Name: Verbeterde olieterugwinning met behulp van een combinatie van biosurfactanten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 19 s
Description: Ontdek hoe biosurfactanten van Rhodococcus, Lysinibacillus en Paenibacillus de terugwinning van resterende olie verbeteren via zandkolomtechnieken. Deze methode biedt een duurzaam alternatief voor chemische oppervlakteactieve stoffen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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

1. Groei van microbiële stammen
<ol><li>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.</li>
	<li>Bereid op dezelfde manier nog twee kolven van 100 ml Luria Bouillon en plaats wattenstaafjes op de hals van de kolven.</li>
	<li>Bedek de katoenen pluggen met aluminiumfolie en autoclaaf de kolven gedurende 15 minuten bij 121 °C en 15 psi om de media te steriliseren.</li>
	<li>Laat na het autoclaveren de media afkoelen tot kamertemperatuur.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Incubeer de reageerbuis 's nachts bij 30 °C bij 180 tpm.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Incubeer de kolven in een roterende incubator bij 30 °C en 180 rpm gedurende 7 dagen.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Giet voorzichtig het celvrije supernatant in een vers bekerglas en gebruik het bij screeningstests voor de productie van biosurfactanten.</li>
</ol>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.
<ol><li>Samenvouwtest voor druppels
	<ol>
<li>Neem een schone glasplaat en bedek het oppervlak van de dia met 200 μL olie.</li>
		<li>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.</li>
	</ol></li>
	<li>Olieverspreidingstest
	<ol>
<li>Neem 20 ml dubbel gedestilleerd water in een petriplaat (diameter 75 mm) en voeg 200 μL ruwe olie toe aan het wateroppervlak.</li>
		<li>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.</li>
	</ol></li>
	<li>Emulsie-indextest (E24-assay )
	<ol>
<li>Voeg elk 4 ml benzine en celvrij supernatant toe aan een reageerbuis van schoon glas.</li>
		<li>Vortex het mengsel krachtig gedurende 3 minuten en laat het de volgende 24 uur ongestoord.</li>
		<li>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). <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/63207/63207eq01.jpg" style="margin: auto;"> OPMERKING: Als een emulsie (olie in water of water in olie) na 24 uur wordt waargenomen, bevat het supernatant waarschijnlijk de biosurfactant.</li>
	</ol></li>
	<li>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.<ol>
<li>Schakel het systeem in en dubbelklik op de bijbehorende software om het te openen.</li>
		<li>Reinig het glazen vat met de vloeistof waarvan de oppervlaktespanning moet worden bepaald.</li>
		<li>Voeg de vloeistof (40 ml) toe aan het vat en monteer het vat op de vathouder.</li>
		<li>Ontgrendel de sondehouder en monteer de sonde erop. Vergrendel nu de sondehouder door op de vergrendelknop op de handmatige controller te drukken.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Scroll naar beneden en dubbelklik op het pictogram K100: Surface and Interfacial Tension .</li>
		<li>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.</li>
		<li>Klik nogmaals op Bestand > Nieuwe meting > SFT > Ring. Voer de naam voor de meting in. Zorg ervoor dat de configuratiesjabloon SFT-ring weergeeft.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Biosurfactant extractie
<ol><li>Stel de pH van het celvrije supernatant in op 2 met behulp van 2 N HCl. Bewaar het mengsel 's nachts bij 4 °C.</li>
	<li>Voeg een gelijk volume chloroform-methanolmengsel (2:1) toe aan het supernatant en meng krachtig gedurende 20 minuten.</li>
	<li>Laat het mengsel ongestoord totdat de fasescheiding plaatsvindt.</li>
	<li>Verwijder de bovenste fase met water en methanol en laat de onderste fase met de biosurfactant verdampen in een zuurkast.</li>
	<li>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.</li>
</ol>4. Emulsiestabiliteitsstudies
<ol><li>
Emulsiestabiliteit bij verschillende temperaturen
	<ol>
<li>Neem 5 ml celvrije supernatanten in verschillende reageerbuizen.</li>
		<li>Voeg 5 ml benzine toe aan elke reageerbuis en meng krachtig door gedurende 3 minuten te vortexen.</li>
		<li>Incubeer de reageerbuizen een nacht in verschillende waterbaden bij verschillende temperaturen (30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C en 70 °C).</li>
		<li>Schat na 24 uur de emulsie-indices zoals eerder vermeld.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Emulsiestabiliteit bij verschillende pH-waarden
	<ol>
<li>Neem 5 ml van het celvrije supernatant in schone reageerbuizen.</li>
		<li>Pas de pH van celvrije supernatanten (2, 4, 6, 8 en 10) aan met 1 N HCl en 1 N NaOH.</li>
		<li>Voeg een gelijke hoeveelheid benzine toe aan de reageerbuizen en meng krachtig door gedurende 3 minuten te vortexen.</li>
