Name: Récupération assistée du pétrole à l’aide d’une combinaison de biosurfactants (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 19 s
Description: Découvrez les méthodes de dépistage et de caractérisation des biosurfactants produits par Rhodococcus, Lysinibacillus et Paenibacillus pour la récupération assistée du pétrole. Cette technique durable améliore significativement l'extraction du pétrole résiduel.

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Les auteurs tiennent à remercier le Département de biotechnologie du Gouvernement indien pour son soutien financier.

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

Les biosurfactants sont l’un des groupes les plus polyvalents de composants biologiquement actifs qui deviennent des alternatives attrayantes aux tensioactifs chimiques. Ils ont un large éventail d’applications dans de nombreuses industries telles que les détergents, les peintures, les cosmétiques, l’alimentation, les produits pharmaceutiques, l’agriculture, le pétrole et le traitement de l’eau en raison de leur meilleure mouillabilité, de leur CMC plus faible, de leur structure diversifiée et de leur respect de l’enviro...

Les biosurfactants sont les molécules tensio-actives amphipathiques produites par des micro-organismes qui ont la capacité de réduire la surface et la tension interfaciale entre deux phases1. Un biosurfactant typique contient une partie hydrophile qui est généralement composée d’une fraction sucrée ou d’une chaîne peptidique ou d’un acide aminé hydrophile et une partie hydrophobe composée d’une chaîne d’acides gras saturés ou insaturés2. En raison de leur nature amphipathique, les biosurfactants s’assemblent à l’interface entre les deux phases et réduisent la tension interfaciale à la frontière, ce qui facilite la dispersion d’une phase dans l’autre 1,3. Divers types de biosurfactants qui ont été rapportés jusqu’à présent comprennent les glycolipides dans lesquels les glucides sont liés à des acides aliphatiques ou hydroxy-aliphatiques à longue chaîne via des liaisons ester (par exemple, les rhamnolipides, les tréhalolipides et les sophorolipides), les lipopeptides dans lesquels les lipides sont attachés à des chaînes polypeptidiques (par exemple, la surfactine et la lichénysine) et les biosurfactants polymères qui sont généralement composés de complexes polysaccharide-protéine (par exemple, émulsan, liposan, alasan et lipomannane)4. D’autres types de biosurfactants produits par les micro-organismes comprennent les acides gras, les phospholipides, les lipides neutres et les biosurfactants particulaires5. La classe de biosurfactants la plus étudiée est celle des glycolipides et parmi eux la plupart des études ont été rapportées sur les rhamnolipides6. Les rhamnolipides contiennent une ou deux molécules de rhamnose (qui forment la partie hydrophile) liées à une ou deux molécules d’acide gras à longue chaîne (généralement de l’acide hydroxy-décanoïque). Les rhamnolipides sont des glycolipides primaires rapportés en premier chez Pseudomonas aeruginosa7.
Les biosurfactants ont gagné en attention par rapport à leurs homologues chimiques en raison de diverses propriétés uniques et distinctives qu’ils offrent8. Il s’agit notamment d’une plus grande spécificité, d’une toxicité plus faible, d’une plus grande diversité, d’une plus grande facilité de préparation, d’une biodégradabilité plus élevée, d’une meilleure moussage, d’une compatibilité environnementale et d’une activité dans des conditions extrêmes9. La diversité structurelle des biosurfactants (figure S1) est un autre avantage qui leur donne un avantage sur leurs homologues chimiques10. Ils sont généralement plus efficaces et efficients à des concentrations plus faibles, car leur concentration micellaire critique (CMC) est généralement plusieurs fois inférieure à celle des tensioactifs chimiques11. Ils ont été signalés comme étant très thermostables (jusqu’à 100 °C) et peuvent tolérer un pH plus élevé (jusqu’à 9) et des concentrations élevées de sel (jusqu’à 50 g/L)12 , offrant ainsi plusieurs avantages dans les processus industriels, qui nécessitent une exposition à des conditions extrêmes13. La biodégradabilité et la toxicité plus faible les rendent adaptés à des applications environnementales telles que la bioremédiation. En raison des avantages qu’ils offrent, ils ont reçu une attention accrue dans diverses industries comme l’industrie alimentaire, agricole, détergente, cosmétique et pétrolière11. Les biosurfactants ont également attiré beaucoup d’attention dans l’assainissement des hydrocarbures pour l’élimination des contaminants pétroliers et des polluants toxiques14.
Nous rapportons ici la production, la caractérisation et l’application de biosurfactants produits par Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 et Paenibacillus sp. IITD108. Les étapes du criblage, de la caractérisation et de l’application d’une combinaison de biosurfactants pour la récupération assistée du pétrole sont décrites à la figure 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63207/63207fig01.jpg"> Figure 1 : Méthode de récupération assistée de l’huile à l’aide d’une combinaison de biosurfactants. Le flux de travail par étapes est affiché. Les travaux se sont déroulés en quatre étapes. Tout d’abord, les souches microbiennes ont été cultivées et examinées pour la production de biosurfactant par divers essais, notamment le test d’effondrement des gouttes, le test d’étalement d’huile, le test d’indice d’émulsion et la mesure de la tension superficielle. Ensuite, les biosurfactants ont été extraits du bouillon sans cellules et leur nature a été identifiée à l’aide de la chromatographie sur couche mince et ils ont été identifiés à l’aide de LCMS, RMN et FT-IR. Dans l’étape suivante, les biosurfactants extraits ont été mélangés ensemble et le potentiel du mélange résultant pour une récupération assistée du pétrole a été déterminé à l’aide de la technique de la colonne de sable. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63207/63207fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Le criblage de ces souches microbiennes pour produire des biosurfactants a été effectué par effondrement de gouttes, propagation d’huile, dosage de l’indice d’émulsion et détermination de la réduction de la tension superficielle du milieu sans cellules due à la croissance des microbes. Les biosurfactants ont été extraits, caractérisés et identifiés chimiquement par LCMS, RMN 1H et FT-IR. Enfin, un mélange de biosurfactants produits par ces microbes a été préparé et a été utilisé pour récupérer l’huile résiduelle dans une colonne de sable simulée.
La présente étude illustre seulement les méthodes impliquées dans le criblage, l’identification, la caractérisation structurelle et l’application de la combinaison de biosurfactants sur l’amélioration de la récupération de l’huile résiduelle. Il ne fournit pas de caractérisation fonctionnelle détaillée des biosurfactants produits par les souches microbiennes15,16. Diverses expériences telles que la détermination critique des micelles, l’analyse thermogravimétrique, la mouillabilité de surface et la biodégradabilité sont effectuées pour une caractérisation fonctionnelle détaillée de tout biosurfactant. Mais comme cet article est un document sur les méthodes, l’accent est mis sur le criblage, l’identification, la caractérisation structurelle et l’application de la combinaison de biosurfactants pour améliorer la récupération de l’huile résiduelle; ces expériences n’ont pas été incluses dans cette étude.

