Name: enhanced oil recovery using a combination of biosurfactants
Uploaded: 2022-06-03T12:30:00
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Os autores gostariam de agradecer ao Departamento de Biotecnologia, Governo da Índia, pelo apoio financeiro.

1. Crescimento de cepas microbianas
<ol><li>Pese 2 g de pó de Caldo de Luria e adicione a 50 mL de água destilada em um frasco cônico de 250 mL. Misture o conteúdo até que o pó se dissolva completamente e coma o volume de 100 mL usando água destilada.</li>
	<li>Da mesma forma, prepare mais dois frascos de 100 mL de Caldo de Luria e coloque tampões de algodão no pescoço dos frascos.</li>
	<li>Cubra os plugues de algodão com papel alumínio e autoclave os frascos por 15 min a 121 °C e 15 psi ...

Os biosurfactantes são um dos mais versáteis grupos de componentes biologicamente ativos que estão se tornando alternativas atraentes para surfactantes químicos. Eles têm uma ampla gama de aplicações em inúmeras indústrias, como detergentes, tintas, cosméticos, alimentos, produtos farmacêuticos, agricultura, petróleo e tratamento de água devido à sua melhor capacidade de lintibilidade, menor CMC, estrutura diversificada e simpatia ambiental18. Isso levou a um maior interesse em desco...

