אנו ממחישים את השיטות המעורבות בסינון ובזיהוי של המיקרובים המייצרים את ה-biosurfactant. כמו כן, מוצגות שיטות לאפיון כרומטוגרפי וזיהוי כימי של החומרים הביולוגיים, הקובעים את הישימות התעשייתית של החומר הביולוגי להגברת התאוששות שאריות השמן.
חומרים ביולוגיים הם תרכובות פעילות על פני השטח המסוגלות להפחית את מתח הפנים בין שני שלבים של קיטובים שונים. חומרים ביולוגיים התגלו כחלופות מבטיחות לחומרים פעילי שטח כימיים בשל פחות רעילות, התמקרות ביולוגית גבוהה, תאימות סביבתית ועמידות לתנאי סביבה קיצוניים. כאן אנו ממחישים את השיטות המשמשות לסינון של מיקרובים המסוגלים לייצר חומרים ביולוגיים. המיקרובים המייצרים חומרים ביולוגיים זוהו באמצעות קריסת טיפה, התפשטות נפט ובדיקות אינדקס תחליב. ייצור חומרים ביולוגיים אומת על ידי קביעת הירידה במתח הפנים של המדיה עקב צמיחתם של החברים המיקרוביאליים. כמו כן, אנו מתארים את השיטות הכרוכות באפיון וזיהוי של חומרים ביולוגיים. כרומטוגרפיית שכבה דקה של הביו-סראנקט שחולץ ואחריה צביעה דיפרנציאלית של הלוחות בוצעה כדי לקבוע את אופיו של הביו-surfactant. LCMS, 1H NMR ו-FT-IR שימשו לזיהוי כימי של החומר הביולוגי. אנו ממחישים עוד יותר את השיטות להערכת היישום של שילוב של חומרים ביולוגיים המיוצרים לשיפור התאוששות שאריות שמן בעמודת חבילת חול מדומה.
חומרים ביולוגיים הם המולקולות האמפיפתיות הפעילות על פני השטח המיוצרות על ידי מיקרואורגניזמים שיש להם את היכולת להפחית את פני השטח ואת המתח הבין-פאזי בין שני שלבים1. חומר ביולוגי טיפוסי מכיל חלק הידרופילי המורכב בדרך כלל ממואטי סוכר או משרשרת פפטידית או חומצת אמינו הידרופילית וחלק הידרופובי המורכב משרשרת חומצות שומן רוויות או בלתי רוויות2. בשל אופיים האמפיפתי, חומרים ביולוגיים מתאספים בממשק שבין שני השלבים ומפחיתים את המתח הבין-פאזי בגבול, מה שמקל על פיזור של שלב אחד לתוך 1,3 השני. סוגים שונים של חומרים ביולוגיים שדווחו עד כה כוללים גליקוליפידים שבהם פחמימות קשורות לחומצות אליפטיות ארוכות שרשרת או הידרוקסי-אליפטיות באמצעות קשרי אסטר (למשל, רמנוליפידים, טרהלולפידים וסופורולפידים), ליפוזיטים שבהם שומנים מחוברים לשרשראות פוליפפטידים (למשל, סרפקטין וליז’ניזין), וחומרים ביולוגיים פולימריים המורכבים בדרך כלל מקומפלקסים של חלבונים פוליסכרידים (למשל, תחליב, ליפוזן, אלאסן וליפומנאן)4. סוגים אחרים של חומרים ביולוגיים המיוצרים על ידי המיקרואורגניזמים כוללים חומצות שומן, פוספוליפידים, שומנים ניטרליים, וחומרים ביולוגיים חלקיקיים5. הקבוצה הנחקרת ביותר של חומרים ביולוגיים היא גליקוליפידים וביניהם רוב המחקרים דווחו על ראמנוליפידים6. ראמנוליפידים מכילים מולקולות אחת או שתיים של ראמנוז (היוצרות את החלק ההידרופילי) הקשורות למולקולה אחת או שתיים של חומצת שומן ארוכת שרשרת (בדרך כלל חומצה הידרוקסי-דקנואית). רמנוליפידים הם גליקוליפידים ראשוניים שדווחו לראשונה מ-Pseudomonas aeruginosa7.
