Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Verbeterde olieterugwinning met behulp van een combinatie van biosurfactanten

5.5K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/63207

⸱

3 juni 2022

 ,  ,  , 
1Department of Biochemical Engineering and Biotechnology, Indian Institute of Technology Delhi, 2Indian Oil Corporation, Research and Development Faridabad

In dit artikel

Samenvatting

We illustreren de methoden die betrokken zijn bij het screenen en identificeren van de biosurfactant producerende microben. Methoden voor chromatografische karakterisering en chemische identificatie van de biosurfactanten, het bepalen van de industriële toepasbaarheid van de biosurfactant bij het verbeteren van de resterende olieterugwinning worden ook gepresenteerd.

Samenvatting

Biosurfactanten zijn oppervlakteactieve verbindingen die in staat zijn om de oppervlaktespanning tussen twee fasen van verschillende polariteiten te verminderen. Biosurfactanten zijn in opkomst als veelbelovende alternatieven voor chemische oppervlakteactieve stoffen vanwege minder toxiciteit, hoge biologische afbreekbaarheid, milieucompatibiliteit en tolerantie voor extreme omgevingsomstandigheden. Hier illustreren we de methoden die worden gebruikt voor het screenen van microben die biosurfactanten kunnen produceren. De biosurfactant producerende microben werden geïdentificeerd met behulp van drop collapse, olie verspreiden en emulsie index assays. De productie van biosurfactanten werd gevalideerd door de vermindering van de oppervlaktespanning van de media als gevolg van de groei van de microbiële elementen te bepalen. We beschrijven ook de methoden die betrokken zijn bij de karakterisering en identificatie van biosurfactanten. Dunnelaagchromatografie van de geëxtraheerde biosurfactant gevolgd door differentiële kleuring van de platen werd uitgevoerd om de aard van de biosurfactant te bepalen. LCMS, 1H NMR en FT-IR werden gebruikt om de biosurfactant chemisch te identificeren. We illustreren verder de methoden om de toepassing van de combinatie van geproduceerde biosurfactanten te evalueren voor het verbeteren van de restolieterugwinning in een gesimuleerde zandpakketkolom.

Inleiding

Biosurfactanten zijn de amfipathische oppervlakte-actieve moleculen geproduceerd door micro-organismen die het vermogen hebben om het oppervlak en de interfaciale spanning tussen twee fasen1 te verminderen. Een typische biosurfactant bevat een hydrofiel deel dat meestal bestaat uit een suikergroep of een peptideketen of hydrofiel aminozuur en een hydrofoob deel dat bestaat uit een verzadigde of onverzadigde vetzuurketen2. Vanwege hun amfipathische aard assembleren biosurfactanten zich op het grensvlak tussen de twee fasen en verminderen ze de interfaciale spanning aan de grens, wat de verspreiding van de ene fase in de anderevergemakkelijkt 1,3. Verschillende soorten biosurfactanten die tot nu toe zijn gemeld, zijn glycolipiden waarin koolhydraten zijn gekoppeld aan alifatische of hydroxy-alifatische zuren met een lange keten via esterbindingen (bijv. rhamnolipiden, trehalolipiden en sophorolipiden), lipopeptiden waarin lipiden zijn bevestigd aan polypeptideketens (bijv. Oppervlakteactine en lichenysine) en polymere biosurfactanten die meestal zijn samengesteld uit polysaccharide-eiwitcomplexen (bijv. emulsan, liposan, alasan en lipomannan)4. Andere soorten biosurfactanten die door de micro-organismen worden geproduceerd, zijn vetzuren, fosfolipiden, neutrale lipiden en deeltjesbiosurfactanten5. De meest bestudeerde klasse van biosurfactanten is glycolipiden en onder hen zijn de meeste studies gerapporteerd over rhamnolipiden6. Rhamnolipiden bevatten een of twee moleculen rhamnose (die het hydrofiele deel vormen) gekoppeld aan een of twee moleculen lange keten vetzuren (meestal hydroxy-decaanzuur). Rhamnolipiden zijn primaire glycolipiden die als eerste zijn gemeld uit Pseudomonas aeruginosa7.

Biosurfactants krijgen steeds meer aandacht in vergelijking met hun chemische tegenhangers vanwege verschillende unieke en onderscheidende eigenschappen die ze bieden8. Deze omvatten een hogere specificiteit, lagere toxiciteit, grotere diversiteit, bereidingsgemak, hogere biologische afbreekbaarheid, beter schuimen, milieuvriendelijkheid en activiteit onder extreme omstandigheden9. Structurele diversiteit van de biosurfactanten (figuur S1) is een ander voordeel dat hen een voorsprong geeft op de chemische tegenhangers10. Ze zijn over het algemeen effectiever en efficiënter bij lagere concentraties omdat hun kritische micelconcentratie (CMC) meestal meerdere malen lager is dan chemische oppervlakteactieve stoffen11. Er is gemeld dat ze zeer thermostabiel zijn (tot 100 °C) en hogere pH (tot 9) en hoge zoutconcentraties (tot 50 g/L)12 kunnen verdragen, waardoor verschillende voordelen worden geboden in industriële processen, die blootstelling aan extreme omstandigheden vereisen13. Biologische afbreekbaarheid en lagere toxiciteit maken ze geschikt voor milieutoepassingen zoals bioremediatie. Vanwege de voordelen die ze bieden, hebben ze meer aandacht gekregen in verschillende industrieën zoals de voedings-, landbouw-, wasmiddel-, cosmetische en aardolie-industrie11. Biosurfactanten hebben ook veel aandacht gekregen bij oliesanering voor het verwijderen van aardolieverontreinigingen en giftige verontreinigende stoffen14.

