Summary

Récupération assistée du pétrole à l’aide d’une combinaison de biosurfactants

Published: June 03, 2022
doi:

Summary

Nous illustrons les méthodes impliquées dans le criblage et l’identification des microbes producteurs de biosurfactants. Les méthodes de caractérisation chromatographique et d’identification chimique des biosurfactants, déterminant l’applicabilité industrielle du biosurfactant dans l’amélioration de la récupération de l’huile résiduelle sont également présentées.

Abstract

Les biosurfactants sont des composés tensioactifs capables de réduire la tension superficielle entre deux phases de polarités différentes. Les biosurfactants sont apparus comme des alternatives prometteuses aux tensioactifs chimiques en raison de leur toxicité moindre, de leur biodégradabilité élevée, de leur compatibilité environnementale et de leur tolérance aux conditions environnementales extrêmes. Nous illustrons ici les méthodes utilisées pour le criblage des microbes capables de produire des biosurfactants. Les microbes producteurs de biosurfactant ont été identifiés à l’aide de tests d’effondrement de gouttes, d’épandage d’huile et d’indice d’émulsion. La production de biosurfactants a été validée en déterminant la réduction de la tension superficielle du milieu due à la croissance des membres microbiens. Nous décrivons également les méthodes impliquées dans la caractérisation et l’identification des biosurfactants. Une chromatographie sur couche mince du biosurfactant extrait, suivie d’une coloration différentielle des plaques, a été effectuée pour déterminer la nature du biosurfactant. LCMS, RMN 1H et FT-IR ont été utilisés pour identifier chimiquement le biosurfactant. Nous illustrons également les méthodes permettant d’évaluer l’application de la combinaison de biosurfactants produits pour améliorer la récupération de l’huile résiduelle dans une colonne de sable simulée.

Introduction

Les biosurfactants sont les molécules tensio-actives amphipathiques produites par des micro-organismes qui ont la capacité de réduire la surface et la tension interfaciale entre deux phases1. Un biosurfactant typique contient une partie hydrophile qui est généralement composée d’une fraction sucrée ou d’une chaîne peptidique ou d’un acide aminé hydrophile et une partie hydrophobe composée d’une chaîne d’acides gras saturés ou insaturés2. En raison de leur nature amphipathique, les biosurfactants s’assemblent à l’interface entre les deux phases et réduisent la tension interfaciale à la frontière, ce qui facilite la dispersion d’une phase dans l’autre 1,3. Divers types de biosurfactants qui ont été rapportés jusqu’à présent comprennent les glycolipides dans lesquels les glucides sont liés à des acides aliphatiques ou hydroxy-aliphatiques à longue chaîne via des liaisons ester (par exemple, les rhamnolipides, les tréhalolipides et les sophorolipides), les lipopeptides dans lesquels les lipides sont attachés à des chaînes polypeptidiques (par exemple, la surfactine et la lichénysine) et les biosurfactants polymères qui sont généralement composés de complexes polysaccharide-protéine (par exemple, émulsan, liposan, alasan et lipomannane)4. D’autres types de biosurfactants produits par les micro-organismes comprennent les acides gras, les phospholipides, les lipides neutres et les biosurfactants particulaires5. La classe de biosurfactants la plus étudiée est celle des glycolipides et parmi eux la plupart des études ont été rapportées sur les rhamnolipides6. Les rhamnolipides contiennent une ou deux molécules de rhamnose (qui forment la partie hydrophile) liées à une ou deux molécules d’acide gras à longue chaîne (généralement de l’acide hydroxy-décanoïque). Les rhamnolipides sont des glycolipides primaires rapportés en premier chez Pseudomonas aeruginosa7.

Les biosurfactants ont gagné en attention par rapport à leurs homologues chimiques en raison de diverses propriétés uniques et distinctives qu’ils offrent8. Il s’agit notamment d’une plus grande spécificité, d’une toxicité plus faible, d’une plus grande diversité, d’une plus grande facilité de préparation, d’une biodégradabilité plus élevée, d’une meilleure moussage, d’une compatibilité environnementale et d’une activité dans des conditions extrêmes9. La diversité structurelle des biosurfactants (figure S1) est un autre avantage qui leur donne un avantage sur leurs homologues chimiques10. Ils sont généralement plus efficaces et efficients à des concentrations plus faibles, car leur concentration micellaire critique (CMC) est généralement plusieurs fois inférieure à celle des tensioactifs chimiques11. Ils ont été signalés comme étant très thermostables (jusqu’à 100 °C) et peuvent tolérer un pH plus élevé (jusqu’à 9) et des concentrations élevées de sel (jusqu’à 50 g/L)12 , offrant ainsi plusieurs avantages dans les processus industriels, qui nécessitent une exposition à des conditions extrêmes13. La biodégradabilité et la toxicité plus faible les rendent adaptés à des applications environnementales telles que la bioremédiation. En raison des avantages qu’ils offrent, ils ont reçu une attention accrue dans diverses industries comme l’industrie alimentaire, agricole, détergente, cosmétique et pétrolière11. Les biosurfactants ont également attiré beaucoup d’attention dans l’assainissement des hydrocarbures pour l’élimination des contaminants pétroliers et des polluants toxiques14.

