АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Мы иллюстрируем методы, связанные с скринингом и идентификацией микробов, продуцирующих биоповерхностные вещества. Также представлены методы хроматографической характеризации и химической идентификации биоповерхностных веществ, определяющие промышленную применимость биоповерхностного вещества в повышении остаточного нефтеотдачи.

Аннотация

Биосурфактанты представляют собой поверхностно-активные соединения, способные снижать поверхностное натяжение между двумя фазами разной полярности. Биозащитные вещества становятся многообещающими альтернативами химическим поверхностно-активным веществам из-за меньшей токсичности, высокой биоразлагаемости, экологической совместимости и устойчивости к экстремальным условиям окружающей среды. Здесь мы иллюстрируем методы, используемые для скрининга микробов, способных производить биоповерхностные вещества. Микробы, производящие биоповерхност, были идентифицированы с использованием анализа капельного коллапса, разбрасывания нефти и индекса эмульсии. Производство биоповерхностного вещества было подтверждено путем определения снижения поверхностного натяжения среды из-за роста микробных членов. Мы также описываем методы, связанные с характеристикой и идентификацией биоповерхностных веществ. Тонкослойную хроматографию экстрагированного биоповерхностного вещества с последующим дифференциальным окрашиванием пластин проводили для определения природы биоповерхностного вещества. LCMS, 1H ЯМР и FT-IR использовались для химической идентификации биоповерхностного вещества. Далее мы иллюстрируем методы оценки применения комбинации полученных биотвердых веществ для повышения остаточного нефтеотдачи в моделируемой колонне пескоструйной пачки.

Введение

Биоповерхностные вещества представляют собой амфипатические поверхностно-активные молекулы, продуцируемые микроорганизмами, которые обладают способностью уменьшать поверхность и межфазное натяжение между двумя фазами1. Типичный биотвердовой фактор содержит гидрофильную часть, которая обычно состоит из фрагмента сахара или пептидной цепи или гидрофильной аминокислоты и гидрофобной части, которая состоит из насыщенной или ненасыщенной цепи жирных кислот2. Из-за своей амфипатической природы биоповерхностные вещества собираются на границе раздела между двумя фазами и уменьшают межфазное напряжение на границе, что облегчает диспергирование одной фазы в другую 1,3. Различные типы биозащищенных веществ, о которых сообщалось до настоящего времени, включают гликолипиды, в которых углеводы связаны с длинноцепочечными алифатическими или гидроксиалифатическими кислотами через эфирные связи (например, рамнолипиды, трегалолипиды и софоролипиды), липопептиды, в которых липиды прикреплены к полипептидным цепям (например, сурфактин и лихенизин), и полимерные биозащитные вещества, которые обычно состоят из полисахарид-белковых комплексов (например, эмульсан, липосан, аласан и липоманнан)4. Другие типы биозащищенных веществ, продуцируемых микроорганизмами, включают жирные кислоты, фосфолипиды, нейтральные липиды и биоповерхностные частицы5. Наиболее изученным классом биоповерхностных веществ являются гликолипиды, и среди них большинство исследований было зарегистрировано на рамнолипидах6. Рамнолипиды содержат одну или две молекулы рамнозы (которые образуют гидрофильную часть), связанные с одной или двумя молекулами длинноцепочечной жирной кислоты (обычно гидрокси-декановой кислоты). Рамнолипиды являются первичными гликолипидами, о которых впервые сообщалось из Pseudomonas aeruginosa7.

Биоповерхностные вещества приобретают все большее внимание по сравнению со своими химическими аналогами из-за различных уникальных и отличительных свойств, которые они предлагают8. К ним относятся более высокая специфичность, более низкая токсичность, большее разнообразие, простота приготовления, более высокая биоразлагаемость, лучшее пенообразование, экологическая совместимость и активность в экстремальных условиях9. Структурное разнообразие биоповерхностных веществ (рисунок S1) является еще одним преимуществом, которое дает им преимущество перед химическими аналогами10. Они, как правило, более эффективны и действенны при более низких концентрациях, поскольку их критическая концентрация мицелл (CMC) обычно в несколько раз ниже, чем у химических поверхностно-активных веществ11. Сообщалось, что они обладают высокой термостабильностью (до 100 °C) и могут переносить более высокий рН (до 9) и высокие концентрации соли (до 50 г/л)12 , тем самым обеспечивая ряд преимуществ в промышленных процессах, которые требуют воздействия экстремальных условий13. Биоразлагаемость и более низкая токсичность делают их пригодными для экологических применений, таких как биоремедиация. Из-за преимуществ, которые они предлагают, они получают повышенное внимание в различных отраслях промышленности, таких как пищевая, сельскохозяйственная, моющая, косметическая и нефтяная промышленность11. Биозащищенные вещества также привлекли большое внимание в рекультивации нефти для удаления нефтяных загрязнителей и токсичных загрязнителей14.