<table><tbody><tr><td>Pipette de 1 ml</td><td>Eppendorf, Allemagne</td><td>G54412G</td><td></td></tr><tr><td>1H NMR</td><td>Bruker Avance Spectromètre de type AV-III, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>20 ul</td><td>pipette Thermo scientific, USA</td><td>H69820</td><td></td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>JAISBO, Inde</td><td>Ser no 5923</td><td>Jain Scientific</td></tr><tr><td>Brûleur de flamme bleue</td><td>Rocker scientific, Taiwan</td><td>dragon 200</td><td></td></tr><tr><td>Butanol</td><td>GLR inovations, Inde</td><td>GLR09.022930</td><td></td></tr><tr><td>C18 colonne</td><td>Agilent Technologies, USA</td><td>770995-902</td><td></td></tr><tr><td>Centrifugeuse</td><td>Eppendorf, Allemagne</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Merck, Inde</td><td>1.94506.2521</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform-d</td><td>SRL, Inde</td><td>57034</td><td></td></tr><tr><td>Falcon tubes</td><td>Tarsons, Inde</td><td>546041</td><td>polypropylène stérilisé aux radiations</td></tr><tr><td>FT-IR</td><td>Thermo Fisher Scientific, États-Unis</td><td>&nbsp ; Hotte Nicolet iS50</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Khera, Inde</td><td>47408</td><td>Acide</td></tr><tr><td>acétique glaciaire</td> personnalisé <td>Merck, Inde</td><td>1.93002</td><td></td></tr><tr><td>Perles de verre</td><td>Merck, Inde</td><td>104014</td><td></td></tr><tr><td>Lames de verre</td><td>Polar industrial Corporation, États-Unis</td><td>Blue Star</td><td>75 mm * 25 mm</td></tr><tr><td>Laine de verre</td><td>Merk, Inde</td><td>104086</td><td></td></tr><tr><td>Acide chlorhydrique</td><td>Merck, Inde</td><td>1003170510</td><td></td></tr><tr><td>Incubateur</td><td>Thermo Scientific, États-Unis</td><td>MaxQ600</td><td>Incubateur à secousses</td></tr><tr><td>Incubateur</td><td>Khera, Inde</td><td>Sunbim</td><td></td></tr><tr><td>Iodine resublimé</td><td>Merck, Inde</td><td>231-442-4</td><td>&nbsp ; Granulés resublimés</td></tr><tr><td>K12 &ndash ; Tensiomètre Kruss Kruss</td><td>Scientific, Allemagne</td><td>K100</td><td></td></tr><tr><td>Cabine à flux d’air laminaire</td><td>Thermo Scientific, Chine</td><td>1300 Série A2</td><td></td></tr><tr><td>LCMS</td><td>Agilent Technologies, États-Unis</td><td>1260 Infinity II</td><td></td></tr><tr><td>Luria Broth</td><td>HIMEDIA, Inde</td><td>M575-500G</td><td>Méthanol en poudre</td></tr><tr><td></td><td>Merck, Inde</td><td>107018</td><td></td></tr><tr><td>Ninhydrin</td><td>Titan Biotech Limited, Inde</td><td>1608</td><td></td></tr><tr><td>p- anisaldéhyde</td><td>Sigma, États-Unis</td><td>204-602-6</td><td></td></tr><tr><td>Plaque de Petri</td><td>Tarsons, Inde</td><td>460090-90 MM</td><td>Polypropylène stérilisé aux radiations</td></tr><tr><td>Saponin</td><td>Merck, Inde</td><td>232-462-6</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de sodium</td><td>Merck, Inde</td><td>231-598-3</td><td></td></tr><tr><td>Tubes à essai</td><td>Borosil, Inde</td><td>9800U06</td><td>Tubes en verre</td></tr><tr><td>Plaques TLC</td><td>Merck, Inde</td><td>1055540007</td><td></td></tr><tr><td>Vortex</td><td>GeNei, Inde</td><td>2006114318</td><td></td></tr><tr><td>Bain d’eau</td><td>Julabo, Inde</td><td>SW21C</td><td></td></tr></tbody></table>

