Recupero avanzato dell'olio utilizzando una combinazione di biotensioattivi

I biotensioattivi sono le molecole anfipatiche tensioattive prodotte da microrganismi che hanno la capacità di ridurre la superficie e la tensione interfacciale tra due fasi¹. Un tipico biotensioattivo contiene una parte idrofila che di solito è composta da una porzione di zucchero o una catena peptidica o amminoacido idrofilo e una parte idrofobica costituita da una catena di acidi grassi saturi o insaturi². A causa della loro natura anfipatica, i biotensioattivi si assemblano all’interfaccia tra le due fasi e riducono la tensione interfacciale al confine, il che facilita la dispersione di una fase nell’altra ^1,3. Vari tipi di biotensioattivi che sono stati segnalati finora includono glicolipidi in cui i carboidrati sono legati agli acidi alifatici o idrossi-alifatici a catena lunga tramite legami estere (ad esempio, ramnolipidi, trealolipidi e soforolipidi), lipopeptidi in cui i lipidi sono attaccati a catene polipeptidiche (ad esempio, tensioattivi e lichenisina) e biotensioattivi polimerici che di solito sono composti da complessi polisaccaridici-proteici (ad esempio, emulsan, liposan, alasan e lipomannan)⁴. Altri tipi di biotensioattivi prodotti dai microrganismi includono acidi grassi, fosfolipidi, lipidi neutri e biotensioattivi particolati⁵. La classe di biotensioattivi più studiata è quella dei glicolipidi e tra questi la maggior parte degli studi sono stati riportati sui ramnolipidi⁶. I ramnolipidi contengono una o due molecole di ramnosio (che formano la parte idrofila) legate a una o due molecole di acido grasso a catena lunga (di solito acido idrossi-decanoico). I ramnolipidi sono glicolipidi primari riportati per primi da Pseudomonas aeruginosa⁷.

I biotensioattivi stanno guadagnando sempre più attenzione rispetto alle loro controparti chimiche a causa di varie proprietà uniche e distintive che offrono⁸. Questi includono maggiore specificità, minore tossicità, maggiore diversità, facilità di preparazione, maggiore biodegradabilità, migliore formazione di schiuma, compatibilità ambientale e attività in condizioni estreme⁹. La diversità strutturale dei biotensioattivi (Figura S1) è un altro vantaggio che dà loro un vantaggio rispetto alle controparti chimiche¹⁰. Sono generalmente più efficaci ed efficienti a concentrazioni più basse poiché la loro concentrazione critica di micelle (CMC) è di solito parecchie volte inferiore ai tensioattivi chimici¹¹. È stato segnalato che sono altamente termostabili (fino a 100 °C) e possono tollerare pH più elevati (fino a 9) e alte concentrazioni di sale (fino a 50 g/L)¹² offrono quindi diversi vantaggi nei processi industriali, che richiedono l’esposizione a condizioni estreme¹³. La biodegradabilità e la minore tossicità li rendono adatti per applicazioni ambientali come il biorisanamento. A causa dei vantaggi che offrono, hanno ricevuto maggiore attenzione in vari settori come l’industria alimentare, agricola, dei detergenti, cosmetica e petrolifera¹¹. I biotensioattivi hanno anche guadagnato molta attenzione nella bonifica del petrolio per la rimozione di contaminanti petroliferi e inquinanti tossici¹⁴.

Qui riportiamo la produzione, la caratterizzazione e l’applicazione di biotensioattivi prodotti da Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 e Paenibacillus sp. IITD108. I passaggi coinvolti nello screening, nella caratterizzazione e nell’applicazione di una combinazione di biotensioattivi per un migliore recupero dell’olio sono descritti nella Figura 1.

Figura 1: Un metodo per un migliore recupero dell’olio utilizzando una combinazione di biotensioattivi. Viene mostrato il flusso di lavoro graduale. Il lavoro è stato eseguito in quattro fasi. In primo luogo i ceppi microbici sono stati coltivati e sottoposti a screening per la produzione di biotensioattivi mediante vari saggi, che includevano il saggio di collasso delle gocce, il saggio di diffusione dell’olio, il saggio dell’indice di emulsione e la misurazione della tensione superficiale. Quindi, i biotensioattivi sono stati estratti dal brodo privo di cellule e la loro natura è stata identificata utilizzando la cromatografia a strato sottile e sono stati ulteriormente identificati utilizzando LCMS, NMR e FT-IR. Nella fase successiva, i biotensioattivi estratti sono stati miscelati insieme e il potenziale della miscela risultante per un migliore recupero dell’olio è stato determinato utilizzando la tecnica della colonna di sabbia. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Lo screening di questi ceppi microbici per produrre biotensioattivi è stato effettuato mediante collasso delle gocce, diffusione dell’olio, saggio dell’indice di emulsione e determinazione della riduzione della tensione superficiale del mezzo privo di cellule a causa della crescita dei microbi. I biotensioattivi sono stati estratti, caratterizzati e identificati chimicamente da LCMS, ¹H NMR e FT-IR. Infine, è stata preparata una miscela di biotensioattivi prodotti da questi microbi ed è stata utilizzata per recuperare l’olio residuo in una colonna di sabbia simulata.

Il presente studio illustra solo i metodi coinvolti nello screening, nell’identificazione, nella caratterizzazione strutturale e nell’applicazione della combinazione di biotensioattivi per migliorare il recupero dell’olio residuo. Non fornisce una caratterizzazione funzionale dettagliata dei biotensioattivi prodotti dai ceppi microbici^15,16. Vari esperimenti come la determinazione critica delle micelle, l’analisi termogravimetrica, la bagnabilità superficiale e la biodegradabilità vengono eseguiti per la caratterizzazione funzionale dettagliata di qualsiasi biotensioattivo. Ma poiché questo documento è un documento di metodi, l’attenzione si concentra sullo screening, l’identificazione, la caratterizzazione strutturale e l’applicazione della combinazione di biotensioattivi per migliorare il recupero dell’olio residuo; questi esperimenti non sono stati inclusi in questo studio.