Hier rapporteren we de productie, karakterisering en toepassing van biosurfactanten geproduceerd door Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 en Paenibacillus sp. IITD108. De stappen die betrokken zijn bij screening, karakterisering en toepassing van een combinatie van biosurfactanten voor verbeterde olieterugwinning worden beschreven in figuur 1.

figure-introduction-1
Figuur 1: Een methode voor verbeterde olieterugwinning met behulp van een combinatie van biosurfactanten. De stapsgewijze werkstroom wordt weergegeven. De werkzaamheden zijn in vier stappen uitgevoerd. Eerst werden de microbiële stammen gekweekt en gescreend op de productie van biosurfactant door verschillende assays, waaronder drop collapse assay, oil spreading assay, emulsion index assay en surface tension measurement. Vervolgens werden de biosurfactanten geëxtraheerd uit de celvrije bouillon en hun aard werd geïdentificeerd met behulp van dunne laagchromatografie en ze werden verder geïdentificeerd met behulp van LCMS, NMR en FT-IR. In de volgende stap werden de geëxtraheerde biosurfactanten gemengd en werd het potentieel van het resulterende mengsel voor verbeterde olieterugwinning bepaald met behulp van de zandpakketkolomtechniek. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Screening van deze microbiële stammen om biosurfactanten te produceren werd gedaan door druppelinstorting, oliespreiding, emulsie-indextest en bepaling van vermindering van de oppervlaktespanning van het celvrije medium als gevolg van de groei van de microben. De biosurfactanten werden geëxtraheerd, gekarakteriseerd en chemisch geïdentificeerd door LCMS, 1H NMR en FT-IR. Ten slotte werd een mengsel van biosurfactanten geproduceerd door deze microben bereid en werd gebruikt om de resterende olie terug te winnen in een gesimuleerde zandpakketkolom.

De huidige studie illustreert alleen de methoden die betrokken zijn bij screening, identificatie, structurele karakterisering en toepassing van de biosurfactantcombinatie op het verbeteren van restolieterugwinning. Het biedt geen gedetailleerde functionele karakterisering van de biosurfactanten geproduceerd door de microbiële stammen15,16. Verschillende experimenten zoals kritische micelbepaling, thermogravimetrische analyse, bevochtigbaarheid van het oppervlak en biologische afbreekbaarheid worden uitgevoerd voor gedetailleerde functionele karakterisering van elke biosurfactant. Maar aangezien dit artikel een methodepaper is, ligt de focus op screening, identificatie, structurele karakterisering en toepassing van de biosurfactantencombinatie op het verbeteren van restolieterugwinning; deze experimenten zijn niet meegenomen in deze studie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Groei van microbiële stammen

  1. Weeg 2 g Luria Bouillonpoeder af en voeg toe aan 50 ml gedestilleerd water in een erlenmeyer van 250 ml. Meng de inhoud totdat het poeder volledig is opgelost en vul het volume aan tot 100 ml met gedestilleerd water.
  2. Bereid op dezelfde manier nog twee kolven van 100 ml Luria Bouillon en plaats wattenstaafjes op de hals van de kolven.
  3. Bedek de katoenen pluggen met aluminiumfolie en autoclaaf de kolven gedurende 15 minuten bij 121 °C en 15 psi om de media te steriliseren.
  4. Laat na het autoclaveren de media afkoelen tot kamertemperatuur.
  5. Kies voor de bereiding van de primaire kweek van een stam een enkele kolonie uit een LA-plaat met behulp van een inentingslus en ent in een reageerbuis met 5 ml steriele Luria-bouillon.
  6. Incubeer de reageerbuis 's nachts bij 30 °C bij 180 tpm.
  7. Ent de kolven met 100 ml geautoclaveerde Luria-bouillon door 1 ml 's nachts gekweekte zaadculturen toe te voegen aan de kolven in de laminaire luchtstroomkast.
  8. Incubeer de kolven in een roterende incubator bij 30 °C en 180 rpm gedurende 7 dagen.
  9. Oogst na het voltooien van de incubatietijd de kolven en breng de kweekbouillon over naar de centrifugebuizen. Centrifugeer de cultuur bij 4.500 x g gedurende 20 minuten in een koelcentrifuge bij 4 °C.
  10. Giet voorzichtig het celvrije supernatant in een vers bekerglas en gebruik het bij screeningstests voor de productie van biosurfactanten.

2. Screeningstests voor de productie van biosurfactanten

OPMERKING: In de volgende secties werd commerciële oppervlakteactieve stof (Saponine) gebruikt als een positieve controle, terwijl water en niet-geïinoculeerde media werden gebruikt als een negatieve controle.