Здесь мы сообщаем о производстве, характеристике и применении биоповерхностных веществ, полученных Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 и Paenibacillus sp. IITD108. Этапы, связанные с скринингом, определением характеристик и применением комбинации биоповерхностных веществ для повышения нефтеотдачи, описаны на рисунке 1.

figure-introduction-4303
Рисунок 1: Метод повышения нефтеотдачи пластов с использованием комбинации биоповерхностно-активных веществ. Показан пошаговый рабочий процесс. Работа велась в четыре этапа. Сначала микробные штаммы культивировали и просеивали для производства биоповерхностного вещества различными анализами, которые включали анализ на падение коллапса, анализ разбрасывания масла, анализ индекса эмульсии и измерение поверхностного натяжения. Затем биоповерхностные вещества были извлечены из бесклеточного бульона, и их природа была идентифицирована с помощью тонкослойной хроматографии, и они были дополнительно идентифицированы с использованием LCMS, ЯМР и FT-IR. На следующем этапе извлеченные биоповерхностные вещества смешивали вместе, и потенциал полученной смеси для повышения нефтеотдачи был определен с использованием метода колонной пескоструйной упаковки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Скрининг этих микробных штаммов для получения биоповерхностных веществ проводился путем коллапса капель, разбрасывания масла, анализа индекса эмульсии и определения снижения поверхностного натяжения бесклеточной среды за счет роста микробов. Биоповерхностные вещества были извлечены, охарактеризованы и химически идентифицированы С помощью LCMS, 1H ЯМР и FT-IR. Наконец, смесь биоповерхностных веществ, полученных этими микробами, была приготовлена и использована для извлечения остаточной нефти в смоделированной колонне песчаной пачки.

Настоящее исследование лишь иллюстрирует методы, связанные с скринингом, идентификацией, структурной характеристикой и применением комбинации биоповерхностных веществ для повышения остаточного нефтеотдачи. Он не дает подробной функциональной характеристики биоповерхностных веществ, продуцируемых микробными штаммами15,16. Различные эксперименты, такие как определение критических мицелл, термогравиметрический анализ, смачиваемость поверхности и биоразлагаемость, выполняются для детальной функциональной характеристики любого биоповерхностного вещества. Но поскольку этот документ является методологическим документом, основное внимание уделяется скринингу, идентификации, структурной характеристике и применению комбинации биоповерхностных веществ для повышения остаточного нефтеотдачи; эти эксперименты не были включены в данное исследование.

протокол

1. Рост микробных штаммов

  1. Взвесьте 2 г порошка бульона Luria и добавьте к 50 мл дистиллированной воды в коническую колбу объемом 250 мл. Перемешайте содержимое до полного растворения порошка и восполните объем до 100 мл, используя дистиллированную воду.
  2. Аналогично приготовьте еще две колбы по 100 мл бульона Лурия и поместите хлопчатобумажные пробки на шейку колб.
  3. Накройте хлопковые пробки алюминиевой фольгой и автоклавом колбы на 15 мин при 121 °C и 15 фунтов на квадратный дюйм для стерилизации среды.
  4. После автоклавирования дайте среде остыть до комнатной температуры.
  5. Для приготовления первичной культуры штамма отбирают одну колонию из пластины LA с помощью петли инокуляции и инокулируют в пробирке, содержащей 5 мл стерильного бульона Luria.
  6. Инкубировать пробирку в течение ночи при 30 °C при 180 об/мин.
  7. Инокулируют колбы, содержащие 100 мл автоклавного бульона Лурия, добавляя 1 мл выращенных на ночь семенных культур в колбы внутри ламинарного воздушного потока.
  8. Инкубируйте колбы во ротационном инкубаторе при 30 °C и 180 об/мин в течение 7 дней.
  9. После завершения инкубационного периода собирают колбы и переносят питательный бульон в трубы центрифуги. Центрифугируйте культуру при 4 500 х г в течение 20 мин в охлажденной центрифуге при 4 °C.
  10. Осторожно налейте безклеточный супернатант в свежий стакан и используйте его в скрининговых анализах для производства биоповерхностного вещества.

2. Скрининговые анализы для производства биоповерхностных материалов

ПРИМЕЧАНИЕ: В следующих разделах коммерческое поверхностно-активное вещество (сапонин) использовалось в качестве положительного контроля, в то время как вода и неинокализованные среды использовались в качестве отрицательного контроля.

