Vi illustrerer metodene som er involvert i screening og identifisering av biosurfactanten som produserer mikrober. Metoder for kromatografisk karakterisering og kjemisk identifisering av biosurfaktantene, som bestemmer biosurfaktens industrielle anvendbarhet i å forbedre utvinning av restolje, presenteres også.
Biosurfactants er overflateaktive forbindelser som er i stand til å redusere overflatespenningen mellom to faser av forskjellige polariteter. Biosurfactants har dukket opp som lovende alternativer til kjemiske overflateaktive stoffer på grunn av mindre toksisitet, høy biologisk nedbrytbarhet, miljøkompatibilitet og toleranse for ekstreme miljøforhold. Her illustrerer vi metodene som brukes for screening av mikrober som er i stand til å produsere biosurfaktanter. Biosurfactanten som produserer mikrober ble identifisert ved hjelp av fallkollaps, oljespredning og emulsjonsindeksanalyser. Biosurfactant produksjon ble validert ved å bestemme reduksjonen i overflatespenningen til media på grunn av veksten av de mikrobielle medlemmene. Vi beskriver også metodene som er involvert i karakterisering og identifisering av biosurfaktanter. Tynn lagkromatografi av det ekstraherte biosurfaktanten etterfulgt av differensialfarging av platene ble utført for å bestemme biosurfaktens natur. LCMS, 1H NMR og FT-IR ble brukt til kjemisk å identifisere biosurfactanten. Vi illustrerer videre metodene for å evaluere anvendelsen av kombinasjonen av produserte biosurfaktanter for å forbedre utvinningen av restolje i en simulert sandpakkekolonne.
Biosurfaktanter er de amfipatiske overflateaktive molekylene produsert av mikroorganismer som har kapasitet til å redusere overflaten og den interfaciale spenningen mellom to faser1. Et typisk biosurfaktant inneholder en hydrofil del som vanligvis består av en sukkermoiety eller en peptidkjede eller hydrofil aminosyre og en hydrofob del som består av en mettet eller umettet fettsyrekjede2. På grunn av deres amfipatiske natur samles biosurfaktanter i grensesnittet mellom de to fasene og reduserer den interfaciale spenningen ved grensen, noe som letter spredningen av en fase inn i de andre 1,3. Ulike typer biosurfaktanter som er rapportert så langt inkluderer glykolipider der karbohydrater er knyttet til langkjedede alifatsyrer eller hydroksy-alifatsyrer via esterbindinger (f.eks. rhamnolipider, trehalolipider og soforolipider), lipopeptider der lipider er festet til polypeptidkjeder (f.eks. overflateaktivin og lavysin) og polymere biosurfaktanter som vanligvis består av polysakkaridproteinkomplekser (f.eks. emulsjon, liposan, alasan og lipomannan)4. Andre typer biosurfaktanter produsert av mikroorganismer inkluderer fettsyrer, fosfolipider, nøytrale lipider og partikkelbiosurfaktanter5. Den mest studerte klassen av biosurfaktanter er glykolipider, og blant dem er de fleste studiene rapportert på rhamnolipids6. Rhamnolipids inneholder ett eller to molekyler av rhamnose (som danner den hydrofile delen) knyttet til ett eller to molekyler av langkjedet fettsyre (vanligvis hydroksy-decanoinsyre). Rhamnolipids er primære glykolipider rapportert først fra Pseudomonas aeruginosa7.
