Forbedret oliegenvinding ved hjælp af en kombination af biooverfladeaktive stoffer

Summary

Vi illustrerer de metoder, der er involveret i screening og identifikation af det biooverfladeaktive stof, der producerer mikrober. Metoder til kromatografisk karakterisering og kemisk identifikation af de biooverfladeaktive stoffer, bestemmelse af biooverfladeaktivets industrielle anvendelighed til forbedring af restoliegenvinding præsenteres også.

Abstract

Biooverfladeaktive stoffer er overfladeaktive forbindelser, der er i stand til at reducere overfladespændingen mellem to faser af forskellige polariteter. Biooverfladeaktive stoffer har vist sig som lovende alternativer til kemiske overfladeaktive stoffer på grund af mindre toksicitet, høj bionedbrydelighed, miljøkompatibilitet og tolerance over for ekstreme miljøforhold. Her illustrerer vi de metoder, der anvendes til screening af mikrober, der er i stand til at producere biooverfladeaktive stoffer. Det biooverfladeaktive stof, der producerer mikrober, blev identificeret ved hjælp af dråbekollaps, oliespredning og emulsionsindeksassays. Produktionen af biooverfladeaktive biooverflader blev valideret ved at bestemme reduktionen i overfladespændingen af medierne på grund af væksten af de mikrobielle medlemmer. Vi beskriver også de metoder, der er involveret i karakterisering og identifikation af biooverfladeaktive stoffer. Tyndtlagskromatografi af det ekstraherede biooverfladeaktive stof efterfulgt af differentiel farvning af pladerne blev udført for at bestemme arten af det biooverfladeaktive stof. LCMS, ¹H NMR og FT-IR blev brugt til kemisk at identificere det biooverfladeaktive stof. Vi illustrerer yderligere metoderne til at evaluere anvendelsen af kombinationen af producerede biooverfladeaktive stoffer til forbedring af restoliegenvinding i en simuleret sandpakningskolonne.

Introduction

Biooverfladeaktive stoffer er de amfipatiske overfladeaktive molekyler produceret af mikroorganismer, der har kapacitet til at reducere overfladen og grænsefladespændingen mellem to faser¹. En typisk biooverfladebehandler indeholder en hydrofil del, der normalt består af en sukkerholdighed eller en peptidkæde eller hydrofil aminosyre og en hydrofob del, der består af en mættet eller umættet fedtsyrekæde². På grund af deres amfipatiske natur samles biooverfladeaktive stoffer ved grænsefladen mellem de to faser og reducerer grænsefladespændingen ved grænsen, hvilket letter spredningen af den ene fase i den anden ^1,3. Forskellige typer biooverfladeaktive stoffer, der hidtil er blevet rapporteret, omfatter glycolipider, hvor kulhydrater er forbundet med langkædede alifatiske eller hydroxy-alifatiske syrer via esterbindinger (f.eks. rhamnolipider, trehalolipider og sophorolipider), lipopeptider, hvor lipider er bundet til polypeptidkæder (f.eks. Overfladeaktivin og lichenysin) og polymere biooverfladeaktive stoffer, der normalt består af polysaccharidproteinkomplekser (f.eks. emulsan, liposan, alasan og lipomannan)⁴. Andre typer biooverfladeaktive stoffer produceret af mikroorganismerne omfatter fedtsyrer, phospholipider, neutrale lipider og partikler biooverfladeaktive stoffer⁵. Den mest undersøgte klasse af biooverfladeaktive stoffer er glycolipider, og blandt dem er de fleste af undersøgelserne blevet rapporteret om rhamnolipider⁶. Rhamnolipider indeholder et eller to molekyler rhamnose (som danner den hydrofile del) bundet til et eller to molekyler langkædede fedtsyre (normalt hydroxy-decansyre). Rhamnolipider er primære glycolipider, der først blev rapporteret fra Pseudomonas aeruginosa⁷.