		<li>Laat de reageerbuizen gedurende 24 uur ongestoord bij kamertemperatuur.</li>
		<li>Schat de emulsie-index zoals eerder vermeld.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Emulsiestabiliteit bij verschillende zoutconcentraties
	<ol>
<li>Neem 5 ml van het celvrije supernatant in schone reageerbuizen.</li>
		<li>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).</li>
		<li>Los de zouten in de celvrije supernatanten op door gedurende 3 minuten te vortexen.</li>
		<li>Voeg een gelijke hoeveelheid benzine toe aan de reageerbuizen en meng krachtig door gedurende 3 minuten te vortexen.</li>
		<li>Laat de reageerbuizen gedurende 24 uur ongestoord bij kamertemperatuur.</li>
		<li>Schat de emulsie-index na 24 uur.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Bepalen van de aard van de biosurfactant
<ol><li>
TLC van de geëxtraheerde biosurfactant
	<ol>
<li>Spot 20 μL van de biosurfactanten op TLC-platen. Spot 2 μL in één keer.</li>
		<li>Spot de biosurfactanten op drie verschillende TLC-platen.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Kleuring voor lipidendetectie
	<ol>
<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Kleuring voor detectie van peptiden of aminozuren
	<ol>
<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Kleuring voor koolhydraatdetectie
	<ol>
<li>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.</li>
		<li>Spuit het mengsel gelijkmatig op een TLC-plaat en laat het 2 min aan de lucht drogen.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Chemische identificatie van de biosurfactant
<ol><li>LCMS van de biosurfactant
	<ol>
<li>Los 25 mg van de geëxtraheerde biosurfactant op in 1 ml chloroform.</li>
		<li>Voer LCMS uit (in een vergrendelingssproeiconfiguratie met een referentiescanfrequentie van 10 s) met behulp van een C18-kolom.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Scan het bereik van 100 tot 1.200 Da gedurende een detectietijd van 20 minuten en onderzoek de ionen in positieve ES-modus.</li>
		<li>Analyseer de m/z-waarden met behulp van massaspectrometrie quantitively software.</li>
		<li>Log voor analyse in op de software.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Klik op Zoeken en selecteer in de lijst met verbindingen degene met het laagste PPM-niveau.</li>
	</ol></li>
	<li>1 H NMR van de biosurfactant OPMERKING: 1H NMR van de biosurfactant werd uitgevoerd met behulp van een 400 MHz NMR-spectrometer (zie Materiaaltabel).<ol>
<li>Los 5 mg van de biosurfactant op in 1 ml gedeutereerd chloroform (CdCl3).</li>
		<li>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.</li>
		<li>Plaats de buis samen met de sleutel in de NMR-machine en volg de onderstaande stappen om een NMR-spectrum te krijgen.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Typ edc en druk op Enter om een nieuwe map te maken waarin gegevens kunnen worden opgeslagen.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Om het protocol te starten, typt u "getprosol"; om het oplosmiddel te vergrendelen, typt u "lock cdcl3".</li>
		<li>Typ "topshim" om het monster te shim en typ ten slotte "rga;zgefp" voor het verkrijgen van de gegevens. Hiermee wordt het protocol gestart.</li>
		<li>Nadat de spectra zijn verkregen, typt u "apk;abs n" en drukt u op enter voor fase- en basislijncorrectie.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Sla de gegevens op door in de linkerbovenhoek op Bestand te klikken en klik vervolgens op Opslaan.</li>
		<li>Het monster kan uit de machine worden verwijderd door "sx ej" te typen.</li>
		<li>Analyseer de pieken en bepaal de omgeving van de H-atomen.</li>
	</ol></li>
	<li>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).<ol>
<li>Schakel de spectrofotometer in en controleer de purge, het droogmiddel en de detector.</li>
		<li>Om een spectrum te verzamelen, verzamelt u eerst het achtergrondspectrum zonder dat er een monster op zijn plaats is.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Selecteer in de software het aantal scans (voer 30 in) en scan het spectrum van 400 cm-1 tot 4.000 cm-1.</li>
		<li>Klik op OK om het monsterspectrum toe te voegen aan het spectrale venster.</li>
		<li>Klik op Bestanden > Opslaan > Opslaan als en voer de bestandsnaam in gevolgd door extensie .spa en klik op OK.</li>
	</ol></li>
</ol>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.
<ol><li>Neem het glas en sluit de onderste uitlaat af met glaswol en glasparels.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Laat de zuil 24 uur ongestoord.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Schat verbeterde oliewinning met de volgende vergelijking: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/63207/63207eq02.jpg" style="margin: auto;">
</li>
</ol>