  1. Анализ каплевидного коллапса
    1. Возьмите чистую стеклянную горку и покройте поверхность слайда 200 мкл масла.
    2. Добавьте 20 мкл бесклеточного супернатанта к центру масла и оставьте его ненарушенным в течение 2-3 мин.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если капля разрушается, оцените супернатант положительным на наличие биосовреждателя.
  2. Анализ нефтеразбрасывания
    1. Возьмите 20 мл двойной дистиллированной воды в пластине Петри (диаметр 75 мм) и добавьте 200 мкл сырой нефти на поверхность воды.
    2. Добавьте 20 мкл бесклеточного супернатанта в центр масла и оставьте его нетронутым в течение 1 мин.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если зона очистки образуется из-за смещения масла, оцените супернатант положительным на наличие биоповерхностного вещества.
  3. Анализ индекса эмульсии (анализE 24 )
    1. Добавьте 4 мл бензина (бензина) и бесклеточного супернатанта в чистую стеклянную пробирку.
    2. Энергично вращайте смесь в течение 3 мин и оставляйте ее нетронутой в течение следующих 24 ч.
    3. По истечении 24 ч определить индекс Е24 в процентах от высоты эмульгированного слоя (см) по отношению к высоте всего столба жидкости (см).
      figure-protocol-3212
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если эмульсия (масло в воде или вода в масле) наблюдается через 24 ч, супернатант, вероятно, будет содержать биосовреждатель.
  4. Измерение поверхностного натяжения
    ПРИМЕЧАНИЕ: Поверхностное натяжение измеряли с помощью метода17 кольца Дю Нуи. Инструмент, используемый в этом эксперименте (см. Таблицу материалов), очень чувствителен, поэтому обеспечьте надлежащую очистку стеклянного сосуда и зонда.
    1. Включите систему и дважды щелкните соответствующее программное обеспечение, чтобы открыть ее.
    2. Очистите стеклянный сосуд жидкостью, поверхностное натяжение которой необходимо определить.
    3. Добавьте жидкость (40 мл) в сосуд и установите судно на держатель судна.
    4. Разблокируйте держатель зонда и установите на него зонд. Теперь заблокируйте держатель зонда, нажав кнопку Lock на ручном контроллере.
    5. Используя ручной контроллер, отрегулируйте высоту платформы таким образом, чтобы зонд находился на расстоянии около 2-3 мм от поверхности жидкости.
    6. Теперь используйте программное обеспечение для измерения поверхностного натяжения. Нажмите на Файл , расположенный в верхней левой панели экрана. Щелкните Открыть рабочую область. Появится всплывающее окно.
    7. Прокрутите вниз и дважды щелкните значок K100: Поверхностное и межфазное натяжение .
    8. Теперь нажмите на значок файла , расположенный в левом верхнем углу экрана. Щелкните Новая база данных. Введите имя для сохранения данных и нажмите OK.
    9. Опять же, нажмите на Файл > Новое измерение > SFT > Ring. Введите имя измерения. Убедитесь, что в шаблоне конфигурации отображается SFT-кольцо.
    10. Заполните подробные сведения в окне Конфигурация измерения , выбрав зонд и сосуд, который используется для измерения. Кроме того, заполните детали жидкой и газовой фазы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Жидкая фаза будет водой, в то время как газовая фаза будет воздушной. Плотность жидкой фазы — это плотность безклеточного супернатанта. Это можно определить, взяв вес 50 мл жидкости и рассчитав плотность как кг/м3.
    11. Теперь нажмите на вкладку «Процедура » и заполните следующие детали: Скорость обнаружения: 6 мм / мин, Чувствительность обнаружения: 0,005 г, Скорость поиска: 6 мм / мин, Чувствительность поиска: 0,005 г, Скорость измерения: 3 мм / мин, Измерительная чувствительность: 0,001 г, Глубина погружения: 3 мм, Расстояние возврата: 10%, коррекция: Harkins & Jordan, максимальные значения: 5. Нажмите OK.
    12. Во всплывающем окне выберите базу данных для хранения данных и нажмите OK.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь можно создать новую базу данных или добавить новые измерения к существующим данным.
    13. Теперь нажмите на кнопку Play , расположенную в верхней центральной части экрана. Система начнет выполнять скрипт. После того, как система стабилизируется, она обнаружит поверхность. Погрузите зонд в жидкость, переместите зонд вперед и назад и обнаружите натяжение в образовавшейся ламели.
    14. Для получения результатов нажмите на значок Измерение в средней левой части экрана. Нажмите на Данные и запишите измеренное поверхностное натяжение.
    15. После завершения измерений опустите высоту платформы и разблокируйте и смонтируйте зонд и сосуд от прибора.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для определения снижения поверхностного натяжения из-за производства биоповерхностных веществ в качестве контроля следует использовать неинокализованный LB.

3. Извлечение биоповерхностного вещества

  1. Отрегулируйте рН безклеточного супернатанта до 2, используя 2 N HCl. Храните смесь при 4 °C в течение ночи.
  2. Добавьте равный объем смеси хлороформ-метанол (2:1) к надосадочному веществу и энергично перемешайте в течение 20 мин.
  3. Оставьте смесь ненарушенной, чтобы произошло разделение фаз.
  4. Удалите верхнюю фазу, содержащую воду и метанол, и оставьте нижнюю фазу, содержащую биоповерхност, испаряться в вытяжном шкафу.
  5. После испарения органической фазы повторно растворяют сырой биозащитный агент медового цвета в 3 мл хлороформа и используют эту смесь для дальнейшей идентификации и характеристики биоповерхностного вещества.

4. Исследования стабильности эмульсии

  1. Стабильность эмульсии при различных температурах
    1. Возьмите 5 мл бесклеточных супернатантов в разных пробирках.
    2. Добавьте 5 мл бензина в каждую пробирку и энергично перемешайте, вихря в течение 3 минут.
    3. Инкубировать пробирки на ночь на разных водяных банях при разных температурах (30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C и 70 °C).
    4. Через 24 ч оцените показатели эмульсии, как упоминалось ранее.
  2. Стабильность эмульсии при различных значениях рН
    1. Возьмите 5 мл бесклеточного супернатанта в чистых пробирках.
    2. Отрегулируйте pH безклеточных супернатантов (2, 4, 6, 8 и 10), используя 1 N HCl и 1 N NaOH.
    3. Добавьте равное количество бензина в пробирки и энергично перемешайте, вихрев в течение 3 минут.
    4. Оставьте пробирки нетронутыми при комнатной температуре в течение 24 ч.
    5. Оцените индекс эмульсии, как упоминалось ранее.
  3. Стабильность эмульсии при различных концентрациях солей
    1. Возьмите 5 мл бесклеточного супернатанта в чистых пробирках.
    2. Добавьте различные количества соли (NaCl) к надосадочным веществам (0 г/л, 5 г/л, 10 г/л, 20 г/л, 60 г/л и 80 г/л).
    3. Растворите соли в безклеточных супернатантах путем вихря в течение 3 мин.
    4. Добавьте равное количество бензина в пробирки и энергично перемешайте, вихрев в течение 3 минут.
    5. Оставьте пробирки нетронутыми при комнатной температуре в течение 24 ч.
    6. Оцените индекс эмульсии через 24 ч.

