prof. dr hab. in

Wpr

prof. dr hab. inż. Waldemar Wardencki, prof. zw.

RECENZJA pracy doktorskiej mgr inż. Ireny BUDNIK

pt.

Mikrobiologiczne centralne rozszczepienie oksyetylenowych alkoholi

zrealizowanej na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej pod kierunkiem prof. zw. dr hab. inż. Zenona Łukaszewskiego

Związki powierzchniowo czynne, zwane również surfaktantami, dzięki swojej specyficznej amfifilowej budowie umożliwiają obniżenie napięcia powierzchniowego i/lub międzyfazowego różnych mediów. W skutek tego znajdują szerokie zastosowanie, zarówno w przemyśle jak i w gospodarstwach domowych. Tak szerokie stosowanie surfaktantów wiąże się jednak z niekorzystnym wprowadzaniem do różnych elementów środowiska mieszanin środków powierzchniowo czynnych oraz produktów ich niecałkowitej biodegradacji. Składniki mieszanin detergentów po procesach prania i mycia trafiają zwykle do ścieków, a następnie do środowiska naturalnego, przede wszystkim wodnego. Szkodliwe oddziaływanie surfaktantów na środowisko przejawia się na kilka sposobów. Przede wszystkim są to substancje toksyczne w stosunku do organizmów wodnych, utrudniają przenikanie tlenu w głąb wód. Ponadto, ich obecność może zakłócać pracę różnego typu urządzeń w oczyszczalniach ścieków, m.in. turbin i urządzeń napowietrzających. Z kolei, właściwości emulgacyjne surfaktantów ułatwiają przedostanie się do środowiska wodnego wielu substancji toksycznych, m.in. pestycydów czy węglowodorów. W formie zemulgowanej są także wchłaniane przez organizmy żywe, wzmacniając ich toksyczne działanie.

Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk tel. 058 347 10 10 – Kierownik Katedry

058 347 19 10 – Sekretariat 058 347 21 10 – Laboratorium fax. 058 347 26 94

E-mail: chemanal@pg.gda.pl

Katedra Chemii Analitycznej

Z tego powodu istnieje konieczność oceny w jakim stopniu substancje te, bądź produkty ich degradacji przenikają do różnych elementów środowiska. Dlatego też poznanie mechanizmów biodegradacji i oznaczanie zawartości surfaktantów w próbkach środowiskowych jest bardzo istotnym zagadnieniem analitycznym. Podjęcie więc badań przez mgr inż. Irenę Budnik nad poznaniem procesów biodegradacyjnych wybranej grupy niejonowych związków powierzchniowo-czynnych (oksyetylenowanych alkoholi) należy uznać za zadanie aktualne i bardzo potrzebne. Przyjęte przez Doktorantkę założenie zastosowania specyficznych bakterii (Enterobacter sp. strain Z3, Citrobacter freundii oraz Stenotrophomonas sp. strain Z5) w połączeniu z nowoczesną techniką oznaczeń końcowych LC-MS/MS, stanowiącą kombinację techniki o dużej zdolności rozdzielczej z techniką o dużym potencjale identyfikacyjnym, stanowiło gwarancję istotnego poszerzenia wiedzy z zakresu poznania procesów biodegradacyjnych.

Przedstawiona do recenzji praca jest stosunkowo obszerna, obejmując 185 stron maszynopisu (w tym 5 stron stanowi zestawienie dorobku naukowego kandydatki) i ma tradycyjny układ dla tego typu prac. Rozprawa zawiera: Wstęp (1,5 strony), Część literaturową (23 strony), Cel pracy (0,5 strony), Część doświadczalną (26 stron), Wyniki i ich omówienie (70 stron), dyskusję wyników (5 stron). Na końcu pracy przedstawiono: wnioski, streszczenia w języku polskim i angielskim, wykaz cytowanej literatury (161 pozycji na 13 stronach). Pomocny w czytaniu pracy jest wykaz stosowanych skrótów i akronimów w języku polskim i angielskim. Praca zawiera 87 rysunków i 19 tabel.

W części teoretycznej Doktorantka przedstawiła ze znawstwem zagadnienia związane z tematyką realizowanej pracy, a mianowicie charakterystykę związków powierzchniowo czynnych, istotę testów biodegradacyjnych, techniki wydzielania i oznaczania związków powierzchniowo czynnych, oraz omówienie parametrów służących do ocen jakości wyników pomiarowych. Warto podkreślić krytyczne podejście Autorki do prezentowanego materiału teoretycznego.