חומרים ביולוגיים צוברים מיקוד הולך וגובר בהשוואה למקבילותיהם הכימיות בשל תכונות ייחודיות וייחודיות שונות שהם מציעים8. אלה כוללים ספציפיות גבוהה יותר, רעילות נמוכה יותר, מגוון גדול יותר, קלות הכנה, התמקרות ביולוגית גבוהה יותר, קצף טוב יותר, תאימות סביבתית ופעילות בתנאים קיצוניים9. המגוון המבני של החומרים הביולוגיים (איור S1) הוא יתרון נוסף שנותן להם יתרון על פני המקבילים הכימיים10. הם בדרך כלל יעילים ויעילים יותר בריכוזים נמוכים יותר מכיוון שריכוז המיסל הקריטי שלהם (CMC) בדרך כלל נמוך פי כמה מאשר חומרים פעילי שטח כימיים11. הם דווחו כעמידים מאוד לתרמוסקולר (עד 100 מעלות צלזיוס) ויכולים לסבול pH גבוה יותר (עד 9) וריכוזי מלח גבוהים (עד 50 גרם לליטר)12 ובכך מציעים מספר יתרונות בתהליכים תעשייתיים, הדורשים חשיפה לתנאים קיצוניים13. התמקרות ביולוגית ורעילות נמוכה יותר הופכות אותם למתאימים ליישומים סביבתיים כגון bioremediation. בגלל היתרונות שהם מציעים, הם מקבלים תשומת לב מוגברת בענפים שונים כמו מזון, חקלאות, חומרי ניקוי, קוסמטיקה ותעשיית הנפט11. גם חומרים ביולוגיים זכו לתשומת לב רבה בתיקון נפט להסרת מזהמי נפט ומזהמים רעילים14.
כאן אנו מדווחים על הייצור, האפיון והיישום של חומרים ביולוגיים המיוצרים על ידי Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104, ו – Paenibacillus sp. IITD108. השלבים המעורבים בסינון, אפיון ויישום של שילוב של חומרים ביולוגיים להתאוששות משופרת של שמן מתוארים באיור 1.
איור 1: שיטה להתאוששות שמן משופרת באמצעות שילוב של חומרים ביולוגיים. זרימת העבודה המדורגת מוצגת. העבודה בוצעה בארבעה שלבים. ראשית, הזנים המיקרוביאליים עברו תרבית וסוננו לייצור חומרים ביולוגיים על ידי בדיקות שונות, שכללו בדיקת קריסת טיפה, בדיקת התפשטות שמן, בדיקת מדד תחליב ומדידת מתח פני השטח. לאחר מכן, החומרים הביולוגיים הוצאו מהמרק נטול התאים ואופיים זוהה באמצעות כרומטוגרפיית שכבה דקה והם זוהו עוד יותר באמצעות LCMS, NMR ו-FT-IR. בשלב הבא, החומרים הביולוגיים המופקים היו מעורבבים יחד והפוטנציאל של התערובת שנוצרה להתאוששות שמן משופרת נקבע באמצעות טכניקת עמודי חבילת החול. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
הקרנה של זנים מיקרוביאליים אלה לייצור חומרים ביולוגיים נעשתה על ידי קריסת טיפה, התפשטות שמן, בדיקת מדד תחליב וקביעת הפחתה במתח הפנים של המדיום נטול התאים עקב צמיחת המיקרובים. החומרים הביולוגיים הופקו, אופיינו וזוהו כימית על ידי LCMS, 1H NMR ו-FT-IR. לבסוף, הוכנה תערובת של חומרים ביולוגיים המיוצרים על ידי מיקרובים אלה, והיא שימשה לשחזור שאריות השמן בעמודה מדומה של חבילת חול.
המחקר הנוכחי רק ממחיש את השיטות המעורבות בסינון, זיהוי, אפיון מבני ויישום של שילוב הביו-surfactant לשיפור התאוששות השמן השיורי. הוא אינו מספק אפיון פונקציונלי מפורט של החומרים הביולוגיים המיוצרים על ידי הזנים המיקרוביאליים15,16. ניסויים שונים כגון קביעת מיקל קריטי, אנליזה תרמוגרווימטרית, רטיבות פני השטח והתכלות ביולוגית מבוצעים לאפיון פונקציונלי מפורט של כל חומר ביולוגי. אך מכיוון שמאמר זה הוא נייר שיטות, ההתמקדות היא בסינון, זיהוי, אפיון מבני ויישום של שילוב הביו-surfactant בשיפור התאוששות הנפט השיורי; ניסויים אלה לא נכללו במחקר זה.
חומרים ביולוגיים הם אחת הקבוצות המגוונות ביותר של רכיבים פעילים ביולוגית שהופכים לחלופות אטרקטיביות לחומרים פעילי שטח כימיים. יש להם מגוון רחב של יישומים בתעשיות רבות כגון חומרי ניקוי, צבעים, קוסמטיקה, מזון, תרופות, חקלאות, נפט וטיפול במים בשל יציבותם הטובה יותר, CMC נמוך יותר, מבנה מגוון וי…
The authors have nothing to disclose.
המחברים רוצים להודות למחלקה לביוטכנולוגיה, ממשלת הודו, על התמיכה הכספית.
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 |