5. Определение природы биоповерхностного вещества

  1. TLC экстрагированного биоповерхностного вещества
    1. Обнаружение 20 мкл биотвердых веществ на пластинах TLC. Пятно 2 мкл за один раз.
    2. Обнаружение биотвердовертов на трех различных пластинах TLC.
    3. Приготовьте смесь 100 мл элюента, содержащего хлороформ:метанол (2:1), и добавьте элюент в камеру TLC. Закройте крышку камеры и дайте ей насытиться в течение 20 мин.
    4. После высыхания пластин поместите пластины TLC внутрь камеры, насыщенной смесью хлороформа метанола, и запустите TLC.
    5. После того, как элюент достигнет верхней части пластины TLC (на расстоянии 1 см от вершины), выньте пластины и дайте ему высохнуть на воздухе.
  2. Окрашивание для обнаружения липидов
    1. Возьмите чистую TLC-камеру и добавьте несколько (5-10) гранул йода в свежую камеру и насытите камеру в течение 5-10 минут.
    2. Поместите пластину TLC внутрь камеры и наблюдайте за развитием желтых пятен. При появлении пятен оцените биоповерхност положительное на наличие липидного компонента.
  3. Окрашивание для обнаружения пептидов или аминокислот
    1. Готовят раствор нингидрина, растворяя 0,4 г нингидрина в 20 мл бутанола. Добавьте в смесь 0,6 мл 100% ледниковой уксусной кислоты.
    2. Опрыскайте пластину TLC раствором нингидрина и дайте ей высохнуть на воздухе в течение 2 мин. Нагрейте пластину при 110 °C и наблюдайте за развитием цвета.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если появляются синие пятна, оцените биоповерхностный фактор положительным на наличие любой пептидной цепи или аминокислоты.
  4. Окрашивание для обнаружения углеводов
    1. Готовят раствор п-анизальдегида, добавляя 2 мл п-анизальдегида к 48 мл ледниковой уксусной кислоты, содержащей 1 млH2SO4. Добавьте в смесь 0,6 мл уксусной кислоты.
    2. Распылите смесь равномерно на пластину TLC и дайте ей высохнуть на воздухе в течение 2 минут.
    3. Инкубируйте пластину при 110 °C и следите за развитием пятен.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если появляются зеленые или коричневые пятна, оцените биоповерхностный фактор положительным на наличие каких-либо углеводов.

6. Химическая идентификация биоповерхностного вещества

  1. LCMS биоповерхностного вещества
    1. Растворить 25 мг экстрагированного биосовреждателя в 1 мл хлороформа.
    2. Выполните LCMS (в конфигурации блокировки распыления с опорной частотой сканирования 10 с) с помощью столбца C18.
    3. Используйте хлороформ:метанол (1:1) в качестве подвижной фазы и вводите 2 мкл образца в колонну со скоростью потока 0,1 мл/мин.
    4. Установите экспериментальные параметры: полярность: ES положительная, капиллярное напряжение: 3 кВ, температура источника: 80 °C, температура дезинтегирования: 300 °C, расход газа дезинсоляции: 7 000 л/ч и расход газа ловушки: 0,40 мл/мин.
    5. Сканируйте диапазоны от 100 до 1 200 Да в течение времени обнаружения 20 минут и исследуйте ионы в режиме положительного ES.
    6. Анализируйте значения m/z с помощью любого программного обеспечения масс-спектрометрии.
    7. Для анализа войдите в программное обеспечение.
    8. Нажмите на Пакетный поиск и введите список полученных масс. Изучите результаты в режиме положительного заряда и используйте M + H и M + Na в качестве аддуктов. Поддерживайте точность до 10 PPM и поставьте галочку на Display Structure.
    9. Нажмите на Поиск и из списка соединений выберите тот, который имеет самый низкий уровень PPM.
  2. 1 См. H ЯМР биоповерхностного вещества
    ПРИМЕЧАНИЕ: 1Ч ЯМР биоповерхностного вещества проводили с использованием ЯМР-спектрометра 400 МГц (см. Таблицу материалов).
    1. Растворить 5 мг биотвердоверта в 1 мл дейтерированного хлороформа (CdCl3).
    2. Переложите смесь в ЯМР-трубку. Правильно закройте трубку крышкой и вставьте трубку в гаечный ключ. Отрегулируйте высоту трубки с помощью трубки регулятора.
    3. Поместите трубку вместе с гаечным ключом в ЯМР-машину и выполните шаги, упомянутые ниже, чтобы получить спектр ЯМР.
    4. Для выбора типа пробоотборника: sx N, где N - положение, в котором была помещена трубка (например, sx 13, если трубка была помещена в13-е положение) в соответствующем программном обеспечении.
    5. Введите edc и нажмите клавишу ВВОД , чтобы создать новую папку, в которой могут храниться данные.
    6. Появится всплывающее окно. Выберите растворитель, нажав на CdCl 3 в списке и введите название образца.
    7. Для запуска протокола введите "getprosol"; для блокировки растворителя введите "lock cdcl3".
    8. Введите "topshim", чтобы получить образец, и, наконец, введите "rga;zgefp" для получения данных. Это запустит протокол.
    9. После получения спектров введите "apk;abs n" и нажмите клавишу ENTER для коррекции фазы и исходного уровня.
    10. Чтобы выбрать основные пики, введите "pp" и нажмите Enter. Чтобы выбрать только интенсивные пики, введите «mi» и введите интенсивность, выше которой должны быть выбраны пики. Значение по умолчанию будет 0,2.
    11. Чтобы интегрировать пики, нажмите « Интегрировать» и поместите курсор на левую сторону пика, который должен быть интегрирован, и, удерживая курсор, щелкните и перетащите курсор вокруг пика.
    12. Сохраните данные, щелкнув Файл в левом верхнем углу, а затем нажмите кнопку Сохранить.
    13. Образец можно извлечь из машины, набрав "sx ej".
    14. Проанализируйте пики и определите среду атомов H.
  3. Инфракрасная спектроскопия биоповерхностного вещества с преобразованием Фурье
    ПРИМЕЧАНИЕ: FT-IR экстрагированного биоповерхностного вещества выполняли с использованием коммерчески доступного спектрофотометра в режиме ATR (см. Таблицу материалов).
    1. Включите спектрофотометр и проверьте продувку, осушитель и детектор.
    2. Чтобы собрать спектр, сначала соберите фоновый спектр без образца на месте.
    3. Возьмите экстрагированный биозащитный материал и полностью высушите его. Поместите высушенный биоповерхност непосредственно на кристалл алмаза, нажмите и нажмите на точку касания ATR.
    4. В программе выберите количество сканирований (введите 30) и просканируйте спектр от 400 см-1 до 4000 см-1.
    5. Нажмите ok , чтобы добавить спектр выборки в спектральное окно.
    6. Нажмите «Файлы» > «Сохранить > «Сохранить как » и введите имя файла, за которым следует расширение .spa, и нажмите OK.