Biosurfactantes são as moléculas anfípáticas de superfície ativa produzidas por microrganismos que têm a capacidade de reduzir a superfície e a tensão interfacial entre duas fases1. Um biosurfactante típico contém uma parte hidrofílica que é geralmente composta de uma moiety de açúcar ou uma cadeia de peptídeos ou aminoácidos hidrofílicos e uma parte hidrofóbica que é composta de uma cadeia de ácidos graxos saturados ou insaturados2. Devido à sua natureza anfípppica, os biosurfactantes se reúnem na interface entre as duas fases e reduzem a tensão interfacial no limite, o que facilita a dispersão de uma fase para a outra 1,3. Vários tipos de biosurfactantes que foram relatados até agora incluem glicolipídios nos quais os carboidratos estão ligados a ácidos alifáticos de cadeia longa ou hidroxia-alifáticos através de ligações éster (por exemplo, rhamnolipids, trehalolipids e sophorolipids), lipopeptides nos quais lipoides são ligados a cadeias de polipeptídeos (por exemplo, surfactina e lichenysina), e biosurfactantes poliméricas que são geralmente compostos de complexos de proteínas polissacarídeos (por exemplo, emulsano, liposano, alasan e lipomannan)4. Outros tipos de biosurfactantes produzidos pelos microrganismos incluem ácidos graxos, fosfolipídios, lipídios neutros e biosurfactantesde partículas 5. A classe mais estudada de biosurfactídeos é a glicoslipids e entre eles a maioria dos estudos foram relatados sobre rhamnolipids6. Os rhamnolipids contêm uma ou duas moléculas de rhamnose (que formam a parte hidrofílica) ligadas a uma ou duas moléculas de ácido graxo de cadeia longa (geralmente ácido hidroxi-decanoico). Rhamnolipids são glicolipídios primários relatados primeiro de Pseudomonas aeruginosa7.
Os biosurfactantes têm ganhado cada vez mais foco em comparação com suas contrapartes químicas devido a várias propriedades únicas e distintas que oferecem8. Estes incluem maior especificidade, menor toxicidade, maior diversidade, facilidade de preparação, maior biodegradabilidade, melhor espuma, compatibilidade ambiental e atividade em condições extremas9. A diversidade estrutural dos biosurfactantes (Figura S1) é outra vantagem que lhes dá uma vantagem sobre as contrapartes químicas10. Eles são geralmente mais eficazes e eficientes em concentrações mais baixas, pois sua concentração crítica de micelas (CMC) é geralmente várias vezes menor do que os surfactantes químicos11. Eles têm sido relatados como altamente termostáveis (até 100 °C) e podem tolerar maior pH (até 9) e altas concentrações de sal (até 50 g/L)12 , assim, oferecem várias vantagens em processos industriais, que requerem exposição a condições extremas13. A biodegradabilidade e a menor toxicidade as tornam adequadas para aplicações ambientais, como a bioremediação. Devido às vantagens que oferecem, eles têm recebido maior atenção em várias indústrias como alimentos, agrícolas, detergentes, cosméticos e indústria petrolífera11. Os biosurfactantes também ganharam muita atenção na remediação do óleo para a remoção de contaminantes de petróleo e poluentes tóxicos14.
Aqui relatamos a produção, caracterização e aplicação de biosurfactantes produzidos por Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 e Paenibacillus sp. IITD108. As etapas envolvidas na triagem, caracterização e aplicação de uma combinação de biosurfactantes para maior recuperação do óleo estão descritas na Figura 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63207/63207fig01.jpg"> Figura 1: Um método para maior recuperação do óleo usando uma combinação de Biosurfactantes. O fluxo de trabalho stepwise é mostrado. O trabalho foi realizado em quatro etapas. Primeiro, as cepas microbianas foram cultivadas e rastreadas para a produção de biosurfactantes por vários ensaios, que incluíram ensaio de colapso de queda, ensaio de espalhamento de óleo, ensaio de índice de emulsão e medição de tensão superficial. Em seguida, os biosurfactantes foram extraídos do caldo livre de células e sua natureza foi identificada por meio de cromatografia de camada fina e foram ainda identificadas usando LCMS, NMR e FT-IR. Na etapa seguinte, os biosurfactantes extraídos foram misturados e o potencial da mistura resultante para maior recuperação do óleo foi determinado utilizando-se a técnica da coluna de blocos de areia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63207/63207fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
A triagem dessas cepas microbianas para produzir biosurfactantes foi feita pelo colapso da queda, propagação do óleo, ensaio do índice de emulsão e determinação de redução da tensão superficial do meio livre de células devido ao crescimento dos micróbios. Os biosurfactantes foram extraídos, caracterizados e quimicamente identificados por LCMS, 1H NMR e FT-IR. Finalmente, foi preparada uma mistura de biosurfactantes produzidos por esses micróbios e utilizada para recuperar o óleo residual em uma coluna simulada de embalagem de areia.
