Name: Recuperación mejorada de petróleo utilizando una combinación de biosurfactantes (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 19 s
Description: Aprende métodos de detección y caracterización de biosurfactantes producidos por Rhodococcus, Lysinibacillus y Paenibacillus para recuperación mejorada de petróleo. Esta técnica sostenible reduce costos y mejora la eficiencia en yacimientos.

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Los autores desean dar las gracias al Departamento de Biotecnología del Gobierno de la India por su apoyo financiero.

Los autores declaran que no hay conflictos de intereses.

Los biosurfactantes son uno de los grupos más versátiles de componentes biológicamente activos que se están convirtiendo en alternativas atractivas a los tensioactivos químicos. Tienen una amplia gama de aplicaciones en numerosas industrias, como detergentes, pinturas, cosméticos, alimentos, productos farmacéuticos, agricultura, petróleo y tratamiento de agua debido a su mejor humectabilidad, menor CMC, estructura diversificada y respeto al medio ambiente18. Esto ha llevado a un mayor interés en d...

Los biosurfactantes son las moléculas anfipáticas tensoactivas producidas por microorganismos que tienen la capacidad de reducir la superficie y la tensión interfacial entre dos fases1. Un biosurfactante típico contiene una parte hidrofílica que generalmente se compone de una fracción de azúcar o una cadena peptídica o aminoácido hidrófilo y una parte hidrofóbica que se compone de una cadena de ácidos grasos saturados o insaturados2. Debido a su naturaleza anfipática, los biosurfactantes se ensamblan en la interfaz entre las dos fases y reducen la tensión interfacial en el límite, lo que facilita la dispersión de una fase en la otra 1,3. Varios tipos de biosurfactantes que se han reportado hasta ahora incluyen glicolípidos en los que los carbohidratos están vinculados a ácidos alifáticos o hidroxi-alifáticos de cadena larga a través de enlaces éster (por ejemplo, ramnolípidos, trehalolipípidos y soforolipídicos), lipopéptidos en los que los lípidos se unen a cadenas polipeptídicas (por ejemplo, surfactina y liquenina) y biosurfactantes poliméricos que generalmente se componen de complejos polisacáridos-proteínas (por ejemplo, emulsano, liposan, alasan y lipomanano)4. Otros tipos de biosurfactantes producidos por los microorganismos incluyen ácidos grasos, fosfolípidos, lípidos neutros y biosurfactantes de partículas5. La clase de biosurfactantes más estudiada son los glicolípidos y entre ellos la mayoría de los estudios se han reportado sobre ramnolípidos6. Los ramnolípidos contienen una o dos moléculas de ramnosa (que forman la parte hidrofílica) unidas a una o dos moléculas de ácido graso de cadena larga (generalmente ácido hidroxi-decanoico). Los ramnolípidos son glicolípidos primarios reportados primero a partir de Pseudomonas aeruginosa7.
Los biosurfactantes han ido ganando cada vez más atención en comparación con sus contrapartes químicas debido a varias propiedades únicas y distintivas que ofrecen8. Estos incluyen mayor especificidad, menor toxicidad, mayor diversidad, facilidad de preparación, mayor biodegradabilidad, mejor formación de espuma, compatibilidad ambiental y actividad en condiciones extremas9. La diversidad estructural de los biosurfactantes (Figura S1) es otra ventaja que les da una ventaja sobre las contrapartes químicas10. Generalmente son más efectivos y eficientes a concentraciones más bajas, ya que su concentración crítica de micelas (CMC) suele ser varias veces menor que los tensioactivos químicos11. Se ha informado que son altamente termoestables (hasta 100 °C) y pueden tolerar un pH más alto (hasta 9) y altas concentraciones de sal (hasta 50 g/L)12 , por lo que ofrecen varias ventajas en los procesos industriales, que requieren exposición a condiciones extremas13. La biodegradabilidad y la menor toxicidad los hacen adecuados para aplicaciones ambientales como la biorremediación. Debido a las ventajas que ofrecen, han estado recibiendo una mayor atención en diversas industrias como la industria alimentaria, agrícola, detergente, cosmética y petrolera11. Los biosurfactantes también han ganado mucha atención en la remediación de petróleo para la eliminación de contaminantes del petróleo y contaminantes tóxicos14.
Aquí informamos la producción, caracterización y aplicación de biosurfactantes producidos por Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 y Paenibacillus sp. IITD108. Los pasos involucrados en la detección, caracterización y aplicación de una combinación de biosurfactantes para mejorar la recuperación de petróleo se describen en la Figura 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63207/63207fig01.jpg"> Figura 1: Un método para mejorar la recuperación de petróleo utilizando una combinación de biosurfactantes. Se muestra el flujo de trabajo paso a paso. El trabajo se llevó a cabo en cuatro pasos. Primero, las cepas microbianas fueron cultivadas y examinadas para la producción de biosurfactante mediante varios ensayos, que incluyeron el ensayo de colapso de gotas, el ensayo de propagación de aceite, el ensayo de índice de emulsión y la medición de la tensión superficial. Luego, los biosurfactantes se extrajeron del caldo libre de células y su naturaleza se identificó mediante cromatografía de capa delgada y se identificaron aún más utilizando LCMS, NMR y FT-IR. En el siguiente paso, los biosurfactantes extraídos se mezclaron y se determinó el potencial de la mezcla resultante para mejorar la recuperación de petróleo utilizando la técnica de columna de paquete de arena. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63207/63207fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
El cribado de estas cepas microbianas para producir biosurfactantes se realizó mediante colapso por gota, propagación de aceite, ensayo de índice de emulsión y determinación de la reducción de la tensión superficial del medio libre de células debido al crecimiento de los microbios. Los biosurfactantes fueron extraídos, caracterizados e identificados químicamente por LCMS, RMN 1H y FT-IR. Finalmente, se preparó una mezcla de biosurfactantes producidos por estos microbios y se utilizó para recuperar el aceite residual en una columna de paquete de arena simulada.
El presente estudio solo ilustra los métodos involucrados en la detección, identificación, caracterización estructural y aplicación de la combinación de biosurfactantes para mejorar la recuperación de petróleo residual. No proporciona una caracterización funcional detallada de los biosurfactantes producidos por las cepas microbianas15,16. Se realizan varios experimentos, como la determinación crítica de micelas, el análisis termogravimétrico, la humectabilidad de la superficie y la biodegradabilidad para la caracterización funcional detallada de cualquier biosurfactante. Pero dado que este documento es un documento de métodos, el enfoque está en la detección, identificación, caracterización estructural y aplicación de la combinación de biosurfactantes para mejorar la recuperación de petróleo residual; estos experimentos no se han incluido en este estudio.