Zasadniczym celem pracy doktorskiej Ireny Budnik, będącej kontynuacją badań prowadzonych w zespole prof. Zenona Łukaszewskiego nad poznaniem procesów degradacji środków powierzchniowo czynnych, było scharakteryzowanie procesu biodegradacji w środowisku polidyspersyjnych oksyetylenowanych alkoholi, głównych składników niejonowych surfaktantów, stosując nowoczesną technikę łączoną (LC-MS/MS).

Realizacja pracy wymagała:

- udoskonalenia metod wydzielania oksyetylenowanych alkoholi i ich metabolitów z matrycy

wodnej wraz z opracowaniem metod ich oznaczania techniką LC-MS/MS,

- wyizolowanie z wody rzecznej szczepów bakterii do przeprowadzenia rozszczepienia oksyetylenowanych alkoholi z odłączeniem glikoli polietylenowych ich identyfikację,

- określenie przebiegu (ścieżek) biodegradacji i metabolitów biodegradacji

Na podstawie oceny uzyskanych wyników uważam, że główne cele pracy zostały w pełni osiągnięte a za najistotniejsze osiągnięcia Doktorantki uważam:

1. zastosowanie nowego wypełnienia (ziemi okrzemkowej) do techniki ekstrakcji do fazy stacjonarnej (SPE) do separacji oksyetylenowanych alkoholi z matrycy wodnej,

2. wyizolowanie z wody rzecznej szczepów bakterii (Enterobacter sp. strain Z3 Citrobacter freundii oraz Stenotrophomonas sp. strain Z5) i ich

zastosowanie do biodegradacji oksyetylenowanych alkoholi,

3. opracowanie metodyki ilościowego oznaczania oksyetylenowanych alkoholi serii C

EO

(x = 2-9) stosując kolumnę amidową (TSK-Gel Amide 80),

4. opracowanie jednostopniowej metodyki ilościowego oznaczania oksyetylenowanych alkoholi serii C

EO

(x = 1-9) i wolnego alkoholu oraz glikoli polietylenowanych EG

(x = 1-5) po uprzednim przeprowadzeniu ich w pochodne z zastosowaniem izocyjanianu fenylu, techniką LC-MS/MS,

5. zwalidowanie opracowanej metodyki i jej zastosowanie do ilościowych oznaczeń w testach biodegradacyjnych.

Istotną nowością w podejściu do badań w stosunku do wcześniejszych badań nad biodegradacją surfaktantów było zastosowanie przez doktorantkę techniki LC-MS/MS co umożliwiło pełniejszą ocenę biodegradacji biologicznej C

EO

, umożliwiając identyfikację poszczególnych składników biodegradacji oraz ich jednoczesne oznaczanie ilościowe.

Analiza obszernego rozdziału „Wyniki i ich omówienie” pozwala czytelnikowi śledzić konsekwentnie prowadzone badania. Ta część pracy świadczy zarówno o umiejętności posługiwania się przez Doktorantkę nowoczesnymi technikami analitycznymi jak i o umiejętności wnioskowania na bieżąco, a tym samym zauważania niedoskonałości niektórych uzyskanych wyników, a następnie proponowanie nowego rozwiązania.

Przykładem tego może być przeprowadzenie homologów C

EO

, po niemożności ich

pełnego scharakteryzowania, w pochodne z wykorzystaniem izocyjanianu fenylu co

umożliwiło oznaczenie polietylenowanych glikoli oraz C

OH i C

EO

o x = 1-9. Istotnym

osiągnięciem Doktorantki jest zidentyfikowanie 105 indywidualnych oksyetylenowanych

alkoholi z grupy C

-C

EO

i C

EO

o x w przedziale 3-23 oraz 19 glikoli polietylenowych.

Doktorantce udało się wyizolować z rzeki Warty i zidentyfikować na podstawie drzewa filogenetycznego szczepy bakterii (Enterobacter sp. strain Z3 oraz Citrobacter freundi) zdolne do biodegradacji oksyetylenowanych alkoholi C

EO

. Na podstawie swoich badań Doktorantka wnioskuje, że proces biodegradacji biegnie na dwóch drogach, bądź poprzez stopniowe skracanie bądź centralne rozszczepianie.