O presente estudo ilustra apenas os métodos envolvidos na triagem, identificação, caracterização estrutural e aplicação da combinação biosurfactante no aprimoramento da recuperação residual do óleo. Não fornece uma caracterização funcional detalhada dos biosurfactantes produzidos pelas cepas microbianas15,16. Vários experimentos como determinação crítica de micela, análise termogravimétrica, capacidade de wettability superficial e biodegradabilidade são realizados para caracterização funcional detalhada de qualquer biosurfactante. Mas como este artigo é um artigo de métodos, o foco é a triagem, identificação, caracterização estrutural e aplicação da combinação biosurfactante no aprimoramento da recuperação residual do óleo; esses experimentos não foram incluídos neste estudo.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1 ml pipette</td>
			<td>Eppendorf, Germany</td>
			<td>G54412G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1H NMR</td>
			<td>Bruker Avance AV-III type spectrometer,USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 ul pipette</td>
			<td>Thermo scientific, USA</td>
			<td>H69820</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>JAISBO, India</td>
			<td>Ser no 5923</td>
			<td>Jain Scientific</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue flame burner</td>
			<td>Rocker scientific, Taiwan</td>
			<td>dragon 200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Butanol</td>
			<td>GLR inovations, India</td>
			<td>GLR09.022930</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C18 column</td>
			<td>Agilent Technologies, USA</td>
			<td>770995-902</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf, Germany</td>
			<td>5810R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>1.94506.2521</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform-d</td>
			<td>SRL, India</td>
			<td>57034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon tubes</td>
			<td>Tarsons, India</td>
			<td>546041</td>
			<td>Radiation sterilized polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FT-IR</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>&#160;Nicolet iS50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fume hood</td>
			<td>Khera, India</td>
			<td>47408</td>
			<td>Customied</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glacial acetic acid</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>1.93002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass beads</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>104014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass slides</td>
			<td>Polar industrial Corporation, USA</td>
			<td>Blue Star</td>
			<td>75 mm * 25 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass wool</td>
			<td>Merk, India</td>
			<td>104086</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>1003170510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>Thermo Scientific, USA</td>
			<td>MaxQ600</td>
			<td>Shaking incubator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>Khera, India</td>
			<td>Sunbim</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iodine resublimed</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>231-442-4</td>
			<td>&#160;resublimed Granules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K12 &#8211;Kruss tensiometer</td>
			<td>Kruss Scientific, Germany</td>
			<td>K100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar air flow cabnet</td>
			<td>Thermo Scientific, China</td>
			<td>1300 Series A2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCMS</td>
			<td>Agilent Technologies, USA</td>
			<td>1260 Infinity II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luria Broth</td>
			<td>HIMEDIA, India</td>
			<td>M575-500G</td>
			<td>Powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>107018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ninhydrin</td>
			<td>Titan Biotech Limited, India</td>
			<td>1608</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p- anisaldehyde</td>
			<td>Sigma, USA</td>
			<td>204-602-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri plate</td>
			<td>Tarsons, India</td>
			<td>460090-90 MM</td>
			<td>Radiation sterilized polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saponin</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>232-462-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>231-598-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Test tubes</td>
			<td>Borosil, India</td>
			<td>9800U06</td>
			<td>Glass tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TLC plates</td>
			<td>Merck, India</td>
			<td>1055540007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex</td>
			<td>GeNei, India</td>
			<td>2006114318</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water Bath</td>
			<td>Julabo, India</td>
			<td>SW21C</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

