Vi illustrerar de metoder som är involverade i screening och identifiering av det biotensider som producerar mikrober. Metoder för kromatografisk karakterisering och kemisk identifiering av biotensider, bestämning av biotensiderns industriella tillämplighet för att förbättra restoljeåtervinningen presenteras också.
Biotensider är ytaktiva föreningar som kan minska ytspänningen mellan två faser med olika polariteter. Biotensider har framstått som lovande alternativ till kemiska tensider på grund av mindre toxicitet, hög biologisk nedbrytbarhet, miljökompatibilitet och tolerans mot extrema miljöförhållanden. Här illustrerar vi de metoder som används för screening av mikrober som kan producera biotensider. Det biotensidproducerande mikroben identifierades med hjälp av droppkollaps, oljespridning och emulsionsindexanalyser. Produktionen av biotensider validerades genom att bestämma minskningen av ytspänningen hos mediet på grund av tillväxten av de mikrobiella medlemmarna. Vi beskriver också de metoder som är involverade i karakterisering och identifiering av biotensider. Tunnskiktskromatografi av det extraherade biotensideret följt av differentiell färgning av plattorna utfördes för att bestämma biotensiderns natur. LCMS, 1H NMR och FT-IR användes för att kemiskt identifiera biotensider. Vi illustrerar vidare metoderna för att utvärdera tillämpningen av kombinationen av producerade biotensider för att förbättra restoljeåtervinningen i en simulerad sandpackkolonn.
Biotensider är de amfipatiska ytaktiva molekylerna som produceras av mikroorganismer som har kapacitet att minska ytan och gränssnittsspänningen mellan två faser1. Ett typiskt biotensider innehåller en hydrofil del som vanligtvis består av en sockerdel eller en peptidkedja eller hydrofil aminosyra och en hydrofob del som består av en mättad eller omättad fettsyrakedja2. På grund av sin amfipatiska natur samlas biotensider vid gränssnittet mellan de två faserna och minskar gränssnittsspänningen vid gränsen, vilket underlättar spridningen av en fas i den andra 1,3. Olika typer av biotensider som hittills har rapporterats inkluderar glykolipider i vilka kolhydrater är kopplade till långkedjiga alifatiska eller hydroxi-alifatiska syror via esterbindningar (t.ex. rhamnolipider, trehalolipider och soforolipider), lipopeptider i vilka lipider är bundna till polypeptidkedjor (t.ex. ytaktin och lichenysin) och polymera biotensider som vanligtvis består av polysackarid-proteinkomplex (t.ex. emulsan, liposan, alasan och lipomannan)4. Andra typer av biotensider som produceras av mikroorganismerna inkluderar fettsyror, fosfolipider, neutrala lipider och partikelformiga biotensider5. Den mest studerade klassen av biotensider är glykolipider och bland dem har de flesta studierna rapporterats på rhamnolipider6. Rhamnolipider innehåller en eller två molekyler rhamnos (som utgör den hydrofila delen) kopplade till en eller två molekyler långkedjiga fettsyror (vanligtvis hydroxi-dekansyra). Rhamnolipider är primära glykolipider som först rapporterades från Pseudomonas aeruginosa7.
Biotensider har fått allt större fokus jämfört med sina kemiska motsvarigheter på grund av olika unika och särskiljande egenskaper som de erbjuder8. Dessa inkluderar högre specificitet, lägre toxicitet, större mångfald, enkel beredning, högre biologisk nedbrytbarhet, bättre skumning, miljökompatibilitet och aktivitet under extrema förhållanden9. Strukturell mångfald av biotensider (figur S1) är en annan fördel som ger dem en fördel jämfört med de kemiska motsvarigheterna10. De är i allmänhet mer effektiva och ändamålsenliga vid lägre koncentrationer eftersom deras kritiska micellekoncentration (CMC) vanligtvis är flera gånger lägre än kemiska tensider11. De har rapporterats vara mycket termostabila (upp till 100 °C) och tål högre pH (upp till 9) och höga saltkoncentrationer (upp till 50 g/l)12 och erbjuder därmed flera fördelar i industriella processer, som kräver exponering för extrema förhållanden13. Biologisk nedbrytbarhet och lägre toxicitet gör dem lämpliga för miljötillämpningar som bioremediering. På grund av de fördelar som de erbjuder har de fått ökad uppmärksamhet inom olika branscher som livsmedels-, jordbruks-, tvättmedels-, kosmetisk och petroleumindustri11. Biotensider har också fått stor uppmärksamhet vid oljesanering för avlägsnande av petroleumföroreningar och giftiga föroreningar14.
Här rapporterar vi produktion, karakterisering och tillämpning av biotensider som produceras av Rhodococcus sp. Stegen som är involverade i screening, karakterisering och applicering av en kombination av biotensider för förbättrad oljeåtervinning beskrivs i figur 1.
Figur 1: En metod för förbättrad oljeåtervinning med en kombination av biotensider. Det stegvisa arbetsflödet visas. Arbetet utfördes i fyra steg. Först odlades och screenades de mikrobiella stammarna för produktion av biotensider genom olika analyser, som inkluderade droppkollapsanalys, oljespridningsanalys, emulsionsindexanalys och ytspänningsmätning. Därefter extraherades biotensider från den cellfria buljongen och deras natur identifierades med hjälp av tunnskiktskromatografi och de identifierades vidare med lcms, NMR och FT-IR. I nästa steg blandades de extraherade biotensider ihop och potentialen hos den resulterande blandningen för förbättrad oljeåtervinning bestämdes med hjälp av sandpackkolonntekniken. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Screening av dessa mikrobiella stammar för att producera biotensider gjordes genom droppkollaps, oljespridning, emulsionsindexanalys och bestämning av minskning av ytspänningen hos det cellfria mediet på grund av tillväxten av mikroberna. Biotensider extraherades, karakteriserades och identifierades kemiskt av LCMS, 1H NMR och FT-IR. Slutligen framställdes en blandning av biotensider som producerades av dessa mikrober och användes för att återvinna restoljan i en simulerad sandpackkolonn.
Föreliggande studie illustrerar endast de metoder som är involverade i screening, identifiering, strukturell karakterisering och tillämpning av kombinationen av biotensider för att förbättra restoljeåtervinningen. Det ger inte en detaljerad funktionell karakterisering av de biotensider som produceras av de mikrobiella stammarna15,16. Olika experiment såsom kritisk micellebestämning, termogravimetrisk analys, ytvätning och biologisk nedbrytbarhet utförs för detaljerad funktionell karakterisering av något biotensider. Men eftersom detta dokument är ett metodpapper ligger fokus på screening, identifiering, strukturell karakterisering och tillämpning av kombinationen av biotensider för att förbättra restoljeåtervinningen; dessa experiment har inte inkluderats i denna studie.
Biotensider är en av de mest mångsidiga grupperna av biologiskt aktiva komponenter som blir attraktiva alternativ till kemiska tensider. De har ett brett utbud av applikationer inom många branscher som tvättmedel, färger, kosmetika, livsmedel, läkemedel, jordbruk, petroleum och vattenbehandling på grund av deras bättre vätbarhet, lägre CMC, diversifierad struktur och miljövänlighet18. Detta har lett till ett ökat intresse för att upptäcka fler mikrobiella stammar som kan producera b…
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka Institutionen för bioteknik, Indiens regering, för ekonomiskt stöd.
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 |