  1. Samenvouwtest voor druppels
    1. Neem een schone glasplaat en bedek het oppervlak van de dia met 200 μL olie.
    2. Voeg 20 μL van het celvrije supernatant toe aan het midden van de olie en laat het 2-3 min ongestoord.
      OPMERKING: Als de druppel instort, scoor dan het bovennatuurlijke positief voor de aanwezigheid van biosurfactant.
  2. Olieverspreidingstest
    1. Neem 20 ml dubbel gedestilleerd water in een petriplaat (diameter 75 mm) en voeg 200 μL ruwe olie toe aan het wateroppervlak.
    2. Voeg 20 μL celvrij supernatant toe aan het midden van de olie en laat het 1 min ongestoord.
      OPMERKING: Als een clearingzone wordt gevormd als gevolg van olieverplaatsing, scoor dan het supernatant positief voor de aanwezigheid van de biosurfactant.
  3. Emulsie-indextest (E24-assay )
    1. Voeg elk 4 ml benzine en celvrij supernatant toe aan een reageerbuis van schoon glas.
    2. Vortex het mengsel krachtig gedurende 3 minuten en laat het de volgende 24 uur ongestoord.
    3. Bepaal na 24 uur de E24-index als percentage van de hoogte van de geëmulgeerde laag (cm) ten opzichte van de hoogte van de gehele vloeistofkolom (cm).
      figure-protocol-1
      OPMERKING: Als een emulsie (olie in water of water in olie) na 24 uur wordt waargenomen, bevat het supernatant waarschijnlijk de biosurfactant.
  4. Oppervlaktespanningsmeting
    OPMERKING: De oppervlaktespanning werd gemeten met behulp van de Du Noüy-ringmethode17. Het instrument dat in dit experiment wordt gebruikt (zie Tabel met materialen) is erg gevoelig, dus zorg voor een goede reiniging van het glazen vat en de sonde.
    1. Schakel het systeem in en dubbelklik op de bijbehorende software om het te openen.
    2. Reinig het glazen vat met de vloeistof waarvan de oppervlaktespanning moet worden bepaald.
    3. Voeg de vloeistof (40 ml) toe aan het vat en monteer het vat op de vathouder.
    4. Ontgrendel de sondehouder en monteer de sonde erop. Vergrendel nu de sondehouder door op de vergrendelknop op de handmatige controller te drukken.
    5. Stel met behulp van de handmatige controller de hoogte van het platform zo in dat de sonde ongeveer 2-3 mm van het oppervlak van de vloeistof verwijderd is.
    6. Gebruik nu de software om de oppervlaktespanning te meten. Klik op Bestand in het linkerbovenpaneel van het scherm. Klik op Werkruimte openen. Er verschijnt een pop-upvenster.
    7. Scroll naar beneden en dubbelklik op het pictogram K100: Surface and Interfacial Tension .
    8. Klik nu op het pictogram Bestand in de linkerbovenhoek van het scherm. Klik op Nieuwe database. Voer de naam in voor het opslaan van de gegevens en klik op OK.
    9. Klik nogmaals op Bestand > Nieuwe meting > SFT > Ring. Voer de naam voor de meting in. Zorg ervoor dat de configuratiesjabloon SFT-ring weergeeft.
    10. Vul de details in het venster Metingsconfiguratie in door de sonde en het vat te selecteren dat voor de meting wordt gebruikt. Vul ook de details van de vloeistof- en de gasfase in.
      OPMERKING: De vloeibare fase is water, terwijl de gasfase lucht is. De dichtheid van de vloeibare fase is de dichtheid van het celvrije supernatant. Dit kan worden bepaald door het gewicht van 50 ml van de vloeistof te nemen en de dichtheid te berekenen als Kg / m3.
    11. Klik nu op het tabblad Procedure en vul de volgende gegevens in: Detectiesnelheid: 6 mm/min, Detectiegevoeligheid: 0,005 g, Zoeksnelheid: 6 mm/min, Zoekgevoeligheid: 0,005 g, Meetsnelheid: 3 mm/min, Meetgevoeligheid: 0,001 g, Onderdompelingsdiepte: 3 mm, Retourafstand: 10%, correctie: Harkins & Jordan, max waarden: 5. Klik op OK.
    12. Selecteer in het pop-upvenster de database om gegevens op te slaan en klik op OK.
      OPMERKING: Men kan hier een nieuwe database maken of nieuwe metingen toevoegen aan de bestaande gegevens.
    13. Klik nu op de knop Afspelen in het midden bovenaan het scherm. Het systeem begint met het uitvoeren van het script. Nadat het systeem is gestabiliseerd, detecteert het het oppervlak. Dompel de sonde onder in de vloeistof, beweeg de sonde heen en weer en detecteer de spanning in de gevormde lamellen.
    14. Om de resultaten te verkrijgen, klikt u op het pictogram Meting links in het midden van het scherm. Klik op Gegevens en noteer de bepaalde oppervlaktespanning.
    15. Na voltooiing van de meting verlaagt u de hoogte van het platform en ontgrendelt en ontkoppelt u de sonde en het vat van het instrument.
      OPMERKING: Om de afname van de oppervlaktespanning als gevolg van biosurfactantproductie te bepalen, moet niet-geinoculeerde LB als controle worden gebruikt.

3. Biosurfactant extractie

  1. Stel de pH van het celvrije supernatant in op 2 met behulp van 2 N HCl. Bewaar het mengsel 's nachts bij 4 °C.
  2. Voeg een gelijk volume chloroform-methanolmengsel (2:1) toe aan het supernatant en meng krachtig gedurende 20 minuten.
  3. Laat het mengsel ongestoord totdat de fasescheiding plaatsvindt.
  4. Verwijder de bovenste fase met water en methanol en laat de onderste fase met de biosurfactant verdampen in een zuurkast.
  5. Na verdamping van de organische fase, herisosolveer de honingkleurige ruwe biosurfactant in 3 ml chloroform en gebruik dit mengsel voor verdere identificatie en karakterisering van de biosurfactant.

4. Emulsiestabiliteitsstudies

  1. Emulsiestabiliteit bij verschillende temperaturen
    1. Neem 5 ml celvrije supernatanten in verschillende reageerbuizen.
    2. Voeg 5 ml benzine toe aan elke reageerbuis en meng krachtig door gedurende 3 minuten te vortexen.
    3. Incubeer de reageerbuizen een nacht in verschillende waterbaden bij verschillende temperaturen (30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C en 70 °C).
    4. Schat na 24 uur de emulsie-indices zoals eerder vermeld.
  2. Emulsiestabiliteit bij verschillende pH-waarden
    1. Neem 5 ml van het celvrije supernatant in schone reageerbuizen.
    2. Pas de pH van celvrije supernatanten (2, 4, 6, 8 en 10) aan met 1 N HCl en 1 N NaOH.
    3. Voeg een gelijke hoeveelheid benzine toe aan de reageerbuizen en meng krachtig door gedurende 3 minuten te vortexen.
    4. Laat de reageerbuizen gedurende 24 uur ongestoord bij kamertemperatuur.
    5. Schat de emulsie-index zoals eerder vermeld.
  3. Emulsiestabiliteit bij verschillende zoutconcentraties
    1. Neem 5 ml van het celvrije supernatant in schone reageerbuizen.
    2. Voeg verschillende hoeveelheden zout (NaCl) toe aan de supernatanten (0 g/L, 5 g/L, 10 g/L, 20 g/L, 60 g/L en 80 g/L).
    3. Los de zouten in de celvrije supernatanten op door gedurende 3 minuten te vortexen.
    4. Voeg een gelijke hoeveelheid benzine toe aan de reageerbuizen en meng krachtig door gedurende 3 minuten te vortexen.
    5. Laat de reageerbuizen gedurende 24 uur ongestoord bij kamertemperatuur.
    6. Schat de emulsie-index na 24 uur.