<table><tbody><tr><td>Pipeta de 1 ml</td><td>Eppendorf, Alemania</td><td>G54412G</td><td></td></tr><tr><td>1H RMN</td><td>Espectrómetro de tipo Bruker Avance AV-III, EE. UU</td><td></td><td></td></tr>. <tr><td>Pipeta de 20 ul</td><td>Thermo scientific, EE. UU</td>. <td>H69820</td><td></td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>JAISBO, India</td><td>Ser no 5923</td><td>Jain Scientific</td></tr><tr><td>Quemador de llama azul</td><td>Rocker scientific, Taiwán</td><td>dragón 200</td><td></td></tr><tr><td>Innovaciones de Butanol</td><td>GLR, India</td><td>GLR09.022930</td><td></td></tr><tr><td>Columna C18</td><td>Agilent Technologies, EE. UU.</td><td>770995-902</td><td></td></tr><tr><td>Centrífuga</td><td>Eppendorf, Alemania</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Cloroformo</td><td>Merck, India</td><td>1.94506.2521</td><td></td></tr><tr><td>Cloroformo-d</td><td>SRL, India</td><td>57034</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de halcón</td><td>Tarsons, India</td><td>546041</td><td>Polipropileno esterilizado</td></tr><tr><td>por radiación FT-IR</td><td>Thermo Fisher Scientific, EE. UU.</td> <td>&nbsp; Nicolet iS50</td><td></td></tr><tr><td>Campana extractora</td><td>Khera, India</td><td>47408</td><td></td></tr><tr><td>Ácido acético glacial</td> personalizado <td>Merck, India</td><td>1.93002</td><td></td></tr><tr><td>Perlas de vidrio</td><td>Merck, India</td><td>104014</td><td></td></tr><tr><td>Toboganes de vidrio</td><td>Polar industrial Corporation, EE. UU</td>. <td>Blue Star</td><td>75 mm * 25 mm</td></tr><tr><td>Lana de vidrio</td><td>Merk, India</td><td>104086</td><td></td></tr><tr><td>Ácido clorhídrico</td><td>Merck, India</td><td>1003170510</td><td></td></tr><tr><td>Incubadora</td><td>Thermo Scientific, EE. UU.</td><td>MaxQ600</td><td>Incubadora de agitación</td></tr><tr><td>Incubadora</td><td>Khera, India</td><td>Sunbim</td><td></td></tr><tr><td>Yodo resublimado</td><td>Merck, India</td><td>231-442-4</td><td>&nbsp; Gránulos resublimados</td></tr><tr><td>K12 &ndash; Tensiómetro</td><td>Kruss Kruss Scientific, Alemania</td><td>K100</td><td></td></tr><tr><td>Cabnet de flujo de aire laminar</td><td>Thermo Scientific, China</td><td>Serie 1300 A2</td><td></td></tr><tr><td>LCMS</td><td>Agilent Technologies, EE. UU.</td><td>1260 Infinity II</td><td></td></tr><tr><td>Caldo</td><td>Luria HIMEDIA, India</td><td>M575-500G</td><td>Metanol en polvo</td></tr><tr><td></td><td>Merck, India</td><td>107018</td><td></td></tr><tr><td>Ninhydrin</td><td>Titan Biotech Limited, India</td><td>1608</td><td></td></tr><tr><td>p-anisaldehído</td><td>Sigma, EE. UU.</td><td>204-602-6</td><td></td></tr><tr><td>Placa de Petri</td><td>Tarsons, India</td><td>460090-90 MM</td><td>Polipropileno esterilizado por radiación</td></tr><tr><td>Saponina</td><td>Merck, India</td><td>232-462-6</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de sodio</td><td>Merck, India</td><td>231-598-3</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de ensayo</td><td>Borosil, India</td><td>9800U06</td><td>Tubos de vidrio Placas</td></tr><tr><td>TLC</td><td>Merck, India</td><td>1055540007</td><td></td></tr><tr><td>Vortex</td><td>GeNei, India</td><td>2006114318</td><td></td></tr><tr><td>Baño de agua</td><td>Julabo, India</td><td>SW21C</td><td></td></tr></tbody></table>