récupération assistée du pétrole à l’aide d’une combinaison de biosurfactants

Enhanced Oil Recovery using a Combination of Biosurfactants

Les biosurfactants sont des composés tensioactifs capables de réduire la tension superficielle entre deux phases de polarités différentes. Les biosurfactants sont apparus comme des alternatives prometteuses aux tensioactifs chimiques en raison de leur toxicité moindre, de leur biodégradabilité élevée, de leur compatibilité environnementale et de leur tolérance aux conditions environnementales extrêmes. Nous illustrons ici les méthodes utilisées pour le criblage des microbes capables de produire des biosurfactants. Les microbes producteurs de biosurfactant ont été identifiés à l’aide de tests d’effondrement de gouttes, d’épandage d’huile et d’indice d’émulsion. La production de biosurfactants a été validée en déterminant la réduction de la tension superficielle du milieu due à la croissance des membres microbiens. Nous décrivons également les méthodes impliquées dans la caractérisation et l’identification des biosurfactants. Une chromatographie sur couche mince du biosurfactant extrait, suivie d’une coloration différentielle des plaques, a été effectuée pour déterminer la nature du biosurfactant. LCMS, RMN 1H et FT-IR ont été utilisés pour identifier chimiquement le biosurfactant. Nous illustrons également les méthodes permettant d’évaluer l’application de la combinaison de biosurfactants produits pour améliorer la récupération de l’huile résiduelle dans une colonne de sable simulée.

Trois souches bactériennes (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 et Paenibacillus sp. IITD108) ont été examinées pour la production de biosurfactants par divers essais, notamment le test d’effondrement de goutte, le test de déplacement d’huile, le test d’indice d’émulsion et la réduction de la tension superficielle. Les surnageants sans cellules des trois souches bactériennes et une solution de tensioactif chimique ont entraîné un effondrement de la goutte et, par conséquent, ont...

Nous illustrons les méthodes impliquées dans le criblage et l’identification des microbes producteurs de biosurfactants. Les méthodes de caractérisation chromatographique et d’identification chimique des biosurfactants, déterminant l’applicabilité industrielle du biosurfactant dans l’amélioration de la récupération de l’huile résiduelle sont également présentées.