5. Bepalen van de aard van de biosurfactant

  1. TLC van de geëxtraheerde biosurfactant
    1. Spot 20 μL van de biosurfactanten op TLC-platen. Spot 2 μL in één keer.
    2. Spot de biosurfactanten op drie verschillende TLC-platen.
    3. Bereid een mengsel van 100 ml van het eluent dat chloroform:methanol (2:1) bevat en voeg het eluent toe aan de TLC-kamer. Sluit het deksel van de kamer en laat het 20 minuten verzadigen.
    4. Plaats na het drogen van de platen de TLC-platen in de kamer die verzadigd is met een chloroform methanolmengsel en laat de TLC lopen.
    5. Nadat de eluent de bovenkant van de TLC-plaat (1 cm van de bovenkant) heeft bereikt, haalt u de platen eruit en laat u deze aan de lucht drogen.
  2. Kleuring voor lipidendetectie
    1. Neem een schone TLC-kamer en voeg wat (5-10) korrels jodium toe aan de verse kamer en verzadig de kamer gedurende 5 tot 10 minuten.
    2. Plaats de TLC-plaat in de kamer en let op de ontwikkeling van de gele vlekken. Als de vlekken verschijnen, scoor dan de biosurfactant positief voor de aanwezigheid van de lipidecomponent.
  3. Kleuring voor detectie van peptiden of aminozuren
    1. Bereid een ninhydrineoplossing door 0,4 g ninhydrine op te lossen in 20 ml butanol. Voeg 0,6 ml 100% ijsazijn toe aan het mengsel.
    2. Spuit de TLC-plaat in met ninhydrine-oplossing en laat deze 2 min aan de lucht drogen. Verwarm de plaat op 110 °C en observeer de ontwikkeling van de kleur.
      OPMERKING: Als de blauwe vlekken verschijnen, scoor dan de biosurfactant positief voor de aanwezigheid van een peptideketen of aminozuur.
  4. Kleuring voor koolhydraatdetectie
    1. Bereid een oplossing van p-anisaldehyde door 2 ml p-anisaldehyde toe te voegen aan 48 ml ijsazijn met 1 ml H2SO4. Voeg 0,6 ml azijnzuur toe aan het mengsel.
    2. Spuit het mengsel gelijkmatig op een TLC-plaat en laat het 2 min aan de lucht drogen.
    3. Incubeer de plaat bij 110 °C en monitor de ontwikkeling van vlekken.
      OPMERKING: Als de groene of bruine vlekken verschijnen, scoor dan de biosurfactant positief voor de aanwezigheid van koolhydraten.