recuperación mejorada de petróleo utilizando una combinación de biosurfactantes

Enhanced Oil Recovery using a Combination of Biosurfactants

Los biosurfactantes son compuestos tensoactivos capaces de reducir la tensión superficial entre dos fases de diferentes polaridades. Los biosurfactantes han surgido como alternativas prometedoras a los tensioactivos químicos debido a la menor toxicidad, la alta biodegradabilidad, la compatibilidad ambiental y la tolerancia a condiciones ambientales extremas. Aquí, ilustramos los métodos utilizados para la detección de microbios capaces de producir biosurfactantes. Los microbios productores de biosurfactantes se identificaron mediante el colapso de gotas, la propagación del aceite y los ensayos de índice de emulsión. La producción de biosurfactantes se validó determinando la reducción de la tensión superficial del medio debido al crecimiento de los miembros microbianos. También describimos los métodos involucrados en la caracterización e identificación de biosurfactantes. Se realizó cromatografía en capa delgada del biosurfactante extraído seguido de tinción diferencial de las placas para determinar la naturaleza del biosurfactante. LCMS, 1H NMR y FT-IR se utilizaron para identificar químicamente el biosurfactante. Ilustramos además los métodos para evaluar la aplicación de la combinación de biosurfactantes producidos para mejorar la recuperación de aceite residual en una columna de paquete de arena simulada.

Tres cepas bacterianas (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 y Paenibacillus sp. IITD108) fueron examinadas para la producción de biosurfactantes mediante varios ensayos, que incluyeron ensayo de colapso de gotas, ensayo de desplazamiento de aceite, ensayo de índice de emulsión y reducción de tensión superficial. Los sobrenadantes libres de células de las tres cepas bacterianas y una solución de surfactante químico resultaron en un colapso de gota y, por lo tanto, se calificaron ...

Ilustramos los métodos involucrados en el cribado y la identificación de los microbios productores de biosurfactantes. También se presentan métodos para la caracterización cromatográfica y la identificación química de los biosurfactantes, determinando la aplicabilidad industrial del biosurfactante en la mejora de la recuperación de aceite residual.

Recuperación mejorada de petróleo utilizando una combinación de biosurfactantes

Biosurfactants are surface-active compounds capable of reducing the surface tension between two phases of different polarities. Biosurfactants have been ...