enhanced oil recovery using a combination of biosurfactants

Biosurfactantes são compostos ativos na superfície capazes de reduzir a tensão superficial entre duas fases de diferentes polaridades. Os biosurfactantes vêm surgindo como alternativas promissoras aos surfactantes químicos devido à menor toxicidade, alta biodegradabilidade, compatibilidade ambiental e tolerância a condições ambientais extremas. Aqui, ilustramos os métodos utilizados para a triagem de micróbios capazes de produzir biosurfactantes. Os micróbios produtores de biosurfactantes foram identificados usando o colapso da queda, a propagação do óleo e os ensaios do índice de emulsão. A produção biosufactante foi validada determinando a redução da tensão superficial da mídia devido ao crescimento dos membros microbianos. Descrevemos também os métodos envolvidos na caracterização e identificação de biosurfactantes. A cromatografia de camada fina do biosurfactante extraído seguido de coloração diferencial das placas foi realizada para determinar a natureza do biosurfactante. LCMS, 1H NMR e FT-IR foram utilizados para identificar quimicamente o biosurfactante. Ilustramos ainda os métodos para avaliar a aplicação da combinação de biosurfactantes produzidos para melhorar a recuperação residual do óleo em uma coluna simulada de embalagem de areia.

Três cepas bacterianas (Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 e Paenibacillus sp. IITD108) foram rastreadas para a produção de biosurfactantes por vários ensaios, que incluíram ensaio de colapso de queda, ensaio de deslocamento de óleo, ensaio do índice de emulsão e redução da tensão superficial. Supernantes livres de células de todas as três cepas bacterianas e uma solução de surfactante químico resultaram em um colapso de queda e, portanto, foram pontuados positi...

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Enhanced Oil Recovery using a Combination of Biosurfactants

Ilustramos os métodos envolvidos na triagem e identificação dos micróbios produtores biosurfactantes. Também são apresentados métodos de caracterização cromatografia e identificação química dos biosurfactantes, determinando a aplicabilidade industrial do biosurfactante no aprimoramento da recuperação residual do óleo.

Recuperação aprimorada do óleo usando uma combinação de biosurfactantes

Biosurfactants are surface-active compounds capable of reducing the surface tension between two phases of different polarities. Biosurfactants have been ...