6. Chemische identificatie van de biosurfactant

  1. LCMS van de biosurfactant
    1. Los 25 mg van de geëxtraheerde biosurfactant op in 1 ml chloroform.
    2. Voer LCMS uit (in een vergrendelingssproeiconfiguratie met een referentiescanfrequentie van 10 s) met behulp van een C18-kolom.
    3. Gebruik chloroform:methanol (1:1) als mobiele fase en injecteer 2 μL van het monster in de kolom met een stroomsnelheid van 0,1 ml/min.
    4. Stel de experimentele parameters in op: polariteit: ES-positief, capillaire spanning: 3 kV, brontemperatuur: 80 °C, desolvatietemperatuur: 300 °C, desolvatiegasdebiet: 7.000 L / h en opvanggasdebiet: 0,40 ml / min.
    5. Scan het bereik van 100 tot 1.200 Da gedurende een detectietijd van 20 minuten en onderzoek de ionen in positieve ES-modus.
    6. Analyseer de m/z-waarden met behulp van massaspectrometrie quantitively software.
    7. Log voor analyse in op de software.
    8. Klik op Batch Search en voer de lijst met verkregen massa's in. Onderzoek de resultaten in een positieve laadmodus en gebruik M + H en M + Na als de adducten. Handhaaf de nauwkeurigheid tot 10 PPM en vink Displaystructuur aan.
    9. Klik op Zoeken en selecteer in de lijst met verbindingen degene met het laagste PPM-niveau.
  2. 1 H NMR van de biosurfactant
    OPMERKING: 1H NMR van de biosurfactant werd uitgevoerd met behulp van een 400 MHz NMR-spectrometer (zie Materiaaltabel).
    1. Los 5 mg van de biosurfactant op in 1 ml gedeutereerd chloroform (CdCl3).
    2. Breng het mengsel over in een NMR-buis. Sluit de buis goed af en steek de buis in de sleutel. Pas de hoogte van de buis aan met behulp van de verstelbuis.
    3. Plaats de buis samen met de sleutel in de NMR-machine en volg de onderstaande stappen om een NMR-spectrum te krijgen.
    4. Om het type monsterbuis te selecteren: sx N, waarbij N de positie is waar de buis is geplaatst (bijvoorbeeld sx 13, als de buis op de13e positie is geplaatst) in de bijbehorende software.
    5. Typ edc en druk op Enter om een nieuwe map te maken waarin gegevens kunnen worden opgeslagen.
    6. Er verschijnt een pop-up. Selecteer het oplosmiddel door in de lijst op CdCl 3 te klikken en voer de naam van het monster in.
    7. Om het protocol te starten, typt u "getprosol"; om het oplosmiddel te vergrendelen, typt u "lock cdcl3".
    8. Typ "topshim" om het monster te shim en typ ten slotte "rga;zgefp" voor het verkrijgen van de gegevens. Hiermee wordt het protocol gestart.
    9. Nadat de spectra zijn verkregen, typt u "apk;abs n" en drukt u op enter voor fase- en basislijncorrectie.
    10. Als u primaire pieken wilt selecteren, typt u "pp" en drukt u op Enter. Als u alleen intense pieken wilt selecteren, voert u "mi" in en typt u de intensiteit waarboven de pieken moeten worden geselecteerd. De standaardwaarde is 0,2.
    11. Om de pieken te integreren, klikt u op Integreren en plaatst u de cursor aan de linkerkant van de piek die moet worden geïntegreerd en terwijl u de cursor ingedrukt houdt, klikt u en sleept u de cursor rond de piek.
    12. Sla de gegevens op door in de linkerbovenhoek op Bestand te klikken en klik vervolgens op Opslaan.
    13. Het monster kan uit de machine worden verwijderd door "sx ej" te typen.
    14. Analyseer de pieken en bepaal de omgeving van de H-atomen.
  3. FourierTransformatie Infrarood Spectroscopie van de biosurfactant
    OPMERKING: FT-IR van geëxtraheerde biosurfactant werd uitgevoerd met behulp van een in de handel verkrijgbare spectrofotometer in ATR-modus (zie Materiaaltabel).
    1. Schakel de spectrofotometer in en controleer de purge, het droogmiddel en de detector.
    2. Om een spectrum te verzamelen, verzamelt u eerst het achtergrondspectrum zonder dat er een monster op zijn plaats is.
    3. Neem de geëxtraheerde biosurfactant en droog deze volledig. Plaats de gedroogde biosurfactant direct over het diamantkristal, oefen druk uit en druk op het ATR-aanraakpunt.
    4. Selecteer in de software het aantal scans (voer 30 in) en scan het spectrum van 400 cm-1 tot 4.000 cm-1.
    5. Klik op OK om het monsterspectrum toe te voegen aan het spectrale venster.
    6. Klik op Bestanden > Opslaan > Opslaan als en voer de bestandsnaam in gevolgd door extensie .spa en klik op OK.

7. Biosurfactant toepassing (verbeterde oliewinning)

OPMERKING: In dit experiment werd dubbel gedestilleerd water gebruikt als een negatieve controle en 10% SDS, 10% Tween 80 en 10% commercieel saponine werden gebruikt als positieve controles.

  1. Neem het glas en sluit de onderste uitlaat af met glaswol en glasparels.
  2. Verpak de kolom met zandgrond op zo'n manier dat er aan de bovenkant van de grond wat vloeistof kan worden toegevoegd en de doorstroming aan de onderkant kan worden opgevangen. Monteer de kolom op de houder en voeg wat glasparels toe aan de grond.
  3. Overspoel de kolom met 50 ml pekeloplossing en verzamel de doorstroming om het porievolume te bepalen.
    porievolume = volume pekel toegevoegd aan de bovenkant - volume van de doorstroming verzameld.
  4. Verwijder de pekel uit de kolom door ruwe olie er doorheen te laten gaan nadat u deze vanaf de bovenkant van de kolom hebt toegevoegd. Verzamel het volume van de pekel en olie die uit de kolom komt om het initiële olieverzadigingsvolume te bepalen. Het volume van de pekel die uit de kolom vrijkomt, is het initiële olieverzadigingsvolume of de originele olie op zijn plaats.
  5. Laat de zuil 24 uur ongestoord.
  6. Na 24 uur overstroomt u de kolom met 10 porievolumes pekel en verzamelt u de olie die uit de kolom komt om de secundaire oliewinning te schatten. De olie die na secundaire oliewinning in de kolom achterblijft, komt overeen met de restolie.
  7. Bereid een mengsel van biosurfactanten door gelijke volumes van de geëxtraheerde biosurfactant (geëxtraheerd na stap 3.5) toe te voegen aan het glazen bekerglas. Voeg de biosurfactanten toe aan de bovenkant van de kolom en incubeer de kolom gedurende 24 uur.
  8. Meet na 24 uur de hoeveelheid olie en water om extra of verbeterde olieterugwinning te bepalen. Het volume van de olie die vrijkomt uit de kolom komt overeen met de teruggewonnen restolie.
  9. Schat verbeterde oliewinning met de volgende vergelijking:
    figure-protocol-2

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Drie bacteriestammen (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 en Paenibacillus sp. IITD108) werden gescreend op de productie van biosurfactanten door verschillende assays, waaronder drop collapse assay, oil displacement assay, emulsion index assay en surface tension reduction. Celvrije supernatanten van alle drie de bacteriestammen en een oplossing van chemische oppervlakteactieve stof resulteerden in een druppelinstorting en werden daarom positief gescoord voor de aanwezigheid van ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Biosurfactanten zijn een van de meest veelzijdige groep biologisch actieve componenten die aantrekkelijke alternatieven worden voor chemische oppervlakteactieve stoffen. Ze hebben een breed scala aan toepassingen in tal van industrieën, zoals wasmiddelen, verven, cosmetica, voedsel, farmaceutica, landbouw, aardolie en waterbehandeling vanwege hun betere bevochtigbaarheid, lagere CMC, gediversifieerde structuur en milieuvriendelijkheid18. Dit heeft geleid tot een toegenomen interesse in het ontdekk...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren geen belangenconflicten te hebben.