Biosurfactants har fått økende fokus sammenlignet med deres kjemiske kolleger på grunn av ulike unike og særegne egenskaper som de tilbyr8. Disse inkluderer høyere spesifisitet, lavere toksisitet, større mangfold, enkel forberedelse, høyere biologisk nedbrytbarhet, bedre skumming, miljøkompatibilitet og aktivitet under ekstreme forhold9. Strukturelt mangfold av biosurfaktantene (figur S1) er en annen fordel som gir dem en fordel over de kjemiske motstykkene10. De er generelt mer effektive og effektive ved lavere konsentrasjoner, da deres kritiske micellekonsentrasjon (CMC) vanligvis er flere ganger lavere enn kjemiske overflateaktive stoffer11. De har blitt rapportert å være svært termostabile (opptil 100 °C) og tåler høyere pH (opptil 9) og høye saltkonsentrasjoner (opptil 50 g/l)12 og gir dermed flere fordeler i industrielle prosesser, noe som krever eksponering for ekstreme forhold13. Biologisk nedbrytbarhet og lavere toksisitet gjør dem egnet for miljøapplikasjoner som bioremediering. På grunn av fordelene de tilbyr, har de fått økt oppmerksomhet i ulike bransjer som mat, landbruk, vaskemiddel, kosmetikk og petroleumsindustri11. Biosurfaktanter har også fått mye oppmerksomhet i oljeutbedring for fjerning av petroleumsforurensninger og giftige miljøgifter14.
Her rapporterer vi produksjon, karakterisering og anvendelse av biosurfaktanter produsert av Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 og Paenibacillus sp. IITD108. Trinnene som er involvert i screening, karakterisering og anvendelse av en kombinasjon av biosurfaktanter for økt oljeutvinning er skissert i figur 1.
Figur 1: En metode for økt oljeutvinning ved hjelp av en kombinasjon av biosurfaktanter. Den trinnvise arbeidsflyten vises. Arbeidet ble utført i fire trinn. Først ble de mikrobielle stammene dyrket og screenet for produksjon av biosurfactant av ulike analyser, som inkluderte fallkollapsanalyse, oljespredningsanalyse, emulsjonsindeksanalyse og overflatespenningsmåling. Deretter ble biosurfaktantene hentet fra den cellefrie buljongen og deres natur ble identifisert ved hjelp av tynn lagkromatografi, og de ble ytterligere identifisert ved hjelp av LCMS, NMR og FT-IR. I neste trinn ble de ekstraherte biosurfaktantene blandet sammen, og potensialet til den resulterende blandingen for økt oljeutvinning ble bestemt ved hjelp av sandpakkekolonneteknikken. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Screening av disse mikrobielle stammene for å produsere biosurfaktanter ble gjort ved fallkollaps, oljespredning, emulsjonsindeksanalyse og bestemmelse av reduksjon i overflatespenningen til det cellefrie mediet på grunn av vekst av mikrober. Biosurfaktantene ble ekstrahert, karakterisert og kjemisk identifisert av LCMS, 1H NMR og FT-IR. Til slutt ble en blanding av biosurfaktanter produsert av disse mikrober tilberedt og ble brukt til å gjenvinne restoljen i en simulert sandpakkekolonne.
Den nåværende studien illustrerer bare metodene som er involvert i screening, identifisering, strukturell karakterisering og anvendelse av biosurfactantkombinasjonen for å forbedre restoljeutvinningen. Det gir ikke en detaljert funksjonell karakterisering av biosurfaktantene produsert av de mikrobielle stammene 15,16. Ulike eksperimenter som kritisk micellebestemmelse, termogravimetrisk analyse, overflate våthet og biologisk nedbrytbarhet utføres for detaljert funksjonell karakterisering av biosurfactant. Men siden dette papiret er et metodepapir, er fokuset på screening, identifikasjon, strukturell karakterisering og anvendelse av biosurfactantkombinasjonen for å forbedre utvinning av restolje; disse eksperimentene er ikke inkludert i denne studien.
Biosurfactants er en av de mest allsidige gruppene av biologisk aktive komponenter som blir attraktive alternativer til kjemiske overflateaktive stoffer. De har et bredt spekter av applikasjoner i mange bransjer som vaskemidler, maling, kosmetikk, mat, legemidler, landbruk, petroleum og vannbehandling på grunn av deres bedre fuktbarhet, lavere CMC, diversifisert struktur og miljøvennlighet18. Dette har ført til økt interesse for å oppdage flere mikrobielle stammer som er i stand til biosurfac…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil takke Institutt for bioteknologi, Indias regjering, for økonomisk støtte.
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 |