De auteurs verklaren geen belangenconflicten te hebben.

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...

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.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63207/63207fig01.jpg"> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63207/63207fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
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.

<table><tbody><tr><td>1 ml pipette</td><td>Eppendorf, Duitsland</td><td>G54412G</td><td></td></tr><tr><td>1H NMR</td><td>Bruker Avance AV-III type spectrometer, VS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>20 ul pipette</td><td>Thermo scientific, VS</td><td>H69820</td><td></td></tr><tr><td>Autoclaaf</td><td>JAISBO, India</td><td>Ser nr 5923</td><td>Jain Scientific</td></tr><tr><td>Blauwe vlambrander</td><td>Rocker scientific, Taiwan</td><td>dragon 200</td><td></td></tr><tr><td>Butanol</td><td>GLR inovations, India</td><td>GLR09.022930</td><td></td></tr><tr><td>C18 kolom</td><td>Agilent Technologies, VS</td><td>770995-902</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf, Duitsland</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Merck, India</td><td>1.94506.2521</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform-d</td><td>SRL, India</td><td>57034</td><td></td></tr><tr><td>Falcon tubes</td><td>Tarsons, India</td><td>546041</td><td>Polypropyleen gesteriliseerd met straling</td></tr><tr><td>FT-IR</td><td>Thermo Fisher Scientific, VS</td><td>&nbsp;Nicolet iS50</td><td></td></tr><tr><td>Zuigkap</td><td>Khera, India</td><td>47408</td><td>Aangepast</td></tr><tr><td>Glazuur azijnzuur</td><td>Merck, India</td><td>1.93002</td><td></td></tr><tr><td>Glaskralen</td><td>Merck, India</td><td>104014</td><td></td></tr><tr><td>Glasplaten</td><td>Polar industrial Corporation, VS</td><td>Blue Star</td><td>75 mm * 25 mm</td></tr><tr><td>Glaspluis</td><td>Merk, India</td><td>104086</td><td></td></tr><tr><td>Zoutzuur</td><td>Merck, India</td><td>1003170510</td><td></td></tr><tr><td>Incubator</td><td>Thermo Scientific, VS</td><td>MaxQ600</td><td>Slingerincubator</td></tr><tr><td>Incubator</td><td>Khera, India</td><td>Sunbim</td><td></td></tr><tr><td>Jodium gesublimeerd</td><td>Merck, India</td><td>231-442-4</td><td>&nbsp;gesublimeerde korrels</td></tr><tr><td>K12 &ndash;Kruss tensiometer</td><td>Kruss Scientific, Duitsland</td><td>K100</td><td></td></tr><tr><td>Laminaire luchtstroomkast</td><td>Thermo Scientific, China</td><td>1300 Series A2</td><td></td></tr><tr><td>LCMS</td><td>Agilent Technologies, VS</td><td>1260 Infinity II</td><td></td></tr><tr><td>Luria Broth</td><td>HIMEDIA, India</td><td>M575-500G</td><td>Poeder</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Merck, India</td><td>107018</td><td></td></tr><tr><td>Ninhydrine</td><td>Titan Biotech Limited, India</td><td>1608</td><td></td></tr><tr><td>p- anisaldehyde</td><td>Sigma, VS</td><td>204-602-6</td><td></td></tr><tr><td>Petrischaal</td><td>Tarsons, India</td><td>460090-90 MM</td><td>Polypropyleen gesteriliseerd met straling</td></tr><tr><td>Saponine</td><td>Merck, India</td><td>232-462-6</td><td></td></tr><tr><td>Natriumchloride</td><td>Merck, India</td><td>231-598-3</td><td></td></tr><tr><td>Testbuizen</td><td>Borosil, India</td><td>9800U06</td><td>Glasbuizen</td></tr><tr><td>TLC platen</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>Waterbad</td><td>Julabo, India</td><td>SW21C</td><td></td></tr></tbody></table>