7. Применение биоповерхностно-активных веществ (повышение нефтеотдачи)

ПРИМЕЧАНИЕ: В этом эксперименте двойная дистиллированная вода использовалась в качестве отрицательного контроля, а 10% SDS, 10% Tween 80 и 10% коммерческого сапонина использовались в качестве положительного контроля.

  1. Возьмите стекло и запечатайте нижнюю розетку стекловатой и стеклянными бусинами.
  2. Упакуйте колонну песчаной почвой таким образом, чтобы в верхнюю часть почвы можно было добавить немного жидкости, а поток можно было собрать внизу. Установите колонну на держатель и добавьте несколько стеклянных бусин поверх почвы.
  3. Залейте столб 50 мл раствора рассола и соберите поток для определения объема пор.
    объем пор = объем рассола, добавленного сверху - объем собранного проточного потока.
  4. Извлеките рассол из колонны, заставив сырую нефть пройти через нее после добавления из верхней части колонны. Соберите объем рассола и масла, выходящего из колонны, чтобы определить начальный объем насыщения маслом. Объем рассола, высвобождаемого из колонны, будет представлять собой начальный объем насыщения маслом или исходное масло на месте.
  5. Оставьте колонну без помех в течение 24 ч.
  6. Через 24 ч залить колонну 10 поровыми объемами рассола и собрать нефть, выходящую из колонны, для оценки вторичной нефтеотдачи. Нефть, оставшаяся в колонне после вторичного извлечения нефти, соответствует остаточной нефти.
  7. Приготовьте смесь биоповерхностных веществ, добавив в стеклянный стакан равные объемы экстрагированного биоповерхностного вещества (экстрагированного после этапа 3.5). Добавьте биозащищенные вещества в верхнюю часть колонны и высиживайте колонку в течение 24 ч.
  8. Через 24 часа измерьте количество нефти и воды, чтобы определить дополнительную или повышенную нефтеотдачу. Объем нефти, выделяемой из колонны, будет соответствовать остаточной добытой нефти.
  9. Оцените повышенную нефтеотдачу по следующему уравнению:
    figure-protocol-18668

Результаты

Три бактериальных штамма (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 и Paenibacillus sp. IITD108) были проверены на получение биоповерхностных веществ различными анализами, которые включали анализ коллапса капли, анализ смещения масла, анализ индекса эмульсии и снижение поверхностного натяжения...

Обсуждение

Биоповерхностные вещества являются одной из наиболее универсальных групп биологически активных компонентов, которые становятся привлекательными альтернативами химическим поверхностно-активным веществам. Они имеют широкий спектр применения во многих отраслях промышленности, таки?...