Biooverfladeaktive stoffer har fået stigende fokus i forhold til deres kemiske modstykker på grund af forskellige unikke og karakteristiske egenskaber, som de tilbyder⁸. Disse omfatter højere specificitet, lavere toksicitet, større mangfoldighed, let forberedelse, højere bionedbrydelighed, bedre skumdannelse, miljøkompatibilitet og aktivitet under ekstreme forhold⁹. Strukturel mangfoldighed af biooverfladeaktive stoffer (figur S1) er en anden fordel, der giver dem en fordel i forhold til de kemiske modparter¹⁰. De er generelt mere effektive ved lavere koncentrationer, da deres kritiske micellekoncentration (CMC) normalt er flere gange lavere end kemiske overfladeaktive stoffer¹¹. Det er rapporteret, at de er meget termostable (op til 100 °C) og kan tåle højere pH (op til 9) og høje saltkoncentrationer (op til 50 g/l)¹² og giver dermed flere fordele i industrielle processer, som kræver udsættelse for ekstreme forhold¹³. Bionedbrydelighed og lavere toksicitet gør dem velegnede til miljømæssige anvendelser såsom bioremediering. På grund af de fordele, de tilbyder, har de fået øget opmærksomhed i forskellige brancher som fødevare-, landbrugs-, vaskemiddel-, kosmetik- og olieindustrien¹¹. Biooverfladeaktive stoffer har også fået stor opmærksomhed inden for olierensning til fjernelse af olieforurenende stoffer og giftige forurenende stoffer¹⁴.

Her rapporterer vi produktion, karakterisering og anvendelse af biooverfladeaktive stoffer produceret af Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 og Paenibacillus sp. IITD108. De trin, der er involveret i screening, karakterisering og anvendelse af en kombination af biooverfladeaktive stoffer til forbedret olieudvinding, er skitseret i figur 1.

Figur 1: En metode til forbedret oliegenvinding ved hjælp af en kombination af biooverfladeaktive stoffer. Det trinvise arbejdsflow vises. Arbejdet blev udført i fire trin. Først blev de mikrobielle stammer dyrket og screenet til produktion af biooverfladeaktive stoffer ved forskellige assays, som omfattede dråbekollapsassay, oliespredningsassay, emulsionsindeksassay og overfladespændingsmåling. Derefter blev de biooverfladeaktive stoffer ekstraheret fra den cellefri bouillon, og deres natur blev identificeret ved hjælp af tyndtlagskromatografi, og de blev yderligere identificeret ved anvendelse af LCMS, NMR og FT-IR. I det næste trin blev de ekstraherede biooverfladeaktive stoffer blandet sammen, og potentialet i den resulterende blanding til forbedret oliegenvinding blev bestemt ved hjælp af sandpakningskolonneteknikken. Klik her for at se en større version af denne figur.

Screening af disse mikrobielle stammer til fremstilling af biooverfladeaktive stoffer blev udført ved dråbekollaps, oliespredning, emulsionsindeksassay og bestemmelse af reduktion i overfladespændingen af det cellefrie medium på grund af mikrobernes vækst. De biooverfladeaktive stoffer blev ekstraheret, karakteriseret og kemisk identificeret af LCMS, ¹H NMR og FT-IR. Endelig blev en blanding af biooverfladeaktive stoffer produceret af disse mikrober fremstillet og blev brugt til at genvinde restolien i en simuleret sandpakningskolonne.

Denne undersøgelse illustrerer kun de metoder, der er involveret i screening, identifikation, strukturel karakterisering og anvendelse af den biooverfladeaktive kombination til forbedring af restoliegenvinding. Det giver ikke en detaljeret funktionel karakterisering af de biooverfladeaktive stoffer, der produceres af de mikrobielle stammer^15,16. Forskellige eksperimenter såsom kritisk micellebestemmelse, termogravimetrisk analyse, overfladebefugtelighed og bionedbrydelighed udføres for detaljeret funktionel karakterisering af ethvert biooverfladeaktivt stof. Men da dette papir er et metodepapir, er fokus på screening, identifikation, strukturel karakterisering og anvendelse af den biooverfladeaktive kombination til forbedring af restolieindvinding; disse eksperimenter er ikke medtaget i denne undersøgelse.