Z obowiązku recenzenta chciałbym także wskazać na pewne niedoskonałości i niejasności, które nie umniejszają wartości merytorycznej pracy, którą oceniam bardzo pozytywnie.

Generalnie praca napisana jest poprawnym językiem. W tekście zaznaczyłem tzw.

literówki i niezręczne sformułowania

. Ze względu na wyraźny analityczny charakter na niektóre z nich chciałbym jednak zwrócić uwagę:

1. za niewłaściwe uważam stosowanie terminu „rozdział” gdy chodzi o rozdzielenie, separację badanych analitów (np. str. 25, 27,67),

2. podobnie jest z terminami: spektrometr masowy (str. 26, 71), detekcja masowa (str.

43), widma masowe (np. str. 124 ), chromatogramy masowe (np. rys. 23 na str. 70)

3. użyty w pracy termin angielski autosampler (str. 42) posiada odpowiednik w języku polskim,

4. niezręczne sformułowania to: fragment zdania: „związki maja średnią biodegradację” (s. 13), „wprowadzanie na kolumnę” (str. 48) oraz „usypywanie ziemi okrzemkowej w kolumienkach” (str. 55),

5. czy poprawne są stwierdzenia, że „jony dają odpowiedź detektora” (str. 7) oraz

„ekstrahowano 50 ml próbki” (str. 87),

6. czy test biodegradacyjny „przeprowadza się na wodzie” (str. 109)?

Chciałbym także zapytać o dwie kwestie merytoryczne:

1. jak należy rozumieć, stwierdzenie, „że związki powierzchniowo czynne wpływają na równowagę powietrze-woda” (str. 13)?

2. czy w strukturze części hydrofilowej, o której mowa na str. 15, chodzi o cząstki czy cząsteczki tlenku etylenu?

Dogłębna analiza przedstawionej rozprawy wskazuje na duży wkład pracy włożony

przez Doktorantkę i na wszechstronność prowadzonych badań (m.in. stosowanie różnych

opracowanie statystyczne. Istotną cechą pracy, obok aspektu badań podstawowych, jest jej wyraźny aplikacyjny charakter.

Wniosek końcowy:

Przedstawiona do oceny praca doktorska mgr inż. Ireny Budnik, oparta na obszernym, dobrze udokumentowanym materiale doświadczalnym, zawiera elementy nowości naukowej. Dotyczą one wzbogacenia wiedzy z zakresu poznania mechanizmów biodegradacji detergentów. Ponadto, część uzyskanych wyników została już w dużym stopniu zweryfikowana przez recenzentów. Podkreślić należy spory dorobek publikacyjny, 5 pozycji z tzw. listy filadelfijskiej, w tym 3 w liczących się czasopismach analitycznych:

Tenside Surfactants and Detergents (IF=0,981), Journal of Separation Science (IF=2,594), Ecotoxicology and Environmental Safety (IF=2,715) oraz dwa w czasopiśmie Przemysł Chemiczny (IF=0,344). Warto dodać, że praca doktorska była współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego (poddziałanie 8.2.2 PO KL realizowanego w latach 2013-2014).

Biorąc powyższe pod uwagę jestem w pełni przekonany, że w świetle Ustawy o Stopniach i Tytule Naukowym z dnia 14.03. 2003 r., (Dz. U. nr 65, poz. 595 z 2003 r., ze zm. w Dz. U. z 2005 r. nr 164, poz.1365) recenzowane opracowanie spełnia wymogi stawiane tego typu pracom i dlatego wnoszę do Rady Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej o dopuszczenie mgr inż. Ireny Budnik do dalszych etapów przewodu doktorskiego a jednocześnie o rozważenie wyróżnienia rozprawy.

Uzasadnienie wniosku o wyróżnienie:

Analiza rozprawy wskazuje, że zasługuje ona na wyróżnienie ze względu na:

- bogaty, dobrze udokumentowany i poprawnie zinterpretowany materiał doświadczalny,

- dobry dorobek publikacyjny Doktorantki, sumaryczna wartość współczynnika oddziaływania prac wchodzących w skład rozprawy (IF) wynosi ok. 7,

- dwie prace, ściśle związane z częścią doświadczalną niniejszej rozprawy, zostały opublikowane w czasopismach z tzw. pierwszego kwartylu (Q1),

- opracowane metodyki istotnie wzbogacają wiedzę z zakresu poznania mechanizmów biodegradacji związków powierzchniowo czynnych.

Gdańsk, 30.03.2015