Los biosurfactantes son las moléculas empáticas de activo superficial producidas por microorganismos que tienen la capacidad de reducir la tensión superficial del líquido y la tensión interficial entre dos fases diferentes. La naturaleza empática de estas moléculas les permite alinearse en la interfaz entre dos fases diferentes y mejorar la solubilización de una fase en otra. Los biosurfactantes han estado ganando mucha atención en comparación con sus contrapartes químicas debido a las diversas ventajas que ofrecen.Estos incluyen mayor especificidad, menor toxicidad, mayor diversidad estructural, facilidad de preparación, mayor biodegradabilidad, su mayor compatibilidad ambiental y su actividad en condiciones ambientales extremas. En este video, demostramos los métodos involucrados en el cribado, caracterización y aplicación de biosurfactantes, producidos por diferentes cepas de rodococcus, lysinibacillus y paenibacillus. Ilustramos además los métodos para evaluar la aplicación de la combinación de biosurfactantes, producidos por estas tres cepas microbianas en la recuperación de aceite residual mediante una técnica de columna de paquete de arena.El trabajo se ha llevado a cabo bajo la dirección del Dr. Preeti Srivastava y el Dr. Manoj Kumar. Para el crecimiento de microbios, inocule los matraces que contienen cien mililitros de caldo Luria en autoclave, agregando un mililitro de cultivo de semillas cultivado durante la noche al matraz dentro del gabinete de flujo de aire laminar. Incubar los matraces en una incubadora rotativa a 30 grados centígrados y 180 RPM durante siete días.Después de completar el período de incubación, coseche los matraces y transfiera el caldo de cultivo a los tubos de la centrífuga. Centrifugar el cultivo a 4,500 G durante 20 minutos en una centrífuga refrigerada a cuatro grados centígrados. Vierta suavemente el sobrenadante libre de células en un vaso de precipitados fresco y úselo en ensayos de detección para la producción de biosurfactantes.Para examinar la producción de biosurfactante mediante un ensayo de colapso de gotas, tome un portaobjetos de vidrio limpio y cubra la superficie del portaobjetos con 200 microlitros de aceite. Ahora agregue 20 microlitros de sobrenadante libre de células al centro del aceite y déjelo sin molestar durante dos o tres minutos. Si la gota colapsa, puntúe el sobrenadante positivo para la presencia de biosurfactante.En el ensayo de propagación de aceite, tome 20 mililitros de agua destilada doble en una placa de Petri y agregue 200 microlitros de petróleo crudo en la superficie del agua. Ahora agregue 20 microlitros de sobrenadante libre de células al centro del aceite y déjelo sin molestar durante un minuto. Si se forma una zona de desbroce como resultado del desplazamiento del petróleo, puntúe el sobrenadante positivo para la presencia de biosurfactante.En el ensayo de índice de emulsión, agregue cuatro mililitros de gasolina y sobrenadante sin celdas cada uno en un tubo de vidrio limpio. Luego, qué mezclar vigorosamente durante tres minutos y dejarlo sin molestar durante las próximas 24 horas. Para medir la tensión superficial del sobrenadante libre de células, limpie el recipiente de vidrio con el líquido cuya tensión superficial se va a determinar.Agregue el líquido en el recipiente y monte el recipiente en el soporte del recipiente. Desbloquee el soporte de la sonda y monte la sonda en él. Usando el controlador manual, ajuste la altura de la plataforma, de modo que la sonda esté a dos o tres milímetros de distancia de la superficie del líquido.Luego vaya a los softwares y siga los pasos mencionados en el documento para medir la tensión superficial. Después de completar la medición, baje la altura de la plataforma y desbloquee y desmonte la sonda y el recipiente del instrumento. Para la extracción de biosurfactante, ajuste el pH del sobrenadante libre de células a dos, utilizando dos ácidos clorhídricos normales.Guarde la mezcla a cuatro grados centígrados durante la noche. Al día siguiente, agregue el mismo volumen de mezcla de metanol cloroformo y mezcle vigorosamente durante 20 minutos. Deje la mezcla sin perturbaciones para que se produzca una separación libre.Retire la cara superior, que contiene agua y metanol, y deje que la cara inferior que contiene biosurfactante se evapore en una campana de humos. Después de la evaporación de la fase orgánica, vuelva a disolver el biosurfactante de color miel en tres mililitros de cloroformo y use esta mezcla