Раскрытие информации

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Департамент биотехнологии правительства Индии за финансовую поддержку.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
1 ml pipetteEppendorf, GermanyG54412G
1H NMRBruker Avance AV-III type spectrometer,USA
20 ul pipetteThermo scientific, USAH69820
AutoclaveJAISBO, IndiaSer no 5923Jain Scientific
Blue flame burnerRocker scientific, Taiwandragon 200
ButanolGLR inovations, IndiaGLR09.022930
C18 columnAgilent Technologies, USA770995-902
CentrifugeEppendorf, Germany5810R
ChloroformMerck, India1.94506.2521
Chloroform-dSRL, India57034
Falcon tubesTarsons, India546041Radiation sterilized polypropylene
FT-IRThermo Fisher Scientific, USA Nicolet iS50
Fume hoodKhera, India47408Customied
glacial acetic acidMerck, India1.93002
Glass beadsMerck, India104014
Glass slidesPolar industrial Corporation, USABlue Star75 mm * 25 mm
Glass woolMerk, India104086
Hydrochloric acidMerck, India1003170510
IncubatorThermo Scientific, USAMaxQ600Shaking incubator
IncubatorKhera, IndiaSunbim
Iodine resublimedMerck, India231-442-4 resublimed Granules
K12 –Kruss tensiometerKruss Scientific, GermanyK100
Laminar air flow cabnetThermo Scientific, China1300 Series A2
LCMSAgilent Technologies, USA1260 Infinity II
Luria BrothHIMEDIA, IndiaM575-500GPowder
MethanolMerck, India107018
NinhydrinTitan Biotech Limited, India1608
p- anisaldehydeSigma, USA204-602-6
Petri plateTarsons, India460090-90 MMRadiation sterilized polypropylene
SaponinMerck, India232-462-6
Sodium chlorideMerck, India231-598-3
Test tubesBorosil, India9800U06Glass tubes
TLC platesMerck, India1055540007
VortexGeNei, India2006114318
Water BathJulabo, IndiaSW21C

