سم زدایی فلزات سنگین توسط باکتری‌های پروبیوتیک: بررسی تاثیر دما، زمان و نوع باکتری بر میزان حذف فلزات سرب و کادمیوم با استفاده از روش سطح پاسخ

نویسندگان
سید محمد باقر هاشمی 1
شیما کاوه 2
علی پور کریمی 3
1 دانشیار، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فسا، فسا، ایران.
2 گروه علوم و صنایع غذایی، دانسکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.
3 استادیار بخش مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فسا، فسا، ایران.
10.22034/FSCT.22.159.195
چکیده
آلودگی در مناطق صنعتی به دلیل رهایش فلزات سنگین یکی از نگرانی‌های مهم زیست محیطی است. فلزات سنگین می‌توانند تاثیرات بسیار نامطلوبی بر سلامت انسان و حیوانات داشته باشند. در این راستا همچنین محصولات غذایی آلوده به فلزات سنگین حتی در غلظت های کم، می‌توانند اثرات مضری را بر سلامتی انسان داشته باشند. در این راستا استفاده از میکروارگانیسم‌ها به عنوان روشی جدید و کم هزینه جهت حذف بیولوژیکی فلزات شناخته شده است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر نوع میکروارگانیسم (باکتری‌های Lactiplantibacillus paraplantarum ،Lactobacillus paragasseri وLimosilatobacillus reuteri) مورد استفاده، دما و زمان انکوباسیون بر میزان حذف فلزات سرب و کادمیوم با استفاده از روش سطح پاسخ بود. نتایج نشان داد که میزان حذف فلز سرب با استفاده از میکروارگانیسم‌ها به‌طور معنی‌داری بیشتر از کادمیوم بود. و افزایش زمان از 0 تا 24 ساعت به طور معنی داری باعث افزایش میزان حذف فلزات گشت. افزایش دما تا حدود 38 درجه تاثیری مثبت بر میزان حذف فلزات داشت اما افزایش بیشتر دما از توانایی میکروارگانیسم‌ها جهت حذف فلزات کاست. به‌طور کلی نرم افزار شرایط بهینه جهت دستیابی به بیشترین میزان حذف فلزات سرب و کادمیوم به‌ترتیب به میزان 9/45 و 65/39 درصد را زمان انکوباسیون 24 ساعت و دمای 98/33 درجه سانتی گراد با استفاده از باکتری Lactobacillus paragasseri تعیین کرد. بنابراین با توجه به نتایج این پژوهش استفاده از میکروارگانیسم‌ها همچون Lactobacillus paragasseri راهکاری مفید جهت حذف فلزات سنگین از منابع مختلفی همچون پساب‌های صنعتی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
باکتری‌های اسید لاکتیک
سرب
جذب زیستی
فلزات سنگین
کادمیوم

موضوعات

عنوان مقاله English

Detoxification of heavy metals by probiotic bacteria: investigating the effect of temperature, time, and type of bacteria on the removal of lead and cadmium metals using the response surface methodology

نویسندگان English

Seyed Mohammad Bagher Hashemi 1
shima kaveh 2
Ali poorkarimi 3
1 Associate professor, Department of Food Science and Technology, College of Agriculture, Fasa University, Fasa, Iran
2 Ph.D of food chemistry, Faculty of Food Science and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Assistant professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Fasa University, Fasa, 7461686131 Iran
چکیده English

Pollution in industrial areas due to the release of heavy metals is one of the important environmental concerns. Heavy metals can have very adverse effects on human and animal health. In this regard, food products contaminated with heavy metals, even in low concentrations, can have harmful effects on human health. In this regard, the use of microorganisms is known as a new and low-cost method for the biological removal of metals. The purpose of this study was to investigate the effect of the type of microorganism (Lactiplantibacillus paraplantarum, Lactobacillus paragasseri, and Limosilatobacillus reuteri), temperature, and incubation time on the removal of lead and cadmium metals using the response surface methodology. The results showed that the removal rate of lead metal using microorganisms was significantly higher than that of cadmium. Increasing the time from 0 to 24 hours significantly increased the amount of metal removal. On the other side, increasing the temperature up to about 38 °C positively affected the removal of metals, but increasing the temperature further reduced the ability of microorganisms to remove metals. In general, the software determined the optimal conditions to achieve the maximum removal of lead and cadmium metals by 45.9% and 39.65%, respectively, at 24 hours incubation time and 33.98 °C temperature using Lactobacillus paragasseri bacteria. Therefore, according to the results of this research, the use of microorganisms such as Lactobacillus paragasseri is a useful solution for removing heavy metals from various sources, such as industrial wastewater.