Nous rapportons ici la production, la caractérisation et l’application de biosurfactants produits par Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 et Paenibacillus sp. IITD108. Les étapes du criblage, de la caractérisation et de l’application d’une combinaison de biosurfactants pour la récupération assistée du pétrole sont décrites à la figure 1.

Figure 1
Figure 1 : Méthode de récupération assistée de l’huile à l’aide d’une combinaison de biosurfactants. Le flux de travail par étapes est affiché. Les travaux se sont déroulés en quatre étapes. Tout d’abord, les souches microbiennes ont été cultivées et examinées pour la production de biosurfactant par divers essais, notamment le test d’effondrement des gouttes, le test d’étalement d’huile, le test d’indice d’émulsion et la mesure de la tension superficielle. Ensuite, les biosurfactants ont été extraits du bouillon sans cellules et leur nature a été identifiée à l’aide de la chromatographie sur couche mince et ils ont été identifiés à l’aide de LCMS, RMN et FT-IR. Dans l’étape suivante, les biosurfactants extraits ont été mélangés ensemble et le potentiel du mélange résultant pour une récupération assistée du pétrole a été déterminé à l’aide de la technique de la colonne de sable. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Le criblage de ces souches microbiennes pour produire des biosurfactants a été effectué par effondrement de gouttes, propagation d’huile, dosage de l’indice d’émulsion et détermination de la réduction de la tension superficielle du milieu sans cellules due à la croissance des microbes. Les biosurfactants ont été extraits, caractérisés et identifiés chimiquement par LCMS, RMN 1H et FT-IR. Enfin, un mélange de biosurfactants produits par ces microbes a été préparé et a été utilisé pour récupérer l’huile résiduelle dans une colonne de sable simulée.

La présente étude illustre seulement les méthodes impliquées dans le criblage, l’identification, la caractérisation structurelle et l’application de la combinaison de biosurfactants sur l’amélioration de la récupération de l’huile résiduelle. Il ne fournit pas de caractérisation fonctionnelle détaillée des biosurfactants produits par les souches microbiennes15,16. Diverses expériences telles que la détermination critique des micelles, l’analyse thermogravimétrique, la mouillabilité de surface et la biodégradabilité sont effectuées pour une caractérisation fonctionnelle détaillée de tout biosurfactant. Mais comme cet article est un document sur les méthodes, l’accent est mis sur le criblage, l’identification, la caractérisation structurelle et l’application de la combinaison de biosurfactants pour améliorer la récupération de l’huile résiduelle; ces expériences n’ont pas été incluses dans cette étude.

Protocol

1. Croissance des souches microbiennes Peser 2 g de poudre de bouillon Luria et ajouter à 50 mL d’eau distillée dans une fiole conique de 250 mL. Mélanger le contenu jusqu’à ce que la poudre se dissout complètement et porter le volume à 100 mL à l’aide d’eau distillée. De même, préparez deux autres flacons de 100 mL de bouillon Luria et placez des bouchons de coton sur le col des flacons. Couvrir les bouchons de coton avec du papier d’aluminium et autocla…

Representative Results

Trois souches bactériennes (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 et Paenibacillus sp. IITD108) ont été examinées pour la production de biosurfactants par divers essais, notamment le test d’effondrement de goutte, le test de déplacement d’huile, le test d’indice d’émulsion et la réduction de la tension superficielle. Les surnageants sans cellules des trois souches bactériennes et une solution de tensioactif chimique ont entraîné un effondrement de la goutte et, p…

Discussion

Les biosurfactants sont l’un des groupes les plus polyvalents de composants biologiquement actifs qui deviennent des alternatives attrayantes aux tensioactifs chimiques. Ils ont un large éventail d’applications dans de nombreuses industries telles que les détergents, les peintures, les cosmétiques, l’alimentation, les produits pharmaceutiques, l’agriculture, le pétrole et le traitement de l’eau en raison de leur meilleure mouillabilité, de leur CMC plus faible, de leur structure diversifiée et de leur res…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs tiennent à remercier le Département de biotechnologie du Gouvernement indien pour son soutien financier.

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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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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