Protocol

1. Vækst af mikrobielle stammer Der vejes 2 g Luria Broth-pulver, og der tilsættes 50 ml destilleret vand i en 250 ml konisk kolbe. Bland indholdet, indtil pulveret opløses fuldstændigt, og der fyldes op på 100 ml ved hjælp af destilleret vand. På samme måde fremstilles yderligere to kolber med 100 ml Luria Broth og anbringes bomuldspropper på kolbernes hals. Dæk bomuldspropperne med aluminiumsfolie, og autoklave kolberne i 15 minutter ved 121 °C og 15 psi for at …

Representative Results

Tre bakteriestammer (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 og Paenibacillus sp. IITD108) blev screenet til produktion af biooverfladeaktive stoffer ved forskellige assays, som omfattede dråbekollapsassay, olieforskydningsassay, emulsionsindeksassay og reduktion af overfladespænding. Cellefrie supernatanter af alle de tre bakteriestammer og en opløsning af kemisk overfladeaktivt stof resulterede i et dråbekollaps og blev derfor scoret positivt for tilstedeværelsen af de bioove…

Discussion

Biooverfladeaktive stoffer er en af de mest alsidige grupper af biologisk aktive komponenter, der bliver attraktive alternativer til kemiske overfladeaktive stoffer. De har en bred vifte af anvendelser i mange brancher såsom vaskemidler, maling, kosmetik, fødevarer, lægemidler, landbrug, olie og vandbehandling på grund af deres bedre befugtningsevne, lavere CMC, diversificerede struktur og miljøvenlighed¹⁸. Dette har ført til en øget interesse for at opdage flere mikrobielle stammer, der er…

Materials

1 ml pipette	Eppendorf, Germany	G54412G
1H NMR	Bruker Avance AV-III type spectrometer,USA
20 ul pipette	Thermo scientific, USA	H69820
Autoclave	JAISBO, India	Ser no 5923	Jain Scientific
Blue flame burner	Rocker scientific, Taiwan	dragon 200
Butanol	GLR inovations, India	GLR09.022930
C18 column	Agilent Technologies, USA	770995-902
Centrifuge	Eppendorf, Germany	5810R
Chloroform	Merck, India	1.94506.2521
Chloroform-d	SRL, India	57034
Falcon tubes	Tarsons, India	546041	Radiation sterilized polypropylene
FT-IR	Thermo Fisher Scientific, USA	Nicolet iS50
Fume hood	Khera, India	47408	Customied
glacial acetic acid	Merck, India	1.93002
Glass beads	Merck, India	104014
Glass slides	Polar industrial Corporation, USA	Blue Star	75 mm * 25 mm
Glass wool	Merk, India	104086
Hydrochloric acid	Merck, India	1003170510
Incubator	Thermo Scientific, USA	MaxQ600	Shaking incubator
Incubator	Khera, India	Sunbim
Iodine resublimed	Merck, India	231-442-4	resublimed Granules
K12 –Kruss tensiometer	Kruss Scientific, Germany	K100
Laminar air flow cabnet	Thermo Scientific, China	1300 Series A2
LCMS	Agilent Technologies, USA	1260 Infinity II
Luria Broth	HIMEDIA, India	M575-500G	Powder
Methanol	Merck, India	107018
Ninhydrin	Titan Biotech Limited, India	1608
p- anisaldehyde	Sigma, USA	204-602-6
Petri plate	Tarsons, India	460090-90 MM	Radiation sterilized polypropylene
Saponin	Merck, India	232-462-6
Sodium chloride	Merck, India	231-598-3
Test tubes	Borosil, India	9800U06	Glass tubes
TLC plates	Merck, India	1055540007
Vortex	GeNei, India	2006114318
Water Bath	Julabo, India	SW21C