1 Departamentul de chimie, Universitatea din Torino, Via P. Giuria 7, 10125 Torino, Italia

poluării

Abstract

Această lucrare de cercetare abordează ipoteza că boabele de apă Kefir pot fi utilizate ca absorbante ale ionilor metalici și raportează prima aplicare a boabelor de apă Kefir ca instrument de protecție împotriva toxicității ionilor de metale grele. Scopul acestui studiu este de a evalua concentrația de ioni de metale grele în mai multe soluții de apă Kefir în timpul procesului de fermentare în diferite condiții. Au fost utilizate două colonii de boabe de Kefir de apă, iar concentrațiile de Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Ba și Ca au fost măsurate în soluții de boabe de Kefir de apă la diferiți timpi de contact (0, 24, 48 și 72 de ore), valori de pH diferite în tampoane citrice și acetice și diferite rapoarte de boabe de Kefir de apă/soluție metalică, cu și fără zaharoză (5%). Spectroscopia de emisie optică a fost utilizată pentru a măsura concentrațiile ionilor metalici. Dintre condițiile experimentale testate, cea mai bună combinație pentru reducerea poluării este zaharoza (5%), timpul de contact 24 de ore, pH-ul inițial = 4,5, tampon de acetat și raportul boabe de Kefir/soluție metalică 1: 1. În aceste condiții, metalul greu reducerea de către boabele de apă Kefir este deosebit de eficientă pentru Cr și Pb (70%) și bună pentru Cu, Ni și Mn (50%).

1. Introducere

Chefirul de apă este o băutură fermentată acidă, ușor alcoolică și parfumată, a cărei fermentare începe cu boabe solide de Kefir de apă. Aceste boabe de Kefir de apă conțin o polizaharidă insolubilă și bacterii și drojdii responsabile de fermentație [1-3]. Boabele insolubile de apă Kefir acționează ca inocul atunci când sunt adăugate la un amestec de apă și zahăr (zaharoză), posibil cu ingrediente suplimentare, cum ar fi lămâie, smochine uscate și multe altele. După 24-48 de ore de incubație, se obține o băutură fermentată gălbuie; are o aromă fructată și un gust acid, ușor dulce și ușor alcoolic [2, 4-9].

Kefirul de apă este accesibil la nivel mondial, dar originea reală a boabelor este încă incertă. S-a propus ca boabele de apă Kefir să provină din Opuntia cactus. „Kefir de apă” este denumirea tipică în Europa de Vest, dar și alte denumiri sunt folosite pentru această băutură fermentată, în funcție de țară, cum ar fi „albine africane”, „albine din California”, „semințe de bere japoneze”, „bere cu ghimbir” plante, „„ Tibicos ”,„ boabe de Tibi ”,„ nuci ale ”,„ balsam de Galaad ”,„ Bèbées ”și„ boabe de chefir zahăr ”[10, 11]. În general, băutura Water Kefir este utilizată ca supliment alimentar pentru reechilibrarea microflorei intestinale și ca supliment probiotic [12-20].

În prezent, investigațiile asupra boabelor de Kefir de apă sunt încă foarte incomplete, iar majoritatea cercetărilor științifice disponibile au analizat diversitatea sa biologică [1, 10, 21]. Structura și compoziția biochimică a polizaharidei din boabe de Kefir a fost, de asemenea, studiată [22-24]. Diversitatea microbiană a apei Kefir se bazează pe un consorțiu constant de bacterii și drojdii în principal lactice și acid acetic; cu toate acestea, diferite colonii de apă Kefir prezintă diferite specii microbiene [25, 26]. Cu toate acestea, condițiile de fermentare, modificarea pH-ului și prezența și concentrația metalelor grele au fost slab raportate în comparație cu vasta investigație a diversității microbiene a apei Kefir [3, 27-30].

Coloniile de apă Kefir ar putea interacționa cu metalele grele atât din punct de vedere fizic, cât și chimic datorită structurii lor și a grupurilor funcționale.

În general, șansa de contaminare cu metale grele în alimente și apă este mare din cauza activităților antropice în creștere. Din aceste motive, este important să se definească/să se stabilească calitatea chimică a apei, în special conținutul de metale grele, pentru a evalua posibilul risc pentru sănătatea umană [31-37]. Metale precum zincul, cuprul, fierul și manganul sunt esențiale, deoarece joacă un rol important în sistemele biologice, în timp ce cromul, plumbul și cadmiul sunt toxice chiar și în urma urmelor. Metalele esențiale pot produce, de asemenea, efecte otrăvitoare atunci când aportul este excesiv de mare. În consecință, există limite de concentrație a acestora care sunt stabilite pentru hrană și apă în majoritatea țărilor.

