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バイオサーファクタントの組み合わせを使用したオイル回収の強化

Published: June 03, 2022
doi:
10.3791/63207
, , ,
1Department of Biochemical Engineering and Biotechnology,Indian Institute of Technology Delhi, 2Indian Oil Corporation, Research and Development Faridabad

Summary

我々は、バイオサーファクタント産生微生物のスクリーニングおよび同定に関与する方法を例示する。バイオサーファクタントのクロマトグラフィー特性評価および化学的同定のための方法、残留油回収の増強におけるバイオサーファクタントの産業的利用可能性の決定も提示される。

Abstract

バイオサーファクタントは、極性の異なる2つの相間の表面張力を低下させることができる界面活性化合物である。バイオサーファクタントは、毒性が低く、生分解性が高く、環境適合性があり、極端な環境条件に対する耐性があるため、化学界面活性剤の有望な代替品として浮上しています。ここでは、バイオサーファクタントを産生し得る微生物のスクリーニングに用いられる方法を例示する。バイオサーファクタント産生微生物を、ドロップ崩壊、油拡散、およびエマルジョンインデックスアッセイを用いて同定した。バイオサーファクタント産生は、微生物メンバーの増殖による培地の表面張力の低下を決定することによって検証した。また、バイオサーファクタントの特性評価および同定に関与する方法についても説明します。抽出されたバイオサーファクタントの薄層クロマトグラフィー、続いてプレートの示差染色を行い、バイオサーファクタントの性質を決定した。LCMS、 1HNMR、およびFT-IRを用いて、バイオサーファクタントを化学的に同定した。我々はさらに、シミュレートされたサンドパックカラムにおける残留油回収率を高めるための産生されたバイオサーファクタントの組み合わせの適用を評価するための方法を例示する。

Introduction

バイオサーファクタントは、微生物によって産生される両親媒性界面活性分子であり、2つの相間の表面および界面張力を低下させる能力を有する1。典型的なバイオサーファクタントは、通常、糖部分またはペプチド鎖または親水性アミノ酸から構成される親水性部分と、飽和または不飽和脂肪酸鎖2から構成される疎水性部分とを含む。その両親媒性の性質のために、バイオサーファクタントは2つの相の間の界面で集合し、境界における界面張力を低下させ、1つの相の他方の相への分散を促進する1,3。これまでに報告されている様々なタイプのバイオサーファクタントには、炭水化物がエステル結合を介して長鎖脂肪族またはヒドロキシ脂肪族酸に連結された糖脂質(例えば、ラムノリピッド、トレハロ脂質およびソホロリピッド)、脂質がポリペプチド鎖に結合しているリポペプチド(例えば、サーファクチンおよびリケニシン)、および通常、多糖−タンパク質複合体(例えば、 エムルサン、リポサン、アラサンおよびリポマンナン)4。微生物によって産生される他のタイプのバイオサーファクタントには、脂肪酸、リン脂質、中性脂質、および粒子状のバイオサーファクタント5が含まれる。バイオサーファクタントの最も研究されたクラスは糖脂質であり、その中でほとんどの研究はラムノリピッド6について報告されている。ラムノ脂質は、1分子または2分子の長鎖脂肪酸(通常はヒドロキシデカン酸)に連結されたラムノース(親水性部分を形成する)の1つまたは2つの分子を含有する。ラムノ脂質は、緑膿菌7から最初に報告された一次糖脂質である。

バイオサーファクタントは、それらが提供する様々なユニークで独特の特性のために、化学的対応物と比較してますます注目を集めています8.これらには、より高い特異性、より低い毒性、より大きな多様性、調製の容易さ、より高い生分解性、より良い発泡性、環境適合性および極端な条件下での活性が含まれる9。バイオサーファクタントの構造的多様性(図S1)は、それらに化学的対応物10に対する優位性を与える別の利点である。それらの臨界ミセル濃度(CMC)は通常、化学界面活性剤11よりも数倍低いので、それらは一般に、より低い濃度でより効果的かつ効率的である。それらは非常に耐熱性(最大100°C)であり、より高いpH(最大9)および高い塩濃度(最大50g / L)に耐えることができると報告されており12 、それによって極端な条件への曝露を必要とする工業プロセスにおいていくつかの利点を提供する13。生分解性と毒性が低いため、バイオレメディエーションなどの環境用途に適しています。彼らが提供する利点のために、彼らは食品、農業、洗剤、化粧品、石油産業のような様々な産業でますます注目を集めています11。バイオサーファクタントはまた、石油汚染物質および有毒汚染物質を除去するための油修復において多くの注目を集めている14。

