Bioadsorbimento di cadmio da soluzioni acquose mediante cellule di Saccharomyces cerevisiae immobilizzate su agarosio: studi cinetici, termodinamici e di desorbimento

Negli ultimi 3 secoli molti paesi, soprattutto dell'emisfero settentrionale, sono andati incontro a notevoli cambiamenti dovuti ad un esponenziale incremento delle attività industriali ed agricole. Al rapido incremento di queste attività, purtroppo, non è seguito un altrettanto rapido incremento dei controlli e della prevenzione dei danni causati dalle attività messe in atto. Per questo, nei paesi più industrializzati, si misurano oggi i più alti livelli di inquinamento ambientale. La maggior parte degli inquinanti prodotti dall'uomo, infatti, non sono smaltiti così velocemente come sarebbe auspicabile e finiscono con danneggiare l'aria, l'acqua e il suolo.
In questi anni, estrema importanza ha ricoperto la necessità di risolvere il problema relativo all'inquinamento da metalli pesanti che, a causa delle loro caratteristiche di persistenza, bioaccumulabilità e tossicità, possono comportare gravi rischi per la salute dell'organismo con cui entrano in contatto. I metodi tradizionali impiegati per far fronte all'inquinamento da metalli pesanti (ossidazione/riduzione chimica e precipitazione, scambio ionico, processi di elletrodeposizione, evaporazione, filtrazione, nanofiltrazione, osmosi inversa ed estrazione con solventi), oltre ad essere economicamente dispendiosi, presentano numerosi svantaggi, tra cui una rimozione incompleta dei metalli, bassa selettività, alti consumi energetici e di reagenti e produzione di sostanze di rifiuto difficili da smaltire. Per questo motivo, per rispondere all'esigenza di ricercare nuove tecniche che possano essere impiegate per la rimozione degli inquinanti dall'ambiente, verso la fine degli anni '80, è nata la bioremediation o biorisanamento, un insieme di nuove tecnologie per avviare o accelerare la degradazione e l'eliminazione di materiali inquinanti attraverso sistemi di purificazione di tipo biologico. Tra tali tecniche trova largo impiego il bioadsorbimento, rimozione di specie metalliche da una soluzione da parte di materiale di origine biologica come batteri, funghi, lieviti, alghe o prodotti cellulari come i polisaccaridi.
Questi bioadsorbenti hanno la capacità di sequestrare i metalli e possono essere impiegati per diminuire la loro concentrazione nelle soluzioni da livelli di ppm a livelli di ppb.
In particolare, in questo lavoro di tesi sperimentale, è stata indagata la possibilità di utilizzare cellule di Saccharomyces cerevisiae del ceppo BY4742 per la detossificazione delle acque da metalli pesanti. Dopo aver condotto degli studi preliminari volti a verificare se tali cellule, sia vive che morte, fossero in grado di adsorbire ioni cadmio da una soluzione acquosa, è stata testata la loro capacità di conservare le proprietà bioadsorbenti, anche a seguito di una immobilizzazione su agarosio. Sono stati, inoltre, condotti degli esperimenti per esaminare l'influenza, sul bioadsorbimento, di parametri come il pH, la temperatura, la immobilizzata.
I risultati ottenuti dimostrano che la capacità cellulare di uptake per il cadmio aumenta all'aumentare della temperatura in un range tra 8 e 28°C, all'aumentare del pH in un intervallo compreso tra 3,0 e 8,5 e della concentrazione iniziale dello ione metallico e diminuisce con l'incremento della quantità di biomassa utilizzata.
È stato, infine, osservato che a seguito di cicli di adsorbimento-desorbimento, le cellule non subiscono una diminuzione nella loro capacità di uptake. Questo risultato è molto importante perché evidenzia la possibilità di riutilizzare il bioadsorbente, considerando soprattutto che fino ad ora in molti lavori presenti in letteratura è stata osservata una diminuzione dell'assorbimento dei metalli da parte del materiale biologico già a partire dal secondo ciclo di incubazione.