Dankbetuigingen

De auteurs willen het Department of Biotechnology, Government of India, bedanken voor de financiële steun.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
1 ml pipetteEppendorf, DuitslandG54412G
1H NMRBruker Avance AV-III type spectrometer, VS
20 ul pipetteThermo scientific, VSH69820
AutoclaafJAISBO, IndiaSer nr 5923Jain Scientific
Blauwe vlambranderRocker scientific, Taiwandragon 200
ButanolGLR inovations, IndiaGLR09.022930
C18 kolomAgilent Technologies, VS770995-902
CentrifugeEppendorf, Duitsland5810R
ChloroformMerck, India1.94506.2521
Chloroform-dSRL, India57034
Falcon tubesTarsons, India546041Polypropyleen gesteriliseerd met straling
FT-IRThermo Fisher Scientific, VS Nicolet iS50
ZuigkapKhera, India47408Aangepast
Glazuur azijnzuurMerck, India1.93002
GlaskralenMerck, India104014
GlasplatenPolar industrial Corporation, VSBlue Star75 mm * 25 mm
GlaspluisMerk, India104086
ZoutzuurMerck, India1003170510
IncubatorThermo Scientific, VSMaxQ600Slingerincubator
IncubatorKhera, IndiaSunbim
Jodium gesublimeerdMerck, India231-442-4 gesublimeerde korrels
K12 –Kruss tensiometerKruss Scientific, DuitslandK100
Laminaire luchtstroomkastThermo Scientific, China1300 Series A2
LCMSAgilent Technologies, VS1260 Infinity II
Luria BrothHIMEDIA, IndiaM575-500GPoeder
MethanolMerck, India107018
NinhydrineTitan Biotech Limited, India1608
p- anisaldehydeSigma, VS204-602-6
PetrischaalTarsons, India460090-90 MMPolypropyleen gesteriliseerd met straling
SaponineMerck, India232-462-6
NatriumchlorideMerck, India231-598-3
TestbuizenBorosil, India9800U06Glasbuizen
TLC platenMerck, India1055540007
VortexGeNei, India2006114318
WaterbadJulabo, IndiaSW21C