Ссылки

  1. Desai, J. D., Banat, I. M. Microbial production of surfactants and their commercial potential. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 61 (1), 47-64 (1997).
  2. Banat, I. M. Biosurfactants production and possible uses in microbial enhanced oil recovery and oil pollution remediation: a review. Bioresource Technology. 51 (1), 1-12 (1995).
  3. Singh, A., Van Hamme, J. D., Ward, O. P. Surfactants in microbiology and biotechnology: Part 2. Application aspects. Biotechnology Advances. 25 (1), 99-121 (2007).
  4. Shah, N., Nikam, R., Gaikwad, S., Sapre, V., Kaur, J. Biosurfactant: types, detection methods, importance and applications. Indian Journal of Microbiology Research. 3 (1), 5-10 (2016).
  5. McClements, D. J., Gumus, C. E. Natural emulsifiers-Biosurfactants, phospholipids, biopolymers, and colloidal particles: Molecular and physicochemical basis of functional performance. Advances in Colloid and Interface Science. 234, 3-26 (2016).
  6. Nguyen, T. T., Youssef, N. H., McInerney, M. J., Sabatini, D. A. Rhamnolipid biosurfactant mixtures for environmental remediation. Water Research. 42 (6-7), 1735-1743 (2008).
  7. Maier, R. M., Soberon-Chavez, G. Pseudomonas aeruginosa rhamnolipids: biosynthesis and potential applications. Applied Microbiology and Biotechnology. 54 (5), 625-633 (2000).
  8. Banat, I. M., Makkar, R. S., Cameotra, S. S. Potential commercial applications of microbial surfactants. Applied Microbiology and Biotechnology. 53 (5), 495-508 (2000).
  9. Mulugeta, K., Kamaraj, M., Tafesse, M., Aravind, J. A review on production, properties, and applications of microbial surfactants as a promising biomolecule for environmental applications. Strategies and Tools for Pollutant Mitigation: Avenues to a Cleaner Environment. , 3-28 (2021).
  10. Sharma, J., Sundar, D., Srivastava, P. Biosurfactants: Potential agents for controlling cellular communication, motility, and antagonism. Frontiers in Molecular Biosciences. 8, 727070 (2021).
  11. Vijayakumar, S., Saravanan, V. Biosurfactants-types, sources and applications. Research Journal of Microbiology. 10 (5), 181-192 (2015).
  12. Curiel-Maciel, N. F., et al. Characterization of enterobacter cloacae BAGM01 producing a thermostable and alkaline-tolerant rhamnolipid biosurfactant from the Gulf of Mexico. Marine Biotechnology. 23 (1), 106-126 (2021).
  13. Nikolova, C., Gutierrez, T. Biosurfactants and their applications in the oil and gas industry: current state of knowledge and future perspectives. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 9, (2021).
  14. Rastogi, S., Tiwari, S., Ratna, S., Kumar, R. Utilization of agro-industrial waste for biosurfactant production under submerged fermentation and its synergistic application in biosorption of Pb2. Bioresource Technology Reports. 15, 100706 (2021).
  15. Zargar, A. N., Lymperatou, A., Skiadas, I., Kumar, M., Srivastava, P. Structural and functional characterization of a novel biosurfactant from Bacillus sp. IITD106. Journal of Hazardous Materials. 423, 127201 (2022).
  16. Adnan, M., et al. Functional and structural characterization of pediococcus pentosaceus-derived biosurfactant and its biomedical potential against bacterial adhesion, quorum sensing, and biofilm formation. Antibiotics. 10 (11), 1371 (2021).
  17. Du Nouy, P. L. A new apparatus for measuring surface tension. The Journal of General Physiology. 1 (5), 521-524 (1919).
  18. Akbari, S., Abdurahman, N. H., Yunus, R. M., Fayaz, F., Alara, O. R. Biosurfactants-a new frontier for social and environmental safety: a mini review. Biotechnology Research and Innovation. 2 (1), 81-90 (2018).
  19. Bicca, F. C., Fleck, L. C., Ayub, M. A. Z. Production of biosurfactant by hydrocarbon degrading Rhodococcus ruber and Rhodococcus erythropolis. Revista de Microbiologia. 30 (3), 231-236 (1999).
  20. Kuyukina, M. S., et al. Recovery of Rhodococcus biosurfactants using methyl tertiary-butyl ether extraction. Journal of Microbiological Methods. 46 (2), 149-156 (2001).
  21. Philp, J., et al. Alkanotrophic Rhodococcus ruber as a biosurfactant producer. Applied Microbiology and Biotechnology. 59 (2), 318-324 (2002).
  22. Mutalik, S. R., Vaidya, B. K., Joshi, R. M., Desai, K. M., Nene, S. N. Use of response surface optimization for the production of biosurfactant from Rhodococcus spp. MTCC 2574. Bioresource Technology. 99 (16), 7875-7880 (2008).
  23. Shavandi, M., Mohebali, G., Haddadi, A., Shakarami, H., Nuhi, A. Emulsification potential of a newly isolated biosurfactant-producing bacterium, Rhodococcus sp. strain TA6. Colloids and Surfaces B, Biointerfaces. 82 (2), 477-482 (2011).
  24. White, D., Hird, L., Ali, S. Production and characterization of a trehalolipid biosurfactant produced by the novel marine bacterium Rhodococcus sp., strain PML026. Journal of Applied Microbiology. 115 (3), 744-755 (2013).
  25. Najafi, A., et al. Interactive optimization of biosurfactant production by Paenibacillus alvei ARN63 isolated from an Iranian oil well. Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 82 (1), 33-39 (2011).
  26. Bezza, F. A., Chirwa, E. M. N. Pyrene biodegradation enhancement potential of lipopeptide biosurfactant produced by Paenibacillus dendritiformis CN5 strain. Journal of Hazardous Materials. 321, 218-227 (2017).
  27. Jimoh, A. A., Lin, J. Biotechnological applications of Paenibacillus sp. D9 lipopeptide biosurfactant produced in low-cost substrates. Applied Biochemistry and Biotechnology. 191 (3), 921-941 (2020).
  28. Liang, T. -. W., et al. Exopolysaccharides and antimicrobial biosurfactants produced by Paenibacillus macerans TKU029. Applied Biochemistry and Biotechnology. 172 (2), 933-950 (2014).
  29. Mesbaiah, F. Z., et al. Preliminary characterization of biosurfactant produced by a PAH-degrading Paenibacillus sp. under thermophilic conditions. Environmental Science and Pollution Research. 23 (14), 14221-14230 (2016).
  30. Quinn, G. A., Maloy, A. P., McClean, S., Carney, B., Slater, J. W. Lipopeptide biosurfactants from Paenibacillus polymyxa inhibit single and mixed species biofilms. Biofouling. 28 (10), 1151-1166 (2012).
  31. Gudiña, E. J., et al. Novel bioemulsifier produced by a Paenibacillus strain isolated from crude oil. Microbial Cell Factories. 14 (1), 1-11 (2015).
  32. Pradhan, A. K., Pradhan, N., Sukla, L. B., Panda, P. K., Mishra, B. K. Inhibition of pathogenic bacterial biofilm by biosurfactant produced by Lysinibacillus fusiformis S9. Bioprocess and Biosystems Engineering. 37 (2), 139-149 (2014).
  33. Manchola, L., Dussán, J. Lysinibacillus sphaericus and Geobacillus sp biodegradation of petroleum hydrocarbons and biosurfactant production. Remediation Journal. 25 (1), 85-100 (2014).