Prin urmare, obiectivul acestei lucrări este de a înțelege dacă boabele de Kefir de apă pot fi utilizate pentru reducerea poluării ionilor de metale grele în diferite condiții (timp de contact, pH de pornire, tip tampon și concentrație de metal). Mai mult, studiul aprofundează importanța procesului de fermentație (în prezența zaharozei) pentru adsorbția ionilor metalici și identificând astfel cea mai bună condiție pentru aplicarea posibilă a boabelor de apă Kefir ca instrument de protecție împotriva toxicității. În acest scop, au fost testate două boabe de Kefir de apă, iar concentrațiile de metale grele au fost evaluate într-un proces de fermentare a Kefirului de apă în funcție de timp (24, 48 și 72 h) în prezența sau absența zaharozei la un pH inițial diferit. (pH = 3,5, 4,5 și 6,0) în diferite tipuri de tampon (acetat și citrat). S-au evaluat, de asemenea, rapoartele Kefir/soluție metalică de 1: 1 și 1:10. O metodă analitică utilizată inițial pentru analiza metalelor în apă naturală a fost adaptată pentru determinarea Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Ba, Ca, K, Mg și Na, prin ICP-OES (plasmă cuplată inductiv spectroscopie de emisie optică) în băuturile de apă Kefir după îndepărtarea boabelor de apă Kefir prin filtrare.

2. Materiale și metode

2.1. Aparat

pHmetru Metrohm mod. 713 a fost utilizat pentru determinarea pH-ului. ICP-OES Optima 7000 DV PerkinElmer a fost utilizat pentru cuantificarea ionilor metalici. Măsurătorile au fost luate la următoarele lungimi de undă: 228.802 nm pentru Cd, 228.616 nm pentru Co, 267.716 nm pentru Cr, 324.754 nm pentru Cu, 257.610 nm pentru Mn, 231.604 nm pentru Ni, 220.353 nm pentru Pb, 455.403 nm pentru Ba, 317.933 nm pentru Ca, 766.490 nm pentru K, 285.213 nm pentru Mg și 589.592 nm pentru Na.

2.2. Reactivi chimici

Soluția standard multielement, 1000 mg/L (CertiPUR®, Merck KGaA), a fost utilizată, diluată la nevoie, pentru a obține standarde de lucru acidificate cu acid azotic (aproximativ 0,2% în greutate/v) pentru curba de calibrare; s-au folosit acid azotic concentrat de înaltă calitate (70%, reactiv ACS, Sigma Aldrich) și apă ultrapură obținută folosind un sistem Milli-Q (Millipore, Milford, MA).

Soluția de metale pentru coloniile de apă Kefir a fost preparată la diferite concentrații finale de Cd (100 µg/L), Co (300 µg/L), Cr (1 mg/L), Cu (5 mg/L), Mn (5 mg/L), Ni (400 µg/L), Pb (200 µg/L) și Ba 1 mg/L (ca standard intern) și acidulat cu acid azotic (10 -2 M). Valoarea pH-ului soluției finale a fost 1,88.

Apa minerală comercială și zaharoza comercială au fost utilizate pentru testele Kefir cu apă. S-a determinat conținutul de Ca, K, Mg și Na în apă minerală (Ca = 3,92 mg/L, K = 0,76 mg/L, Mg = 0,76 mg/L și Na = 2,21 mg/L).

Peletele de hidroxid de sodiu (grad de reactiv, Sigma Aldrich), acid acetic glacial (reactiv ACS, Sigma Aldrich) și acid citric (reactiv ACS, Sigma Aldrich) au fost utilizate pentru a face soluții tampon primite de la furnizori comerciali fără purificare ulterioară.

2.3. Articole de laborator

Riscul de contaminare a fost redus la minimum folosind articole din sticlă cât mai puțin posibil și folosind vase noi din plastic (polipropilenă) și vârfuri pentru pipete. Toate materialele de laborator au fost spălate cu soluție de acid azotic 10% și clătite de mai multe ori cu apă deionizată.