verbeterde olieterugwinning met behulp van een combinatie van biosurfactanten

Enhanced Oil Recovery using a Combination of Biosurfactants

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.

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 ...

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.

Verbeterde olieterugwinning met behulp van een combinatie van biosurfactanten

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

Biosurfactanten zijn de empathische oppervlakteactieve moleculen geproduceerd door micro-organismen die het vermogen hebben om de oppervlaktespanning van de vloeistof en de interficiale spanning tussen twee verschillende fasen te verminderen. De empathische aard van deze moleculen stelt hen in staat om zich uit te lijnen op het grensvlak tussen twee verschillende fasen en de oplosbaarheid van de ene fase in de andere te verbeteren. Biosurfactants hebben veel aandacht gekregen in vergelijking met hun chemische tegenhangers vanwege verschillende voordelen die ze bieden.Deze omvatten een hogere specificiteit, lagere toxiciteit, grotere structurele diversiteit, bereidingsgemak, hogere biologische afbreekbaarheid, hun hogere milieuvriendelijkheid en hun activiteit onder extreme omgevingsomstandigheden. In deze video demonstreren we de methoden die betrokken zijn bij screening, karakterisering en toepassingsbiosurfactanten, geproduceerd door verschillende stammen van rodococcus, lysinibacillus en paenibacillus. We illustreren verder de methoden om de toepassing van combinatie van biosurfactanten, geproduceerd door deze drie microbiële stammen bij de terugwinning van restolie door een zandpakketkolomtechniek, te evalueren.Het werk is uitgevoerd onder leiding van Dr.Preeti Srivastava en Dr.Manoj Kumar. Voor de groei van microben, ent u de kolven met honderd milliliter geautoclaveerde Luria-bouillon, door één milliliter 's nachts gekweekte zaadcultuur toe te voegen aan de kolf in de laminaire luchtstroomkast. Incubeer de kolven in een roterende incubator bij 30 graden Celsius en 180 RPM gedurende zeven dagen.Na het voltooien van de incubatietijd oogst u de kolven en brengt u de kweekbouillon over naar de centrifugebuizen. Centrifugeer de cultuur bij 4.500 G gedurende 20 minuten in een gekoelde centrifuge bij vier graden Celsius. Giet het celvrije supernatant voorzichtig in een vers bekerglas en gebruik het bij screeningstests voor de productie van biosurfactanten.Voor het screenen van de biosurfactantproductie door middel van een druppelinstortingstest, neemt u een schone glasplaat en bedekt u het oppervlak van de dia met 200 microliter olie. Voeg nu 20 microliter celvrij supernatant toe aan het midden van de olie en laat het twee tot drie minuten ongestoord. Als de druppel instort, scoor dan het supernatant positief voor de aanwezigheid van biosurfactant.Neem bij de oliestrooitest 20 milliliter dubbel gedestilleerd water in een petriplaat en voeg 200 microliter ruwe olie toe aan het wateroppervlak. Voeg nu 20 microliter celvrij supernatant toe aan het midden van de olie en laat het een minuut ongestoord. Als een clearingzone wordt gevormd als gevolg van olieverplaatsing, scoor dan het supernatant positief voor de aanwezigheid van biosurfactant.Voeg in de emulsie-indextest vier milliliter benzine en celvrij supernatant toe aan een schone glazen buis. Dan wat het mengsel krachtig gedurende drie minuten en laat het de volgende 24 uur ongestoord. Voor het meten van de oppervlaktespanning van het celvrije supernatant reinigt u het glazen vat met de vloeistof waarvan de oppervlaktespanning moet worden bepaald.Voeg de vloeistof toe aan het vat en monteer het vat op de vathouder. Ontgrendel de sondehouder en monteer de sonde erop. Stel met behulp van de handmatige controller de hoogte van het platform zo in dat de sonde twee tot drie millimeter verwijderd is van het oppervlak van de vloeistof.Ga vervolgens naar software en volg de stappen die in het papier worden genoemd om de oppervlaktespanning te meten. 