  34. Bhardwaj, G., Cameotra, S. S., Chopra, H. K. Biosurfactant from Lysinibacillus chungkukjangi from rice bran oil sludge and potential applications. Journal of Surfactants and Detergents. 19 (5), 957-965 (2016).
  35. Gaur, V. K., et al. Rhamnolipid from a Lysinibacillus sphaericus strain IITR51 and its potential application for dissolution of hydrophobic pesticides. Bioresource Technology. 272, 19-25 (2019).
  36. Habib, S., et al. Production of lipopeptide biosurfactant by a hydrocarbon-degrading Antarctic Rhodococcus. International Journal of Molecular Sciences. 21 (17), 6138 (2020).
  37. Shao, P., Ma, H., Zhu, J., Qiu, Q. Impact of ionic strength on physicochemical stability of o/w emulsions stabilized by Ulva fasciata polysaccharide. Food Hydrocolloids. 69, 202-209 (2017).
  38. . Overview of DLVO theory Available from: https://archive-ouverte.unige.ch/unige:148595 (2014)
  39. Kazemzadeh, Y., Ismail, I., Rezvani, H., Sharifi, M., Riazi, M. Experimental investigation of stability of water in oil emulsions at reservoir conditions: Effect of ion type, ion concentration, and system pressure. Fuel. 243, 15-27 (2019).
  40. Chong, H., Li, Q. Microbial production of rhamnolipids: opportunities, challenges and strategies. Microbial Cell Factories. 16 (1), 1-12 (2017).
  41. Zeng, G., et al. Co-degradation with glucose of four surfactants, CTAB, Triton X-100, SDS and Rhamnolipid, in liquid culture media and compost matrix. Biodegradation. 18 (3), 303-310 (2007).
  42. Liu, G., et al. Advances in applications of rhamnolipids biosurfactant in environmental remediation: a review. Biotechnology and Bioengineering. 115 (4), 796-814 (2018).
  43. John, W. C., Ogbonna, I. O., Gberikon, G. M., Iheukwumere, C. C. Evaluation of biosurfactant production potential of Lysinibacillus fusiformis MK559526 isolated from automobile-mechanic-workshop soil. Brazilian Journal of Microbiology. 52 (2), 663-674 (2021).
  44. Naing, K. W., et al. Isolation and characterization of an antimicrobial lipopeptide produced by Paenibacillus ehimensis MA2012. Journal of Basic Microbiology. 55 (7), 857-868 (2015).
  45. Wittgens, A., et al. Novel insights into biosynthesis and uptake of rhamnolipids and their precursors. Applied Microbiology and Biotechnology. 101 (7), 2865-2878 (2017).
  46. Rahman, K., Rahman, T. J., McClean, S., Marchant, R., Banat, I. M. Rhamnolipid biosurfactant production by strains of Pseudomonas aeruginosa using low-cost raw materials. Biotechnology Progress. 18 (6), 1277-1281 (2002).
  47. Bahia, F. M., et al. Rhamnolipids production from sucrose by engineered Saccharomyces cerevisiae. Scientific Reports. 8 (1), 1-10 (2018).
  48. Kim, C. H., et al. Desorption and solubilization of anthracene by a rhamnolipid biosurfactant from Rhodococcus fascians. Water Environment Research. 91 (8), 739-747 (2019).
  49. Nalini, S., Parthasarathi, R. Optimization of rhamnolipid biosurfactant production from Serratia rubidaea SNAU02 under solid-state fermentation and its biocontrol efficacy against Fusarium wilt of eggplant. Annals of Agrarian Science. 16 (2), 108-115 (2018).
  50. Wang, Q., et al. Engineering bacteria for production of rhamnolipid as an agent for enhanced oil recovery. Biotechnology and Bioengineering. 98 (4), 842-853 (2007).
  51. Câmara, J., Sousa, M., Neto, E. B., Oliveira, M. Application of rhamnolipid biosurfactant produced by Pseudomonas aeruginosa in microbial-enhanced oil recovery (MEOR). Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 9 (3), 2333-2341 (2019).
  52. Amani, H., Mehrnia, M. R., Sarrafzadeh, M. H., Haghighi, M., Soudi, M. R. Scale up and application of biosurfactant from Bacillus subtilis in enhanced oil recovery. Applied Biochemistry and Biotechnology. 162 (2), 510-523 (2010).
  53. Gudiña, E. J., et al. Bioconversion of agro-industrial by-products in rhamnolipids toward applications in enhanced oil recovery and bioremediation. Bioresource Technology. 177, 87-93 (2015).
  54. Sun, G., Hu, J., Wang, Z., Li, X., Wang, W. Dynamic investigation of microbial activity in microbial enhanced oil recovery (MEOR). Petroleum Science and Technology. 36 (16), 1265-1271 (2018).
  55. Jha, S. S., Joshi, S. J., SJ, G. Lipopeptide production by Bacillus subtilis R1 and its possible applications. Brazilian Journal of Microbiology. 47 (4), 955-964 (2016).
  56. Darvishi, P., Ayatollahi, S., Mowla, D., Niazi, A. Biosurfactant production under extreme environmental conditions by an efficient microbial consortium, ERCPPI-2. Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 84 (2), 292-300 (2011).
  57. Al-Wahaibi, Y., et al. Biosurfactant production by Bacillus subtilis B30 and its application in enhancing oil recovery. Colloids and Surfaces. B, Biointerfaces. 114, 324-333 (2014).
  58. Moutinho, L. F., Moura, F. R., Silvestre, R. C., Romão-Dumaresq, A. S. Microbial biosurfactants: A broad analysis of properties, applications, biosynthesis, and techno-economical assessment of rhamnolipid production. Biotechnology Progress. 37 (2), 3093 (2021).
  59. Youssef, N., Simpson, D. R., McInerney, M. J., Duncan, K. E. In-situ lipopeptide biosurfactant production by Bacillus strains correlates with improved oil recovery in two oil wells approaching their economic limit of production. International Biodeterioration & Biodegradation. 81, 127-132 (2013).
  60. Ruckenstein, E., Nagarajan, R. Critical micelle concentration and the transition point for micellar size distribution. The Journal of Physical Chemistry. 85 (20), 3010-3014 (1981).
  61. de Araujo, L. L., et al. Microbial enhanced oil recovery using a biosurfactant produced by Bacillus safensis isolated from mangrove microbiota-Part I biosurfactant characterization and oil displacement test. Journal of Petroleum Science and Engineering. 180, 950-957 (2019).
  62. Banat, I. M., De Rienzo, M. A. D., Quinn, G. A. Microbial biofilms: biosurfactants as antibiofilm agents. Applied Microbiology and Biotechnology. 98 (24), 9915-9929 (2014).
  63. Klosowska-Chomiczewska, I., Medrzycka, K., Karpenko, E. Biosurfactants-biodegradability, toxicity, efficiency in comparison with synthetic surfactants. Research and Application of New Technologies in Wastewater Treatment and Municipal Solid Waste Disposal in Ukraine, Sweden, and Poland. 17, 141-149 (2013).
  64. Fernandes, P. A. V., et al. Antimicrobial activity of surfactants produced by Bacillus subtilis R14 against multidrug-resistant bacteria. Brazilian Journal of Microbiology. 38 (4), 704-709 (2007).
  65. Santos, D. K. F., Rufino, R. D., Luna, J. M., Santos, V. A., Sarubbo, L. A. Biosurfactants: multifunctional biomolecules of the 21st century. International Journal of Molecular Sciences. 17 (3), 401 (2016).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

184

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены