Name: Recupero avanzato dellolio utilizzando una combinazione di biotensioattivi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 19 s
Description: Scopri i metodi di screening e caratterizzazione dei biotensioattivi prodotti da Rhodococcus, Lysinibacillus e Paenibacillus per il recupero avanzato del petrolio residuo. Questa tecnica sostenibile offre un'alternativa ecologica ai tensioattivi chimici.

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Gli autori desiderano ringraziare il Dipartimento di Biotecnologie, Governo dell'India, per il sostegno finanziario.

Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.

I biotensioattivi sono uno dei gruppi più versatili di componenti biologicamente attivi che stanno diventando alternative interessanti ai tensioattivi chimici. Hanno una vasta gamma di applicazioni in numerosi settori come detergenti, vernici, cosmetici, alimenti, prodotti farmaceutici, agricoltura, petrolio e trattamento delle acque grazie alla loro migliore bagnabilità, CMC inferiore, struttura diversificata e compatibilità ambientale18. Ciò ha portato a un maggiore interesse per la scoperta di ...

I biotensioattivi sono le molecole anfipatiche tensioattive prodotte da microrganismi che hanno la capacità di ridurre la superficie e la tensione interfacciale tra due fasi1. Un tipico biotensioattivo contiene una parte idrofila che di solito è composta da una porzione di zucchero o una catena peptidica o amminoacido idrofilo e una parte idrofobica costituita da una catena di acidi grassi saturi o insaturi2. A causa della loro natura anfipatica, i biotensioattivi si assemblano all'interfaccia tra le due fasi e riducono la tensione interfacciale al confine, il che facilita la dispersione di una fase nell'altra 1,3. Vari tipi di biotensioattivi che sono stati segnalati finora includono glicolipidi in cui i carboidrati sono legati agli acidi alifatici o idrossi-alifatici a catena lunga tramite legami estere (ad esempio, ramnolipidi, trealolipidi e soforolipidi), lipopeptidi in cui i lipidi sono attaccati a catene polipeptidiche (ad esempio, tensioattivi e lichenisina) e biotensioattivi polimerici che di solito sono composti da complessi polisaccaridici-proteici (ad esempio, emulsan, liposan, alasan e lipomannan)4. Altri tipi di biotensioattivi prodotti dai microrganismi includono acidi grassi, fosfolipidi, lipidi neutri e biotensioattivi particolati5. La classe di biotensioattivi più studiata è quella dei glicolipidi e tra questi la maggior parte degli studi sono stati riportati sui ramnolipidi6. I ramnolipidi contengono una o due molecole di ramnosio (che formano la parte idrofila) legate a una o due molecole di acido grasso a catena lunga (di solito acido idrossi-decanoico). I ramnolipidi sono glicolipidi primari riportati per primi da Pseudomonas aeruginosa7.
I biotensioattivi stanno guadagnando sempre più attenzione rispetto alle loro controparti chimiche a causa di varie proprietà uniche e distintive che offrono8. Questi includono maggiore specificità, minore tossicità, maggiore diversità, facilità di preparazione, maggiore biodegradabilità, migliore formazione di schiuma, compatibilità ambientale e attività in condizioni estreme9. La diversità strutturale dei biotensioattivi (Figura S1) è un altro vantaggio che dà loro un vantaggio rispetto alle controparti chimiche10. Sono generalmente più efficaci ed efficienti a concentrazioni più basse poiché la loro concentrazione critica di micelle (CMC) è di solito parecchie volte inferiore ai tensioattivi chimici11. È stato segnalato che sono altamente termostabili (fino a 100 °C) e possono tollerare pH più elevati (fino a 9) e alte concentrazioni di sale (fino a 50 g/L)12 offrono quindi diversi vantaggi nei processi industriali, che richiedono l'esposizione a condizioni estreme13. La biodegradabilità e la minore tossicità li rendono adatti per applicazioni ambientali come il biorisanamento. A causa dei vantaggi che offrono, hanno ricevuto maggiore attenzione in vari settori come l'industria alimentare, agricola, dei detergenti, cosmetica e petrolifera11. I biotensioattivi hanno anche guadagnato molta attenzione nella bonifica del petrolio per la rimozione di contaminanti petroliferi e inquinanti tossici14.
Qui riportiamo la produzione, la caratterizzazione e l'applicazione di biotensioattivi prodotti da Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 e Paenibacillus sp. IITD108. I passaggi coinvolti nello screening, nella caratterizzazione e nell'applicazione di una combinazione di biotensioattivi per un migliore recupero dell'olio sono descritti nella Figura 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63207/63207fig01.jpg"> Figura 1: Un metodo per un migliore recupero dell'olio utilizzando una combinazione di biotensioattivi. Viene mostrato il flusso di lavoro graduale. Il lavoro è stato eseguito in quattro fasi. In primo luogo i ceppi microbici sono stati coltivati e sottoposti a screening per la produzione di biotensioattivi mediante vari saggi, che includevano il saggio di collasso delle gocce, il saggio di diffusione dell'olio, il saggio dell'indice di emulsione e la misurazione della tensione superficiale. Quindi, i biotensioattivi sono stati estratti dal brodo privo di cellule e la loro natura è stata identificata utilizzando la cromatografia a strato sottile e sono stati ulteriormente identificati utilizzando LCMS, NMR e FT-IR. Nella fase successiva, i biotensioattivi estratti sono stati miscelati insieme e il potenziale della miscela risultante per un migliore recupero dell'olio è stato determinato utilizzando la tecnica della colonna di sabbia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63207/63207fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Lo screening di questi ceppi microbici per produrre biotensioattivi è stato effettuato mediante collasso delle gocce, diffusione dell'olio, saggio dell'indice di emulsione e determinazione della riduzione della tensione superficiale del mezzo privo di cellule a causa della crescita dei microbi. I biotensioattivi sono stati estratti, caratterizzati e identificati chimicamente da LCMS, 1H NMR e FT-IR. Infine, è stata preparata una miscela di biotensioattivi prodotti da questi microbi ed è stata utilizzata per recuperare l'olio residuo in una colonna di sabbia simulata.
Il presente studio illustra solo i metodi coinvolti nello screening, nell'identificazione, nella caratterizzazione strutturale e nell'applicazione della combinazione di biotensioattivi per migliorare il recupero dell'olio residuo. Non fornisce una caratterizzazione funzionale dettagliata dei biotensioattivi prodotti dai ceppi microbici15,16. Vari esperimenti come la determinazione critica delle micelle, l'analisi termogravimetrica, la bagnabilità superficiale e la biodegradabilità vengono eseguiti per la caratterizzazione funzionale dettagliata di qualsiasi biotensioattivo. Ma poiché questo documento è un documento di metodi, l'attenzione si concentra sullo screening, l'identificazione, la caratterizzazione strutturale e l'applicazione della combinazione di biotensioattivi per migliorare il recupero dell'olio residuo; questi esperimenti non sono stati inclusi in questo studio.

<table><tbody><tr><td>Pipetta da 1 ml</td><td>Eppendorf, Germania</td><td>G54412G</td><td></td></tr><tr><td>1H NMR</td><td>Bruker Avance AV-III type spectrometer, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pipetta 20 ul</td><td>Thermo scientific, USA</td><td>Autoclave H69820</td><td></td></tr><tr><td></td><td>JAISBO, India</td><td>Ser no 5923</td><td>Jain Scientific</td></tr><tr><td>Bruciatore a fiamma blu</td><td>Rocker scientific, Taiwan</td><td>dragon 200</td><td></td></tr><tr><td>Innovazioni di butanolo</td><td>GLR, India</td><td>GLR09.022930</td><td></td></tr><tr><td>Colonna C18</td><td>Agilent Technologies, USA</td><td>770995-902</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuga</td><td>Eppendorf, Germania</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Cloroformio</td><td>Merck, India</td><td>1.94506.2521</td><td></td></tr><tr><td>Cloroformio-d</td><td>SRL, India</td><td>57034</td><td></td></tr><tr><td>Tubi Falcon</td><td>Tarsons, India</td><td>546041</td><td>Polipropilene sterilizzato con radiazioni</td></tr><tr><td>FT-IR</td><td>Thermo Fisher Scientific, USA&</td><td>nbsp; Nicolet iS50</td><td></td></tr><tr><td>Cappa aspirante</td><td>Khera, India</td><td>47408</td><td></td></tr><tr><td>Acido acetico glaciale</td> personalizzato <td>Merck, India</td><td>1.93002</td><td></td></tr><tr><td>Perle di vetro</td><td>Merck, India</td><td>104014</td><td></td></tr><tr><td>Vetrini Polar</td><td>industrial Corporation, USA</td><td>Blue Star</td><td>75 mm * 25 mm</td></tr><tr><td>Lana di vetro</td><td>Merk, India</td><td>104086</td><td></td></tr><tr><td>Acido cloridrico</td><td>Merck, India</td><td>1003170510</td><td></td></tr><tr><td>Incubatore</td><td>Thermo Scientific, USA</td><td>MaxQ600</td><td>Incubatore a scuotimento</td></tr><tr><td>Incubatore</td><td>Khera, India</td><td>Sunbim</td><td></td></tr><tr><td>Iodio resublimato</td><td>Merck, India</td><td>231-442-4</td><td>&nbsp; Granuli risublimati</td></tr><tr><td>K12 &ndash; Tensiometro Kruss Kruss</td><td>Scientific, Germania</td><td>K100</td><td></td></tr><tr><td>Cabnet a flusso d'aria laminare</td><td>Thermo Scientific, Cina</td><td>1300 Serie A2</td><td></td></tr><tr><td>LCMS</td><td>Agilent Technologies, USA</td><td>1260 Infinity II</td><td></td></tr><tr><td>Luria Brodo</td><td>HIMEDIA, India</td><td>M575-500G</td><td>Metanolo in polvere</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- anisaldeide</td><td>Sigma, USA</td><td>204-602-6</td><td></td></tr><tr><td>Piastra di Petri</td><td>Tarsons, India</td><td>460090-90 MM</td><td>Polipropilene sterilizzato con radiazioni</td></tr><tr><td>Saponina</td><td>Merck, India</td><td>232-462-6</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro di sodio</td><td>Merck, India</td><td>231-598-3</td><td></td></tr><tr><td>Provette</td><td>Borosil, India</td><td>9800U06</td><td>Tubi di vetro</td></tr><tr><td>Piastre 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>Bagno d'acqua</td><td>Julabo, India</td><td>SW21C</td><td></td></tr></tbody></table>

recupero avanzato dell'olio utilizzando una combinazione di biotensioattivi

Enhanced Oil Recovery using a Combination of Biosurfactants

I biotensioattivi sono composti tensioattivi in grado di ridurre la tensione superficiale tra due fasi di polarità diverse. I biotensioattivi stanno emergendo come alternative promettenti ai tensioattivi chimici a causa della minore tossicità, dell'elevata biodegradabilità, della compatibilità ambientale e della tolleranza a condizioni ambientali estreme. Qui illustriamo i metodi utilizzati per lo screening dei microbi in grado di produrre biotensioattivi. I microbi che producono biotensioattivi sono stati identificati utilizzando il collasso delle gocce, la diffusione dell'olio e i saggi dell'indice di emulsione. La produzione di biotensioattivi è stata convalidata determinando la riduzione della tensione superficiale del mezzo dovuta alla crescita dei membri microbici. Descriviamo anche i metodi coinvolti nella caratterizzazione e identificazione dei biotensioattivi. La cromatografia su strato sottile del biotensioattivo estratto seguita da colorazione differenziale delle piastre è stata eseguita per determinare la natura del biotensioattivo. LCMS, 1H NMR e FT-IR sono stati utilizzati per identificare chimicamente il biotensioattivo. Illustriamo inoltre i metodi per valutare l'applicazione della combinazione di biotensioattivi prodotti per migliorare il recupero dell'olio residuo in una colonna di sabbia simulata.

Tre ceppi batterici (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 e Paenibacillus sp. IITD108) sono stati sottoposti a screening per la produzione di biotensioattivi mediante vari saggi, tra cui il test di collasso delle gocce, il saggio di spostamento dell'olio, il saggio dell'indice di emulsione e la riduzione della tensione superficiale. I supernatanti privi di cellule di tutti e tre i ceppi batterici e una soluzione di tensioattivo chimico hanno provocato un collasso delle gocce e, p...

Illustriamo i metodi coinvolti nello screening e nell'identificazione dei microbi che producono biotensioattivi. Vengono inoltre presentati metodi per la caratterizzazione cromatografica e l'identificazione chimica dei biotensioattivi, determinando l'applicabilità industriale del biotensioattivo nel migliorare il recupero residuo dell'olio.

Recupero avanzato dell'olio utilizzando una combinazione di biotensioattivi

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

I biotensioattivi sono le molecole tensioattive empatiche prodotte da microrganismi che hanno la capacità di ridurre la tensione superficiale del liquido e la tensione interfacciale tra due diverse fasi. La natura empatica di queste molecole consente loro di allinearsi all'interfaccia tra due diverse fasi e migliorare la solubilizzazione di una fase in un'altra. I biotensioattivi hanno guadagnato molta attenzione rispetto alle loro controparti chimiche a causa dei vari vantaggi che offrono.Questi includono maggiore specificità, minore tossicità, maggiore diversità strutturale, facilità di preparazione, maggiore biodegradabilità, maggiore compatibilità ambientale e la loro attività in condizioni ambientali estreme. In questo video, dimostriamo i metodi coinvolti nello screening, nella caratterizzazione e nei biotensioattivi applicativi, prodotti da diversi ceppi di rodococco, lysinibacillus e paenibacillus. Illustriamo inoltre i metodi per valutare l'applicazione di combinazioni di biotensioattivi, prodotti da questi tre ceppi microbici nel recupero dell'olio residuo mediante una tecnica a colonna di sabbia.Il lavoro è stato svolto sotto la guida del Dr.Preeti Srivastava e del Dr.Manoj Kumar. Per la crescita dei microbi, inoculare i palloni contenenti centinaia di millilitri di brodo di Luria autoclavato, aggiungendo un millilitro di coltura di semi coltivata durante la notte al pallone all'interno dell'armadio del flusso d'aria laminare. Incubare i palloni in un incubatore rotante a 30 gradi Celsius e 180 RPM per sette giorni.Dopo il completamento del periodo di incubazione, raccogliere i palloni e trasferire il brodo di coltura nei tubi della centrifuga. Centrifugare la coltura a 4.500 G per 20 minuti in una centrifuga refrigerata a quattro gradi Celsius. Versare delicatamente il surnatante privo di cellule in un becher fresco e utilizzarlo nei saggi di screening per la produzione di biotensioattivi.Per lo screening della produzione di biotensioattivi mediante un test di collasso a goccia, prendere un vetrino pulito e rivestire la superficie del vetrino con 200 microlitri di olio. Ora aggiungi 20 microlitri di surnatante senza cellule al centro dell'olio e lascialo indisturbato per due o tre minuti. Se la goccia collassa, segnare il surnatante positivo per la presenza di biotensioattivo.Nel saggio di diffusione dell'olio, prendere 20 millilitri di acqua a doppia distillazione in una piastra di Petri e aggiungere 200 microlitri di petrolio greggio sulla superficie dell'acqua. Ora aggiungi 20 microlitri di surnatante senza cellule al centro dell'olio e lascialo indisturbato per un minuto. Se si forma una zona di compensazione a seguito dello spostamento dell'olio, assegnare un punteggio positivo al surnatante per la presenza di biotensioattivo.Nel test dell'indice di emulsione, aggiungere quattro millilitri di benzina e surnatante privo di cellule ciascuno in un tubo di vetro pulito. Quindi cosa la miscela vigorosamente per tre minuti e lasciarla indisturbata per le prossime 24 ore. Per misurare la tensione superficiale del surnatante privo di cellule, pulire il recipiente di vetro con il liquido la cui tensione superficiale deve essere determinata.Aggiungere il liquido nel recipiente e montare il recipiente sul portasciuga. Sblocca il supporto della sonda e monta la sonda su di esso. Utilizzando il controller manuale regolare l'altezza della piattaforma, in modo tale che la sonda sia a due o tre millimetri di distanza dalla superficie del liquido.Quindi vai ai software e segui i passaggi menzionati nel documento per misurare la tensione superficiale. Dopo aver completato la misurazione, abbassare l'altezza della piattaforma e sbloccare e smontare la sonda e la nave dallo strumento. Per l'estrazione del biotensioattivo, regolare il pH del surnatante privo di cellule a due, utilizzando due normali acidi cloridrici.Conservare la miscela a quattro gradi Celsius durante la notte. Il giorno successivo, aggiungere lo stesso volume di miscela di metanolo cloroformio e mescolare vigorosamente per 20 minuti. Lasciare la miscela indisturbata per una separazione libera.Rimuovere la faccia superiore, contenente acqua e metanolo, e lasciare evaporare la faccia inferiore contenente biotensioattivo in una cappa aspirante. Dopo l'evaporazione della fase organica, ridistribuire il biotensioattivo color miele in tre millilitri di cloroformio e utilizzare questa miscela per la caratterizzazione e l'identificazione del biotensioattivo. Per la caratterizzazione cromatografica del biotensioattivo estratto, individuare 20 microlitri di biotensioattivo su piastre TLC.Dopo aver asciugato le piastre, posizionare la piastra TLC all'interno della camera satura di miscela di metanolo cloroformio ed eseguire la TLC. Per il rilevamento dei lipidi, aggiungere alcuni granuli di iodio nella camera fresca e saturare la camera per cinque o 10 minuti. Posizionare il TLC all'interno della camera e osservare lo sviluppo di macchie gialle.Per il rilevamento di proteine e carboidrati, spruzzare la piastra TLC con non idrogeno o anisaldeide e riscaldare a 110 gradi Celsius e osservare lo sviluppo del colore. Per l'analisi NMR, inserire il tubo nella chiave inglese. Regolare l'altezza del tubo utilizzando il tubo regolato.Posizionare il tubo NMR, insieme alla chiave inglese in una macchina MR e seguire i passaggi menzionati nel documento per ottenere uno spettro NMR. Per un esperimento di recupero dell'olio migliorato, prendi una colonna di vetro e sigilla l'uscita inferiore con lana di vetro e perline di vetro. Retro la colonna con terreno sabbioso in modo tale che un po 'di liquido possa essere aggiunto nella parte superiore del terreno.Montare la colonna sul supporto e aggiungere alcune perle di vetro sulla parte superiore del terreno. Inondare la colonna con 50 millilitri di soluzione di salamoia e raccogliere il flusso per determinare il volume scarso. Rimuovere la salamoia dalla colonna costringendo il petrolio greggio a passarci attraverso.Raccogliere il volume di salamoia e olio che esce dalla colonna per determinare il volume iniziale di saturazione dell'olio. Dopo 24 ore, inondare la colonna con 10 scarsi volumi di salamoia e raccogliere l'olio che esce dalla colonna per stimare il recupero secondario dell'olio. L'olio lasciato nella colonna dopo il recupero secondario dell'olio corrisponde all'olio residuo.Ora prepara una miscela di biotensioattivi aggiungendo il biotensioattivo estratto a un becher di vetro. E aggiungi il biotensioattivo e la miscela alla colonna e lascialo indisturbato per le prossime 24 ore. Dopo 24 ore, misurare la quantità di olio e acqua che ha alluso fuori dalla colonna per determinare il recupero dell'olio aggiuntivo o migliorato.I supernatanti privi di cellule dei tre ceppi microbici sono stati valutati positivi per la presenza di biotensioattivi in quanto hanno provocato il collasso delle gocce, la diffusione dell'olio e la formazione di emulsioni. La conferma della produzione di biotensioattivi è stata fornita misurando la tensione superficiale del brodo privo di cellule. A causa della crescita di rhodococcus e lysinibacillus, la tensione superficiale del mezzo si è ridotta da 59 a 45 mN per metro.A causa della crescita di paenibacillus, la tensione superficiale del mezzo si è ridotta da 59 a 28,4 mN per metro. I saggi di stabilità dell'emulsione hanno dimostrato che i biotensioattivi prodotti dai tre ceppi microbici hanno mostrato una grande stabilità in condizioni diverse e ambientali. Gli indici di emulsione non hanno mostrato alcun cambiamento significativo quando sono stati modificati la temperatura di incubazione, il pH e la concentrazione salina del brodo privo di cellule.La caratterizzazione DLC del biotensioattivo estratto ha mostrato che i biotensioattivi prodotti da tutti e tre i ceppi erano glicolipedi. L'identificazione chimica dei biotensioattivi ha mostrato che il rodococco e il lysinbacillus producevano lo stesso biotensioattivo, che è stato identificato come rhamnolipid, con una massa di circa quattro 80 dalton. Paenibaccilus, d'altra parte, produce un ramnolipide contenente tre catene lipidiche con una massa di circa 802 dalton.La combinazione di biotensioattivi è stata in grado di recuperare il 56,5% dell'olio residuo dalla colonna di sabbia. La produzione di biotensioattivi dai ceppi di rodococco, lsyinibaccilus e paenibacillus è stata analizzata e i ceppi sono stati valutati positivi per la produzione di biotensioattivi. I biotensioattivi prodotti sono stati caratterizzati e identificati come ramnolipidi.Poiché la combinazione di biotensioattivi è riuscita a recuperare il 56% dell'olio residuo in una tecnica di impacco di sabbia, la combinazione di biotensioattivi può essere utilizzata in applicazioni sul campo per recuperare l'olio residuo intrappolato all'interno dei serbatoi di petrolio.

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