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. Voor extractie van biosurfactant, stel de pH van celvrij supernatant in op twee, met behulp van twee normale zoutzuur.Bewaar het mengsel een nacht bij vier graden Celsius. Voeg de volgende dag een gelijk volume chloroform methanolmengsel toe en meng krachtig gedurende 20 minuten. Laat het mengsel ongestoord voor vrije scheiding.Verwijder het bovenvlak, dat water en methanol bevat, en laat het ondervlak met biosurfactant verdampen in een zuurkast. Na verdamping van de organische fase, herisosolveer de honingkleurige biosurfactant in drie milliliter chloroform en gebruik dit mengsel voor karakterisering en identificatie van de biosurfactant. Voor chromatografische karakterisering van de geëxtraheerde biosurfactant, spot 20 microliter biosurfactant op TLC-platen.Plaats na het drogen van de platen de TLC-plaat in de kamer die verzadigd is met chloroform methanolmengsel en laat de TLC lopen. Voeg voor lipidendetectie enkele korrels jodium toe aan de verse kamer en verzadig de kamer gedurende vijf tot 10 minuten. Plaats de TLC in de kamer en observeer op de ontwikkeling van gele vlekken.Voor eiwit- en koolhydraatdetectie, spuit de TLC-plaat met niet-waterstof of anisaldehyde en verwarm bij 110 graden Celsius en observeer voor de ontwikkeling van kleur. Voor NMR-analyse steekt u de buis in de sleutel. Pas de hoogte van de buis aan met behulp van een aangepaste buis.Plaats de NMR-buis samen met de sleutel in een MR-machine en volg de stappen die in het papier worden vermeld om een NMR-spectrum te krijgen. Voor een verbeterd olieterugwinningsexperiment neemt u een glazen kolom en sluit u de onderste uitlaat af met glaswol en glasparels. Steun de kolom met Zandgrond op zo'n manier dat er wat vloeistof aan de bovenkant van de grond kan worden toegevoegd.Monteer de kolom op de houder en voeg wat glasparels toe aan de grond. Overspoel de kolom met 50 milliliter pekeloplossing en verzamel de doorstroming om het slechte volume te bepalen. Verwijder de pekel uit de kolom door ruwe olie erdoorheen te dwingen.Verzamel het volume pekel en olie dat uit de kolom komt om het initiële olieverzadigingsvolume te bepalen. Na 24 uur overspoel je de kolom met 10 slechte volumes pekel en verzamel je 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.Bereid nu een mengsel van biosurfactanten door de geëxtraheerde biosurfactant toe te voegen aan een glazen bekerglas. En voeg de biosurfactant en het mengsel toe aan de kolom en laat het de komende 24 uur ongestoord. Meet na 24 uur de hoeveelheid olie en water die uit de kolom is gepikt om extra of verbeterde olieterugwinning te bepalen.Celvrije supernatanten van de drie microbiële stammen werden positief beoordeeld voor de aanwezigheid van biosurfactant omdat ze resulteerden in valinstorting, olieverspreiding en emulsievorming. Bevestiging van de biosurfactantproductie werd geleverd door meting van de oppervlaktespanning van de celvrije bouillon. Door de groei van rhodococcus en lysinibacillus daalde de oppervlaktespanning van het medium van 59 tot 45 mN per meter.Door de groei van paenibacillus daalde de oppervlaktespanning van het medium van 59 naar 28,4 mN per meter. Emulsiestabiliteitstests toonden aan dat de biosurfactanten geproduceerd door de drie microbiële stammen een grote stabiliteit vertoonden onder diverse en omgevingsomstandigheden. De emulsie-indices vertoonden geen significante verandering wanneer de incubatietemperatuur, pH en de zoutconcentratie van de celvrije bouillon werden gewijzigd.DLC-karakterisering van de geëxtraheerde biosurfactant toonde aan dat biosurfactanten geproduceerd door alle drie de stammen glycolipiden waren. Chemische identificatie van biosurfactanten toonde aan dat rodococcus en lysinbacillus dezelfde biosurfactant produceerden, die werd geïdentificeerd als rhamnolipid, met een massa van ongeveer vier 80 dalton. Paenibaccilus daarentegen produceert een rhamnolipide met drie lipideketens met een massa van ongeveer 802 dalton.De combinatie van biosurfactanten was in staat om 56,5% van de restolie uit de zandkolom terug te winnen. De productie van biosurfactanten uit de stammen van rodococcus, lsyinibaccilus en paenibacillus werd getest en de stammen werden positief gescoord voor de productie van biosurfactant. De geproduceerde biosurfactanten werden gekarakteriseerd en geïdentificeerd als rhamnolipiden.Omdat de biosurfactantencombinatie succesvol was in het terugwinnen van 56% van de restolie in een zandpakkettechniek, kan de biosurfactantencombinatie worden gebruikt in veldtoepassingen om de resterende olie terug te winnen die in de oliereservoirs is opgesloten.

