koagulácia ............................................................................................................................ 23 2.4. Nanofiltrácia ......................................................................................................................... 24 3. Toxicita .................................................................................................................................... 25 3.1. Čo je toxicita ........................................................................................................................ 25 3.2. Doba expozície a dávka toxikantu........................................................................................ 25 3.3. Klasifiácia toxických látok ................................................................................................... 25 3.4. Odhad rizika ......................................................................................................................... 26 9 3.5. Ekotoxikologické biotesty .................................................................................................... 26 3.6. Toxicita trifenylmetánových farbív ...................................................................................... 28 4. Biodegradácia organických látok organizmami .................................................................. 29 4.1. Baktérie ................................................................................................................................ 30 4.1.1. Malachitová zeleň ............................................................................................................ 30 4.1.2. Kryštálová violeť .............................................................................................................. 32 4.1.3. Fuchsín