Biosurfactantes são as moléculas ativas da superfície empática produzidas por microrganismos que têm a capacidade de reduzir a tensão superficial do líquido e a tensão interficial entre duas fases diferentes. A natureza empática dessas moléculas permite que elas se alinhem na interface entre duas fases diferentes, e melhorem a solubilização de uma fase em outra. Os biosurfactantes têm ganhado muita atenção em comparação com suas contrapartes químicas devido às várias vantagens que oferecem.Estes incluem maior especificidade, menor toxicidade, maior diversidade estrutural, facilidade de preparação, maior biodegradabilidade, maior compatibilidade ambiental e sua atividade em condições extremas de meio ambiente. Neste vídeo, demonstramos os métodos envolvidos na triagem, caracterização e biosurfactantes aplicação, produzidos por diferentes cepas de rodococcus, lysinibacillus e paenibacillus. Ilustramos ainda os métodos para avaliar a aplicação da combinação de biosurfactantes, produzida por essas três cepas microbianas na recuperação de óleo residual por uma técnica de coluna de blocos de areia.O trabalho foi realizado sob a orientação do Dr. Preeti Srivastava e do Dr. Manoj Kumar. Para o crescimento de micróbios, inocular os frascos contendo cem mililitros de caldo luria autoclaved, adicionando um mililitro de cultura de sementes cultivada durante a noite ao frasco dentro do armário de fluxo de ar laminar. Incubar os frascos em uma incubadora rotativa a 30 graus Celsius e 180 RPM por sete dias.Após a conclusão do período de incubação, colhe os frascos e transfira o caldo de cultura para os tubos de centrífuga. Centrifugar a cultura a 4.500 G por 20 minutos em uma centrífuga refrigerada a quatro graus Celsius. Despeje suavemente o supernatante sem células em um béquer fresco, e use-o em ensaios de triagem para produção biosurfactante.Para triagem da produção biosurfactante por um ensaio de colapso de queda, pegue um escorregador de vidro limpo e cubra a superfície do slide com 200 microliters de óleo. Agora adicione 20 microliters de supernanato livre de células ao centro do óleo, e deixe-o imperturbável por dois a três minutos. Se a queda entrar em colapso, marque o supernatant positivo para a presença de biosurfactante.Em ensaio de espalhamento de óleo, pegue 20 mililitros de água dupla destilada em uma placa de Petri e adicione 200 microliters de petróleo bruto na superfície da água. Agora adicione 20 microliters de supernanato livre de células ao centro do óleo, e deixe-o imperturbável por um minuto. Se uma zona de desobstrução for formada como resultado do deslocamento do óleo, escore o positivo sobrenatante para a presença de biosurfactante.No ensaio do índice de emulsão, adicione quatro mililitros de gasolina e supernanato livre de células cada um em um tubo de vidro limpo. Em seguida, o que a mistura vigorosamente por três minutos e deixá-la imperturbável para as próximas 24 horas. Para medir a tensão superficial do supernanato sem células, limpe o recipiente de vidro com o líquido cuja tensão superficial deve ser determinada.Adicione o líquido no recipiente e monte o recipiente no porta-vasos. Desbloqueie o suporte da sonda e monte a sonda nele. Usando o controlador manual ajuste a altura da plataforma, de modo que a sonda esteja a dois ou três milímetros de distância da superfície do líquido.Em seguida, vá para os softwares e siga os passos mencionados no papel para medir a tensão superficial. Após a conclusão da medição, baixe a altura da plataforma e desbloqueie e desmonte a sonda e o vaso do instrumento. Para extração de biosurfactante, ajuste o pH do supernanato livre de células para dois, usando dois ácidos clorídricos normais.Armazene a mistura a quatro graus Celsius durante a noite. No dia seguinte, adicione o volume igual de mistura de metanol de clorofórmio e misture vigorosamente por 20 minutos. Deixe a mistura intacta para que ocorra uma separação gratuita.Remova a face superior, contendo água e metanol, e deixe a face inferior contendo biosurfactante para evaporar em um capô de fumaça. Após a evaporação da fase orgânica, ressolar o biosurfactante colorido de mel em três mililitros de clorofórmio, e usar essa mistura para caracterização e identificação do biosurfactante. Para caracterização cromatográfica do biosurfactante extraído, local 20 microlitres de biosurfactante em placas TLC.Depois de secar as placas, coloque a placa TLC dentro da câmara saturada com mistura de metanol clorofórmio e execute o TLC. Para detecção lipídica, adicione alguns grânulos de iodo na câmara fresca e satura a câmara por cinco a 10 minutos. Coloque o TLC dentro da câmara e observe para o desenvolvimento de manchas amarelas.Para detecção de proteínas e carboidratos, pulverize a placa TLC com não hidrogênio ou anisaldeído, e aqueça a 110 graus Celsius e observe para o desenvolvimento da cor. Para análise de RN, insira o tubo na chave inglesa. Ajuste a altura do tubo usando tubo ajustado.Coloque o tubo NMR, juntamente com a chave inglesa em uma máquina mr e siga os passos mencionados no papel para obter um espectro NMR. Para um experimento de recuperação de óleo aprimorado, pegue uma coluna de vidro e sele a saída inferior com lã de vidro e contas de vidro. Recue a coluna com solo de Areia de tal forma que algum líquido possa ser adicionado no topo do solo.Monte a coluna no suporte e adicione algumas contas de vidro em cima do solo. Inundar a coluna com 50 mililitros de solução de salmoura e coletar o fluxo através para determinar o volume ruim. Remova a salmoura da coluna forçando o petróleo bruto a passar por ela.Colete o volume de salmoura e óleo que sai da coluna para determinar o volume inicial de saturação do óleo. Após 24 horas, alage a coluna com 10 volumes fracos de salmoura, e recolhe o óleo que sai da coluna para estimar a recuperação secundária do óleo. O óleo deixado na coluna após a recuperação secundária do óleo corresponde ao óleo residual.Agora prepare uma mistura de biosurfactantes adicionando o biosurfactante extraído a um béquer de vidro. E adicione o biosurfactante e a mistura à coluna, e deixe-o imperturbável pelas próximas 24 horas. Após 24 horas, meça a quantidade de óleo e água que tem aludido para fora da coluna para determinar a recuperação adicional ou aprimorada do óleo.Os supernaentes livres de células das três cepas microbianas foram positivos para a presença de biosurfactantes, pois resultaram em colapso de gota, propagação de óleo e formação de emulsão. A confirmação da produção biosurfactante foi fornecida pela medição da tensão superficial do caldo livre de células. Devido ao crescimento de rhodococcus e lysinibacillus, a tensão superficial do meio reduziu de 59 para 45 mN por metro.Devido ao crescimento do paenibacillus, a tensão superficial do meio reduziu de 59 para 28,4 mN por metro. Os ensaios de estabilidade da emulsão mostraram que os biosurfactantes produzidos pelas três cepas microbianas apresentaram grande estabilidade em condições diversas e ambientais. Os índices de emulsão não apresentaram nenhuma alteração significativa quando a temperatura de incubação, o pH e a concentração de sal do caldo livre de células foram alterados.A caracterização do DLC do biosurfactante extraído mostrou que os biosurfactantes produzidos pelas três cepas eram glicóliptos. A identificação química dos biosurfactantes mostrou que rodococcus e lisinbacillus produziram o mesmo biosurfactante, que foi identificado como rhamnolipid, com uma massa de cerca de quatro 80 daltons. Paenibaccilus, por outro lado, produz um rhamnolipid contendo três cadeias lipídicas com uma massa de cerca de 802 daltons.A combinação de biosurfactantes foi capaz de recuperar 56,5% do óleo residual da coluna de areia. A produção biosurfactante das cepas de rodococcus, iinibaccilus e paenibacillus foi avaliada, e as cepas foram positivas para a produção de biosurfactante. Os biosurfactantes produzidos foram caracterizados e identificados como rhamnolipids.Como a combinação biosurfactante foi bem sucedida na recuperação de 56% do óleo residual em uma técnica de embalagem de areia, a combinação biosurfactante pode ser usada em aplicações de campo para recuperar o óleo residual preso dentro dos reservatórios de petróleo.

Research

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