enhanced-oil-recovery-using-a-combination-of-biosurfactants

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Source: Villela, H. D. M., et al. Prospecting Microbial Strains for Bioremediation and Probiotics Development for Metaorganism Research and Preservation. J. Vis. Exp. (2019)This video demonstrates the selective isolation of oil-degrading marine bacteria by enriching seawater samples on oil-based media, enabling the recovery of pure strains with potential applications in crude oil bioremediation and environmental cleanup.

Selective Enrichment and Isolation of Oil-Degrading Marine Bacteria from Seawater Samples

Weergegeven is het protocol voor co-immobiliserende hele cellen biokatalysatoren voor cofactorregeneratiesysteem en betere herbruikbaarheid, via de productie van L-xylulose als voorbeeld. De cofactor regeneratie wordt bereikt door het koppelen van twee Escherichia coli-stammen die functionele complementariteit enzymen; de hele cellen biokatalysator immobilisatie wordt bereikt door celinkapselende in calciumalginaat parels.

Immobilisatie van Multi-biokatalysatoren in Alginaat Kralen voor cofactorregeneratiesysteem en verbeterde Herbruikbaarheid

Het doel van deze procedure is te gemakkelijk en snel produceren een microfluidic-apparaat met aanpasbare geometrie en weerstand tegen de zwelling door organische vloeistoffen voor olie herstel studies. Een Polydimethylsiloxaan schimmel is eerst gegenereerd, en vervolgens gebruikt om het apparaat op basis van epoxy gegoten. Een representatieve verplaatsing studie wordt gerapporteerd.