کلیدواژه‌ها English

lactic acid bacteria
lead
Biosorption
Heavy metals
Cadmium
[1]Bhat, S. A., Hassan, T., & Majid, S. (2019). Heavy metal toxicity and their harmful effects on living organisms–a review. International Journal of Medical Science And Diagnosis Research, 3(1), 106-122.
[2]Flora, S. J. S. (2009). Metal poisoning: threat and management. Al Ameen J Med Sci, 2(2), 4-26.
[3]Lentini, P., Zanoli, L., Granata, A., Signorelli, S. S., Castellino, P., & Dellaquila, R. (2017). Kidney and heavy metals-The role of environmental exposure. Molecular medicine reports, 15(5), 3413-3419.
[4]Paknikar, K. M., Pethkar, A. V., & Puranik, P. R. (2003). Bioremediation of metalliferous wastes and products using inactivated microbial biomass.
[5]Syed, S., & Chinthala, P. (2015). Heavy metal detoxification by different Bacillus species isolated from solar salterns. Scientifica, 2015(1), 319760.
[6]R. H. S. F. Vieira and B. Volesky, “Biosorption: a solution to pollution?” International Microbiology, vol. 3, no. 1, pp. 17–24,
2000.
[7]Yin, K., Wang, Q., Lv, M., & Chen, L. (2019). Microorganism remediation strategies towards heavy metals. Chemical Engineering Journal, 360, 1553-1563.
[8]Chen, R., Tu, H., & Chen, T. (2022). Potential application of living microorganisms in the detoxification of heavy metals. Foods, 11(13), 1905.
[9]Monachese, M., Burton, J. P., & Reid, G. (2012). Bioremediation and tolerance of humans to heavy metals through microbial processes: a potential role for probiotics?. Applied and environmental microbiology, 78(18), 6397-6404.
[10]Halttunen, T., Salminen, S., & Tahvonen, R. (2007). Rapid removal of lead and cadmium from water by specific lactic acid bacteria. International journal of food microbiology, 114(1), 30-35.
[11]Massoud, R., Hadiani, M. R., Hamzehlou, P., & Khosravi-Darani, K. (2019). Bioremediation of heavy metals in food industry: Application of Saccharomyces cerevisiae. Electronic Journal of Biotechnology, 37, 56-60.
[12]Ahmed, S., Islam, M. R., Ferdousi, J., & Iqbal, T. S. (2017). Probiotic Lactobacillus sp. with bioremediation potential of toxic heavy metals. Bangladesh J. Microbiol, 34(1), 43-6.
[13]Kirillova, A. V., Danilushkina, A. A., Irisov, D. S., Bruslik, N. L., Fakhrullin, R. F., Zakharov, Y. A., ... & Yarullina, D. R. (2017). Assessment of resistance and bioremediation ability of Lactobacillus strains to lead and cadmium. International journal of microbiology, 2017(1), 9869145.
[14]Ibrahim, F., Halttunen, T., Tahvonen, R., & Salminen, S. (2006). Probiotic bacteria as potential detoxification tools: assessing their heavy metal binding isotherms. Canadian journal of microbiology, 52(9), 877-885.
[15]Kaveh, S., Sadeghi, M.A., Ghorbani, M., Jafari, M., Sarabandi, K. (2019). Optimization of production of antioxidant peptides using enzymatic hydrolysis of fenugreek seed. Journal of Food Science and Technology, 15 (84), pp. 75-88
[16]Hashemi, S. M. B., Kaveh, S., & Abedi, E. (2023). Microscopic monitoring of the antibacterial potential of Nepeta elymaitica Bornm essential oil against kohlrabi leaves’ foodborne pathogens. Lwt, 188, 115403.
[17]Mrvčić, J., Stanzer, D., Šolić, E., & Stehlik-Tomas, V. (2012). Interaction of lactic acid bacteria with metal ions: opportunities for improving food safety and quality. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 28(9), 2771-2782.
[18]Elsanhoty, R. M., Al-Turki, I. A., & Ramadan, M. F. (2016). Application of lactic acid bacteria in removing heavy metals and aflatoxin B1 from contaminated water. Water Science and technology, 74(3), 625-638.
[19]Bhakta, J. N., Ohnishi, K., Munekage, Y., Iwasaki, K., & Wei, M. Q. (2012). Characterization of lactic acid bacteria‐based probiotics as potential heavy metal sorbents. Journal of applied microbiology, 112(6), 1193-1206.
[20] Teemu, H., Seppo, S., Jussi, M., Raija, T., & Kalle, L. (2008). Reversible surface binding of cadmium and lead by lactic acid and bifidobacteria. International journal of food microbiology, 125(2), 170-175.
[21] Cho, D. H., & Kim, E. Y. (2003). Characterization of Pb 2+ biosorption from aqueous solution by Rhodotorula glutinis. Bioprocess and Biosystems Engineering, 25, 271-277.
[22]Mrvčić, J., Prebeg, T., Barišić, L., Stanzer, D., Bačun-Družina, V., & Stehlik-Tomas, V. (2009). Zinc Binding by Lactic Acid Bacteria. Food Technology & Biotechnology, 47(4).
[23]Lu, W. B., Kao, W. C., Shi, J. J., & Chang, J. S. (2008). Exploring multi-metal biosorption by indigenous metal-hyperresistant Enterobacter sp. J1 using experimental design methodologies. Journal of hazardous materials, 153(1-2), 372-381.
مجله علوم و صنایع غذایی ایران
دوره 22، شماره 159 - شماره پیاپی 159
اردیبهشت 1404
صفحه 195-206