Referenties

  1. Desai, J. D., Banat, I. M. Microbial production of surfactants and their commercial potential. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 61 (1), 47-64 (1997).
  2. Banat, I. M. Biosurfactants production and possible uses in microbial enhanced oil recovery and oil pollution remediation: a review. Bioresource Technology. 51 (1), 1-12 (1995).
  3. Singh, A., Van Hamme, J. D., Ward, O. P. Surfactants in microbiology and biotechnology: Part 2. Application aspects. Biotechnology Advances. 25 (1), 99-121 (2007).
  4. Shah, N., Nikam, R., Gaikwad, S., Sapre, V., Kaur, J. Biosurfactant: types, detection methods, importance and applications. Indian Journal of Microbiology Research. 3 (1), 5-10 (2016).
  5. McClements, D. J., Gumus, C. E. Natural emulsifiers-Biosurfactants, phospholipids, biopolymers, and colloidal particles: Molecular and physicochemical basis of functional performance. Advances in Colloid and Interface Science. 234, 3-26 (2016).
  6. Nguyen, T. T., Youssef, N. H., McInerney, M. J., Sabatini, D. A. Rhamnolipid biosurfactant mixtures for environmental remediation. Water Research. 42 (6-7), 1735-1743 (2008).
  7. Maier, R. M., Soberon-Chavez, G. Pseudomonas aeruginosa rhamnolipids: biosynthesis and potential applications. Applied Microbiology and Biotechnology. 54 (5), 625-633 (2000).
  8. Banat, I. M., Makkar, R. S., Cameotra, S. S. Potential commercial applications of microbial surfactants. Applied Microbiology and Biotechnology. 53 (5), 495-508 (2000).
  9. Mulugeta, K., Kamaraj, M., Tafesse, M., Aravind, J. A review on production, properties, and applications of microbial surfactants as a promising biomolecule for environmental applications. Strategies and Tools for Pollutant Mitigation: Avenues to a Cleaner Environment. , 3-28 (2021).
  10. Sharma, J., Sundar, D., Srivastava, P. Biosurfactants: Potential agents for controlling cellular communication, motility, and antagonism. Frontiers in Molecular Biosciences. 8, 727070(2021).
  11. Vijayakumar, S., Saravanan, V. Biosurfactants-types, sources and applications. Research Journal of Microbiology. 10 (5), 181-192 (2015).
  12. Curiel-Maciel, N. F., et al. Characterization of enterobacter cloacae BAGM01 producing a thermostable and alkaline-tolerant rhamnolipid biosurfactant from the Gulf of Mexico. Marine Biotechnology. 23 (1), 106-126 (2021).
  13. Nikolova, C., Gutierrez, T. Biosurfactants and their applications in the oil and gas industry: current state of knowledge and future perspectives. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 9, (2021).
  14. Rastogi, S., Tiwari, S., Ratna, S., Kumar, R. Utilization of agro-industrial waste for biosurfactant production under submerged fermentation and its synergistic application in biosorption of Pb2. Bioresource Technology Reports. 15, 100706(2021).
  15. Zargar, A. N., Lymperatou, A., Skiadas, I., Kumar, M., Srivastava, P. Structural and functional characterization of a novel biosurfactant from Bacillus sp. IITD106. Journal of Hazardous Materials. 423, Pt B 127201(2022).
  16. Adnan, M., et al. Functional and structural characterization of pediococcus pentosaceus-derived biosurfactant and its biomedical potential against bacterial adhesion, quorum sensing, and biofilm formation. Antibiotics. 10 (11), 1371(2021).
  17. Du Nouy, P. L. A new apparatus for measuring surface tension. The Journal of General Physiology. 1 (5), 521-524 (1919).
  18. Akbari, S., Abdurahman, N. H., Yunus, R. M., Fayaz, F., Alara, O. R. Biosurfactants-a new frontier for social and environmental safety: a mini review. Biotechnology Research and Innovation. 2 (1), 81-90 (2018).
  19. Bicca, F. C., Fleck, L. C., Ayub, M. A. Z. Production of biosurfactant by hydrocarbon degrading Rhodococcus ruber and Rhodococcus erythropolis. Revista de Microbiologia. 30 (3), 231-236 (1999).
  20. Kuyukina, M. S., et al. Recovery of Rhodococcus biosurfactants using methyl tertiary-butyl ether extraction. Journal of Microbiological Methods. 46 (2), 149-156 (2001).
  21. Philp, J., et al. Alkanotrophic Rhodococcus ruber as a biosurfactant producer. Applied Microbiology and Biotechnology. 59 (2), 318-324 (2002).
  22. Mutalik, S. R., Vaidya, B. K., Joshi, R. M., Desai, K. M., Nene, S. N. Use of response surface optimization for the production of biosurfactant from Rhodococcus spp. MTCC 2574. Bioresource Technology. 99 (16), 7875-7880 (2008).
  23. Shavandi, M., Mohebali, G., Haddadi, A., Shakarami, H., Nuhi, A. Emulsification potential of a newly isolated biosurfactant-producing bacterium, Rhodococcus sp. strain TA6. Colloids and Surfaces B, Biointerfaces. 82 (2), 477-482 (2011).
  24. White, D., Hird, L., Ali, S. Production and characterization of a trehalolipid biosurfactant produced by the novel marine bacterium Rhodococcus sp., strain PML026. Journal of Applied Microbiology. 115 (3), 744-755 (2013).
  25. Najafi, A., et al. Interactive optimization of biosurfactant production by Paenibacillus alvei ARN63 isolated from an Iranian oil well. Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 82 (1), 33-39 (2011).
  26. Bezza, F. A., Chirwa, E. M. N. Pyrene biodegradation enhancement potential of lipopeptide biosurfactant produced by Paenibacillus dendritiformis CN5 strain. Journal of Hazardous Materials. 321, 218-227 (2017).
  27. Jimoh, A. A., Lin, J. Biotechnological applications of Paenibacillus sp. D9 lipopeptide biosurfactant produced in low-cost substrates. Applied Biochemistry and Biotechnology. 191 (3), 921-941 (2020).
  28. Liang, T. -W., et al. Exopolysaccharides and antimicrobial biosurfactants produced by Paenibacillus macerans TKU029. Applied Biochemistry and Biotechnology. 172 (2), 933-950 (2014).
  29. Mesbaiah, F. Z., et al. Preliminary characterization of biosurfactant produced by a PAH-degrading Paenibacillus sp. under thermophilic conditions. Environmental Science and Pollution Research. 23 (14), 14221-14230 (2016).
  30. Quinn, G. A., Maloy, A. P., McClean, S., Carney, B., Slater, J. W. Lipopeptide biosurfactants from Paenibacillus polymyxa inhibit single and mixed species biofilms. Biofouling. 28 (10), 1151-1166 (2012).
  31. Gudiña, E. J., et al. Novel bioemulsifier produced by a Paenibacillus strain isolated from crude oil. Microbial Cell Factories. 14 (1), 1-11 (2015).
  32. Pradhan, A. K., Pradhan, N., Sukla, L. B., Panda, P. K., Mishra, B. K. Inhibition of pathogenic bacterial biofilm by biosurfactant produced by Lysinibacillus fusiformis S9. Bioprocess and Biosystems Engineering. 37 (2), 139-149 (2014).
  33. Manchola, L., Dussán, J. Lysinibacillus sphaericus and Geobacillus sp biodegradation of petroleum hydrocarbons and biosurfactant production. Remediation Journal. 25 (1), 85-100 (2014).
  34. Bhardwaj, G., Cameotra, S. S., Chopra, H. K. Biosurfactant from Lysinibacillus chungkukjangi from rice bran oil sludge and potential applications. Journal of Surfactants and Detergents. 19 (5), 957-965 (2016).