Microfluidic apparaten voor het karakteriseren van porie-schaal gebeurtenis processen in poreuze Media voor olie herstel toepassingen

Vervuiling beïnvloedt alle biomes. Mariene omgevingen zijn vooral getroffen, vooral koraalriffen, een van de meest gevoelige ecosystemen op aarde. Bioremediation is de capaciteit van organismen om verontreinigingen te degraderen. Hier beschrijven we methodologieën te isoleren en te testen microben presenteren bioremediatie vermogen en potentiële probiotische kenmerken voor koralen.

Prospectie van microbiële stammen voor bioremediatie en probiotica ontwikkeling voor Metaorganisme onderzoek en conservering

We presenteren een protocol om de vorming van hydraten te bestuderen in aanwezigheid van niet-ionische oppervlakteactieve stoffen op de interface van een waterdruppel ondergedompeld in cyclopentane. Het protocol bestaat uit het bouwen van een goedkope, programmeerbare, temperatuurregulator. Het temperatuurcontrolesysteem wordt gecombineerd met visualisatietechnieken en interne drukmetingen.

Het bestuderen van oppervlakteactieve effecten op hydraatkristallisatie bij olie-water interfaces met behulp van een low-cost geïntegreerde modulaire Peltier Device

Hier presenteren we een protocol voor het screenen van bodembiodiversiteit om te zoeken naar schimmelstammen die betrokken zijn bij de afbraak van recalcitrante materialen. Ten eerste worden schimmelstammen die kunnen groeien op humuszuren of lignocellulose geïsoleerd. Hun activiteit wordt vervolgens getest, zowel in enzymatische assays als op verontreinigende stoffen zoals koolwaterstoffen en kunststoffen.

Isolatie en screening van bodembiodiversiteit voor schimmels die betrokken zijn bij de afbraak van recalcitrante materialen

Oliën die worden gebruikt voor medicijnafgiftetoepassingen kunnen het lipidenprofiel van patiënten verstoren, wat ongewenst is bij hart- en vaatziekten. Omega-3-vetzurenrijke oliën zijn een gezond alternatief voor conventionele oliën en hebben een enorm potentieel voor zelf-geëmulgeerde medicijnafgiftesystemen.

Zelf-nano-emulgering van gezonde oliën om de oplosbaarheid van lipofiele geneesmiddelen te verbeteren

Een veilige ultrasone omesteringsmethode voor plantaardige oliën met behulp van een alkalische katalysator wordt hier gepresenteerd. De methode is snel en efficiënt voor het bereiden van zuivere biodieselproducten.

Ultrasoon geassisteerde bereiding van biodieselproducten uit plantaardige oliën

Deze studie presenteert de methodologie voor het genereren van zes verschillende soorten plasmalozingen binnen een hyperbolische vortexplasmareactor voor de afbraak van microverontreinigingen in water, waaronder geneesmiddelen en per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS).

Implementatie van een hyperbolische vortex plasmareactor voor de verwijdering van microverontreinigingen in water

Het algemene doel van deze studie was om de potentiële verontreiniging kruis mechanisme van door voedsel overgedragen pathogeen Listeria monocytogenes in een retail broodjeszaak instelling tonen. Deze methodologie kan worden toegepast op een verscheidenheid van verschillende omgevingen pathogeen besmetting te volgen.

Tracking microbiële verontreiniging in Retail Environments met fluorescerende poeder - Een Retail Delicatessen Milieu Voorbeeld

Ontdek hoe biosurfactanten van Rhodococcus, Lysinibacillus en Paenibacillus de terugwinning van resterende olie verbeteren via zandkolomtechnieken. Deze methode biedt een duurzaam alternatief voor chemische oppervlakteactieve stoffen.

Verbeterde olieterugwinning met behulp van een combinatie van biosurfactanten

Meer video's verkennen