ここでは、 Rhodococcus sp. IITD102、 Lysinibacillus sp. IITD104、およびPaenibacillus sp. IITD108によって産生されたバイオ サーファクタ ントの産生、特性評価、および適用を報告する。強化された油回収のためのバイオサーファクタントの組み合わせのスクリーニング、特性評価、および適用に関連するステップを 図1に概説する。

Figure 1
図1:バイオサーファクタントの組み合わせを使用した油回収率を高める方法。 ステップワイズなワークフローが表示されます。作業は4段階で行った。まず、微生物株を培養し、ドロップ崩壊アッセイ、油拡散アッセイ、エマルジョンインデックスアッセイ、および表面張力測定を含む様々なアッセイによってバイオサーファクタントの産生についてスクリーニングした。次いで、バイオサーファクタントを無細胞ブロスから抽出し、その性質を薄層クロマトグラフィーを用いて同定し、LCMS、NMR、およびFT-IRを用いてさらに同定した。次のステップでは、抽出されたバイオサーファクタントを一緒に混合し、得られた混合物の油回収率を高める可能性をサンドパックカラム技術を用いて決定した。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

バイオサーファクタントを産生するこれらの微生物株のスクリーニングは、微生物の増殖による無細胞培地の表面張力の低下のドロップ崩壊、油拡散、エマルジョンインデックスアッセイおよび決定によって行われた。バイオサーファクタントを抽出し、特徴付け、LCMS、 1HNMR、およびFT-IRによって化学的に同定した。最後に、これらの微生物によって産生されるバイオサーファクタントの混合物を調製し、シミュレートされた砂パックカラムで残留油を回収するために使用した。

本研究は、残留油回収率を高めるためのバイオサーファクタント組合せのスクリーニング、同定、構造特性評価、および適用に関与する方法のみを示している。微生物株15、16によって産生されるバイオサーファクタントの詳細な機能的特徴付けを提供していない。任意のバイオサーファクタントの詳細な機能特性評価のために、臨界ミセル決定、熱重量分析、表面濡れ性、および生分解性などの様々な実験が行われる。しかし、この論文は方法論文であるため、残留油回収を促進するためのバイオサーファクタントの組み合わせのスクリーニング、同定、構造特性評価、および適用に焦点を当てています。これらの実験はこの研究には含まれていない。

Protocol

1. 微生物株の増殖 ルリアブロス粉末2gの重量を量り、250mL円錐フラスコに50mLの蒸留水を加える。粉末が完全に溶解するまで内容物を混合し、蒸留水を使用して体積を100mLにする。 同様に、100mLのルリアブロスのフラスコをさらに2つ準備し、フラスコの首に綿のプラグを置きます。 綿のプラグをアルミホイルで覆い、フラスコを121°Cおよび15psiで15分間オート…

Representative Results

3つの細菌株(Rhodococcus sp. IITD102、Lysinibacillus sp. IITD104、およびPaenibacillus sp. IITD108)を、ドロップ崩壊アッセイ、油置換アッセイ、エマルジョンインデックスアッセイ、および表面張力低下を含む様々なアッセイによってバイオサーファクタントの産生についてスクリーニングした。3つの細菌株すべておよび化学界面活性剤の溶液の無細胞上清は、滴下崩壊をもたらし、した?…

Discussion

バイオサーファクタントは、化学界面活性剤の魅力的な代替品になりつつある生物学的に活性な成分の最も汎用性の高いグループの1つです。洗剤、塗料、化粧品、食品、医薬品、農業、石油、水処理など、濡れ性の向上、CMCの低下、構造の多様化、環境への優しさなど、幅広い用途があります18。これは、バイオサーファクタント産生が可能なより多くの微生物株を発見す?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者らは、インド政府バイオテクノロジー省の財政支援に感謝したい。

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
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Citar este artigo
Nissar Zargar, A., Patil, N., Kumar, M., Srivastava, P. Enhanced Oil Recovery using a Combination of Biosurfactants. J. Vis. Exp. (184), e63207, doi:10.3791/63207 (2022).
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