Recuperação aprimorada do óleo usando uma combinação de biosurfactantes

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 biosurfactantes^{de 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.

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. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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 microbianas^15,16. 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.