Récupération assistée du pétrole à l’aide d’une combinaison de biosurfactants

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

Les biosurfactants sont les molécules tensio-actives empathiques produites par des micro-organismes qui ont la capacité de réduire la tension superficielle du liquide et la tension interficiaire entre deux phases différentes. La nature empathique de ces molécules leur permet de s’aligner à l’interface entre deux phases différentes, et d’améliorer la solubilisation d’une phase dans une autre. Les biosurfactants ont gagné beaucoup d’attention par rapport à leurs homologues chimiques en raison des divers avantages qu’ils offrent.Il s’agit notamment d’une plus grande spécificité, d’une toxicité plus faible, d’une plus grande diversité structurelle, d’une facilité de préparation, d’une biodégradabilité plus élevée, de leur plus grande compatibilité environnementale et de leur activité dans des conditions environnementales extrêmes. Dans cette vidéo, nous démontrons les méthodes impliquées dans le criblage, la caractérisation et les biosurfactants applicatifs, produits par différentes souches de rodococcus, lysinibacillus et paenibacillus. Nous illustrons également les méthodes d’évaluation de l’application d’une combinaison de biosurfactants, produite par ces trois souches microbiennes dans la récupération de l’huile résiduelle par une technique de colonne de sable.Les travaux ont été réalisés sous la direction du Dr Preeti Srivastava et du Dr Manoj Kumar. Pour la croissance des microbes, inoculez les flacons contenant cent millilitres de bouillon Luria autoclavé, en ajoutant un millilitre de culture de graines cultivée pendant la nuit à la fiole à l’intérieur de l’armoire à flux d’air laminaire. Incuber les flacons dans un incubateur rotatif à 30 degrés Celsius et 180 tr / min pendant sept jours.Une fois la période d’incubation terminée, récoltez les flacons et transférez le bouillon de culture dans les tubes de centrifugeuse. Centrifuger la culture à 4 500 G pendant 20 minutes dans une centrifugeuse réfrigérée à quatre degrés Celsius. Versez doucement le surnageant sans cellules dans un bécher frais et utilisez-le dans des tests de criblage pour la production de biosurfactants.Pour filtrer la production de biosurfactant par un test d’effondrement de goutte, prenez une lame de verre propre et recouvrez la surface de la lame de 200 microlitres d’huile. Maintenant, ajoutez 20 microlitres de surnageant sans cellule au centre de l’huile et laissez-la intacte pendant deux à trois minutes. Si la goutte s’effondre, notez le surnageant positif pour la présence de biosurfactant.Dans le dosage d’épandage d’huile, prenez 20 millilitres d’eau distillée double dans une plaque de Petri et ajoutez 200 microlitres de pétrole brut à la surface de l’eau. Maintenant, ajoutez 20 microlitres de surnageant sans cellule au centre de l’huile et laissez-la intacte pendant une minute. Si une zone de défrichement est formée à la suite d’un déplacement d’huile, notez le surnageant positif pour la présence de biosurfactant.Dans le test de l’indice d’émulsion, ajoutez quatre millilitres d’essence et de surnageant sans cellule chacun dans un tube de verre propre. Ensuite, ce que le mélange vigoureusement pendant trois minutes et laissez-le intact pendant les prochaines 24 heures. Pour mesurer la tension superficielle du surnageant sans cellule, nettoyez le récipient en verre avec le liquide dont la tension superficielle doit être déterminée.Ajouter le liquide dans le récipient et monter le récipient sur le porte-récipient. Déverrouillez le support de la sonde et montez la sonde dessus. À l’aide du contrôleur manuel, ajustez la hauteur de la plate-forme, de sorte que la sonde soit à deux à trois millimètres de la surface du liquide.Ensuite, allez dans les logiciels et suivez les étapes mentionnées dans le document pour mesurer la tension superficielle. Une fois la mesure terminée, abaissez la hauteur de la plate-forme et déverrouillez et démontez la sonde et le navire de l’instrument. Pour l’extraction du biosurfactant, ajuster le pH du surnageant sans cellule à deux, en utilisant deux acides chlorhydriques normaux.Conservez le mélange à quatre degrés Celsius pendant la nuit. Le lendemain, ajouter un volume égal de mélange de méthanol chloroforme et mélanger vigoureusement pendant 20 minutes. Laissez le mélange intact pour qu’une séparation libre se produise.Retirer la face supérieure, contenant de l’eau et du méthanol, et laisser la face inférieure contenant du biosurfactant s’évaporer dans une hotte. Après évaporation de la phase organique, redissoudre