para la caracterización e identificación del biosurfactante. Para la caracterización cromatográfica del biosurfactante extraído, detecte 20 microlitros de biosurfactante en placas TLC.Después de secar las placas, coloque la placa TLC dentro de la cámara saturada con mezcla de metanol cloroformo y ejecute la TLC. Para la detección de lípidos, agregue algunos gránulos de yodo en la cámara fresca y sature la cámara durante cinco a 10 minutos. Coloque el TLC dentro de la cámara y observe el desarrollo de manchas amarillas.Para la detección de proteínas y carbohidratos, rocíe la placa TLC con no hidrógeno o anisaldehído, y caliente a 110 grados centígrados y observe el desarrollo del color. Para el análisis de RMN, inserte el tubo en la llave inglesa. Ajuste la altura del tubo utilizando el tubo ajustado.Coloque el tubo de RMN, junto con la llave inglesa en una máquina de RM y siga los pasos mencionados en el documento para obtener un espectro de RMN. Para un experimento mejorado de recuperación de aceite, tome una columna de vidrio y selle la salida inferior con lana de vidrio y cuentas de vidrio. Retroceda la columna con suelo arenoso de tal manera que se pueda agregar algo de líquido en la parte superior del suelo.Monte la columna en el soporte y agregue algunas cuentas de vidrio en la parte superior del suelo. Inunde la columna con 50 mililitros de solución de salmuera y recoja el flujo para determinar el volumen deficiente. Retire la salmuera de la columna forzando el paso del petróleo crudo a través de ella.Recoja el volumen de salmuera y aceite que sale de la columna para determinar el volumen inicial de saturación de aceite. Después de 24 horas, inunde la columna con 10 volúmenes pobres de salmuera y recoja el petróleo que sale de la columna para estimar la recuperación secundaria de petróleo. El aceite que queda en la columna después de la recuperación secundaria de petróleo corresponde al aceite residual.Ahora prepare una mezcla de biosurfactantes agregando el biosurfactante extraído a un vaso de precipitados de vidrio. Y agregue el biosurfactante y la mezcla a la columna, y déjelo sin molestar durante las próximas 24 horas. Después de 24 horas, mida la cantidad de aceite y agua que ha aludido fuera de la columna para determinar la recuperación de petróleo adicional o mejorada.Los sobrenadantes libres de células de las tres cepas microbianas obtuvieron una puntuación positiva para la presencia de biosurfactante, ya que resultaron en el colapso de la gota, la propagación del aceite y la formación de emulsiones. La confirmación de la producción de biosurfactante se proporcionó mediante la medición de la tensión superficial del caldo libre de células. Debido al crecimiento de rodocócos y lisinibacilos, la tensión superficial del medio se redujo de 59 a 45 mN por metro.Debido al crecimiento de paenibacillus, la tensión superficial del medio se redujo de 59 a 28,4 mN por metro. Los ensayos de estabilidad de la emulsión mostraron que los biosurfactantes producidos por las tres cepas microbianas exhibieron una gran estabilidad en condiciones diversas y ambientales. Los índices de emulsión no mostraron ningún cambio significativo cuando se cambiaron la temperatura de incubación, el pH y la concentración de sal del caldo libre de células.La caracterización DLC del biosurfactante extraído mostró que los biosurfactantes producidos por las tres cepas eran glicolipeds. La identificación química de biosurfactantes mostró que rodococcus y lysinbacillus produjeron el mismo biosurfactante, que fue identificado como ramnolípido, con una masa de alrededor de cuatro 80 daltons. Paenibaccilus, por otro lado, produce un ramnolípido que contiene tres cadenas lipídicas con una masa de alrededor de 802 daltons.La combinación de biosurfactantes fue capaz de recuperar el 56,5% del aceite residual de la columna de arena. Se probó la producción de biosurfactantes a partir de las cepas de rodococcus, lsyinibaccilus y paenibacillus, y las cepas obtuvieron una puntuación positiva para la producción de biosurfactante. Los biosurfactantes producidos fueron caracterizados e identificados como ramnolípidos.Dado que la combinación de biosurfactantes tuvo éxito en la recuperación del 56% del aceite residual en una técnica de paquete de arena, la combinación de biosurfactante se puede utilizar en aplicaciones de campo para recuperar el aceite residual atrapado dentro de los depósitos de petróleo.

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