  35. Gaur, V. K., et al. Rhamnolipid from a Lysinibacillus sphaericus strain IITR51 and its potential application for dissolution of hydrophobic pesticides. Bioresource Technology. 272, 19-25 (2019).
  36. Habib, S., et al. Production of lipopeptide biosurfactant by a hydrocarbon-degrading Antarctic Rhodococcus. International Journal of Molecular Sciences. 21 (17), 6138(2020).
  37. Shao, P., Ma, H., Zhu, J., Qiu, Q. Impact of ionic strength on physicochemical stability of o/w emulsions stabilized by Ulva fasciata polysaccharide. Food Hydrocolloids. 69, 202-209 (2017).
  38. Trefalt, G., Borkovec, M. Overview of DLVO theory. , Available from: https://archive-ouverte.unige.ch/unige:148595 (2014).
  39. Kazemzadeh, Y., Ismail, I., Rezvani, H., Sharifi, M., Riazi, M. Experimental investigation of stability of water in oil emulsions at reservoir conditions: Effect of ion type, ion concentration, and system pressure. Fuel. 243, 15-27 (2019).
  40. Chong, H., Li, Q. Microbial production of rhamnolipids: opportunities, challenges and strategies. Microbial Cell Factories. 16 (1), 1-12 (2017).
  41. Zeng, G., et al. Co-degradation with glucose of four surfactants, CTAB, Triton X-100, SDS and Rhamnolipid, in liquid culture media and compost matrix. Biodegradation. 18 (3), 303-310 (2007).
  42. Liu, G., et al. Advances in applications of rhamnolipids biosurfactant in environmental remediation: a review. Biotechnology and Bioengineering. 115 (4), 796-814 (2018).
  43. John, W. C., Ogbonna, I. O., Gberikon, G. M., Iheukwumere, C. C. Evaluation of biosurfactant production potential of Lysinibacillus fusiformis MK559526 isolated from automobile-mechanic-workshop soil. Brazilian Journal of Microbiology. 52 (2), 663-674 (2021).
  44. Naing, K. W., et al. Isolation and characterization of an antimicrobial lipopeptide produced by Paenibacillus ehimensis MA2012. Journal of Basic Microbiology. 55 (7), 857-868 (2015).
  45. Wittgens, A., et al. Novel insights into biosynthesis and uptake of rhamnolipids and their precursors. Applied Microbiology and Biotechnology. 101 (7), 2865-2878 (2017).
  46. Rahman, K., Rahman, T. J., McClean, S., Marchant, R., Banat, I. M. Rhamnolipid biosurfactant production by strains of Pseudomonas aeruginosa using low-cost raw materials. Biotechnology Progress. 18 (6), 1277-1281 (2002).
  47. Bahia, F. M., et al. Rhamnolipids production from sucrose by engineered Saccharomyces cerevisiae. Scientific Reports. 8 (1), 1-10 (2018).
  48. Kim, C. H., et al. Desorption and solubilization of anthracene by a rhamnolipid biosurfactant from Rhodococcus fascians. Water Environment Research. 91 (8), 739-747 (2019).
  49. Nalini, S., Parthasarathi, R. Optimization of rhamnolipid biosurfactant production from Serratia rubidaea SNAU02 under solid-state fermentation and its biocontrol efficacy against Fusarium wilt of eggplant. Annals of Agrarian Science. 16 (2), 108-115 (2018).
  50. Wang, Q., et al. Engineering bacteria for production of rhamnolipid as an agent for enhanced oil recovery. Biotechnology and Bioengineering. 98 (4), 842-853 (2007).
  51. Câmara, J., Sousa, M., Neto, E. B., Oliveira, M. Application of rhamnolipid biosurfactant produced by Pseudomonas aeruginosa in microbial-enhanced oil recovery (MEOR). Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 9 (3), 2333-2341 (2019).
  52. Amani, H., Mehrnia, M. R., Sarrafzadeh, M. H., Haghighi, M., Soudi, M. R. Scale up and application of biosurfactant from Bacillus subtilis in enhanced oil recovery. Applied Biochemistry and Biotechnology. 162 (2), 510-523 (2010).
  53. Gudiña, E. J., et al. Bioconversion of agro-industrial by-products in rhamnolipids toward applications in enhanced oil recovery and bioremediation. Bioresource Technology. 177, 87-93 (2015).
  54. Sun, G., Hu, J., Wang, Z., Li, X., Wang, W. Dynamic investigation of microbial activity in microbial enhanced oil recovery (MEOR). Petroleum Science and Technology. 36 (16), 1265-1271 (2018).
  55. Jha, S. S., Joshi, S. J., SJ, G. Lipopeptide production by Bacillus subtilis R1 and its possible applications. Brazilian Journal of Microbiology. 47 (4), 955-964 (2016).
  56. Darvishi, P., Ayatollahi, S., Mowla, D., Niazi, A. Biosurfactant production under extreme environmental conditions by an efficient microbial consortium, ERCPPI-2. Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 84 (2), 292-300 (2011).
  57. Al-Wahaibi, Y., et al. Biosurfactant production by Bacillus subtilis B30 and its application in enhancing oil recovery. Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 114, 324-333 (2014).
  58. Moutinho, L. F., Moura, F. R., Silvestre, R. C., Romão-Dumaresq, A. S. Microbial biosurfactants: A broad analysis of properties, applications, biosynthesis, and techno-economical assessment of rhamnolipid production. Biotechnology Progress. 37 (2), 3093(2021).
  59. Youssef, N., Simpson, D. R., McInerney, M. J., Duncan, K. E. In-situ lipopeptide biosurfactant production by Bacillus strains correlates with improved oil recovery in two oil wells approaching their economic limit of production. International Biodeterioration & Biodegradation. 81, 127-132 (2013).
  60. Ruckenstein, E., Nagarajan, R. Critical micelle concentration and the transition point for micellar size distribution. The Journal of Physical Chemistry. 85 (20), 3010-3014 (1981).
  61. de Araujo, L. L., et al. Microbial enhanced oil recovery using a biosurfactant produced by Bacillus safensis isolated from mangrove microbiota-Part I biosurfactant characterization and oil displacement test. Journal of Petroleum Science and Engineering. 180, 950-957 (2019).
  62. Banat, I. M., De Rienzo, M. A. D., Quinn, G. A. Microbial biofilms: biosurfactants as antibiofilm agents. Applied Microbiology and Biotechnology. 98 (24), 9915-9929 (2014).
  63. Klosowska-Chomiczewska, I., Medrzycka, K., Karpenko, E. Biosurfactants-biodegradability, toxicity, efficiency in comparison with synthetic surfactants. Research and Application of New Technologies in Wastewater Treatment and Municipal Solid Waste Disposal in Ukraine, Sweden, and Poland. 17, 141-149 (2013).
  64. Fernandes, P. A. V., et al. Antimicrobial activity of surfactants produced by Bacillus subtilis R14 against multidrug-resistant bacteria. Brazilian Journal of Microbiology. 38 (4), 704-709 (2007).
  65. Santos, D. K. F., Rufino, R. D., Luna, J. M., Santos, V. A., Sarubbo, L. A. Biosurfactants: multifunctional biomolecules of the 21st century. International Journal of Molecular Sciences. 17 (3), 401(2016).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Tags

Productie van biosurfactantenverlaging van de oppervlaktespanningmicrobiële screeningdrop collapse-assayolie-uitspreidingsassayemulsie-index assaydunne-laagchromatografieidentificatie van rhamnolipidenzandpakkolom
Verbeterde olieterugwinning met behulp van een combinatie van biosurfactanten
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.