le biosurfactant de couleur miel dans trois millilitres de chloroforme et utiliser ce mélange pour la caractérisation et l’identification du biosurfactant. Pour la caractérisation chromatographique du biosurfactant extrait, repérez 20 microlitres de biosurfactant sur des plaques TLC.Après séchage des plaques, placez la plaque TLC à l’intérieur de la chambre saturée de mélange de chloroforme méthanol et faites fonctionner la TLC. Pour la détection des lipides, ajoutez quelques granules d’iode dans la chambre fraîche et saturez la chambre pendant cinq à 10 minutes. Placez le TLC à l’intérieur de la chambre et observez le développement de taches jaunes.Pour la détection des protéines et des glucides, vaporisez la plaque TLC avec du non-hydrogène ou de l’anisaldéhyde, et chauffez à 110 degrés Celsius et observez le développement de la couleur. Pour l’analyse RMN, insérez le tube dans la clé. Ajustez la hauteur du tube à l’aide du tube ajusté.Placez le tube RMN, ainsi que la clé dans une machine MR et suivez les étapes mentionnées dans le document pour obtenir un spectre RMN. Pour une expérience de récupération assistée de l’huile, prenez une colonne de verre et scellez la sortie inférieure avec de la laine de verre et des perles de verre. Soutenez la colonne avec du sol sablonneux de manière à ce qu’un peu de liquide puisse être ajouté au sommet du sol.Montez la colonne sur le support et ajoutez des perles de verre sur le sol. Inonder la colonne avec 50 millilitres de solution de saumure et recueillir le débit pour déterminer le faible volume. Retirez la saumure de la colonne en forçant le pétrole brut à la traverser.Recueillir le volume de saumure et d’huile sortant de la colonne pour déterminer le volume initial de saturation en huile. Après 24 heures, inonder la colonne avec 10 faibles volumes de saumure et recueillir l’huile sortant de la colonne pour estimer la récupération secondaire du pétrole. L’huile laissée dans la colonne après récupération secondaire de l’huile correspond à l’huile résiduelle.Préparez maintenant un mélange de biosurfactants en ajoutant le biosurfactant extrait à un bécher en verre. Et ajoutez le biosurfactant et le mélange à la colonne et laissez-le intact pendant les prochaines 24 heures. Après 24 heures, mesurez la quantité d’huile et d’eau qui a fait allusion hors de la colonne pour déterminer une récupération supplémentaire ou améliorée du pétrole.Les surnageants sans cellules des trois souches microbiennes ont obtenu une note positive pour la présence de biosurfactant, car ils ont entraîné l’effondrement des gouttes, la propagation de l’huile et la formation d’émulsion. La confirmation de la production de biosurfactant a été fournie par la mesure de la tension superficielle du bouillon sans cellules. En raison de la croissance du rhodococcus et des lysinibacilles, la tension superficielle du milieu a diminué de 59 à 45 mN par mètre.En raison de la croissance des paenibacillus, la tension superficielle du milieu a diminué de 59 à 28,4 mN par mètre. Les tests de stabilité en émulsion ont montré que les biosurfactants produits par les trois souches microbiennes présentaient une grande stabilité dans des conditions diverses et environnementales. Les indices d’émulsion n’ont montré aucun changement significatif lorsque la température d’incubation, le pH et la concentration en sel du bouillon sans cellules ont été modifiés.La caractérisation DLC du biosurfactant extrait a montré que les biosurfactants produits par les trois souches étaient glycolipés. L’identification chimique des biosurfactants a montré que le rodocoque et le lysinbacille produisaient le même biosurfactant, qui a été identifié comme rhamnolipide, avec une masse d’environ quatre 80 daltons. Paenibaccilus d’autre part, produit un rhamnolipide contenant trois chaînes lipidiques d’une masse d’environ 802 daltons.La combinaison de biosurfactants a permis de récupérer 56,5 % du pétrole résiduel de la colonne de sable. La production de biosurfactants à partir des souches de rodococcus, de lsyinibaccilus et de paenibacillus a été analysée et les souches ont obtenu une note positive pour la production de biosurfactant. Les biosurfactants produits ont été caractérisés et identifiés comme des rhamnolipides.Étant donné que la combinaison de biosurfactants a permis de récupérer 56% de l’huile résiduelle dans une technique de pack de sable, la combinaison de biosurfactant peut être utilisée dans des applications sur le terrain pour récupérer l’huile résiduelle piégée à l’intérieur des réservoirs de pétrole.

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