Recuperación mejorada de petróleo utilizando una combinación de biosurfactantes

Los biosurfactantes son las moléculas anfipáticas tensoactivas producidas por microorganismos que tienen la capacidad de reducir la superficie y la tensión interfacial entre dos fases¹. Un biosurfactante típico contiene una parte hidrofílica que generalmente se compone de una fracción de azúcar o una cadena peptídica o aminoácido hidrófilo y una parte hidrofóbica que se compone de una cadena de ácidos grasos saturados o insaturados². Debido a su naturaleza anfipática, los biosurfactantes se ensamblan en la interfaz entre las dos fases y reducen la tensión interfacial en el límite, lo que facilita la dispersión de una fase en la otra ^1,3. Varios tipos de biosurfactantes que se han reportado hasta ahora incluyen glicolípidos en los que los carbohidratos están vinculados a ácidos alifáticos o hidroxi-alifáticos de cadena larga a través de enlaces éster (por ejemplo, ramnolípidos, trehalolipípidos y soforolipídicos), lipopéptidos en los que los lípidos se unen a cadenas polipeptídicas (por ejemplo, surfactina y liquenina) y biosurfactantes poliméricos que generalmente se componen de complejos polisacáridos-proteínas (por ejemplo, emulsano, liposan, alasan y lipomanano)⁴. Otros tipos de biosurfactantes producidos por los microorganismos incluyen ácidos grasos, fosfolípidos, lípidos neutros y biosurfactantes de partículas⁵. La clase de biosurfactantes más estudiada son los glicolípidos y entre ellos la mayoría de los estudios se han reportado sobre ramnolípidos⁶. Los ramnolípidos contienen una o dos moléculas de ramnosa (que forman la parte hidrofílica) unidas a una o dos moléculas de ácido graso de cadena larga (generalmente ácido hidroxi-decanoico). Los ramnolípidos son glicolípidos primarios reportados primero a partir de Pseudomonas aeruginosa⁷.

Los biosurfactantes han ido ganando cada vez más atención en comparación con sus contrapartes químicas debido a varias propiedades únicas y distintivas que ofrecen⁸. Estos incluyen mayor especificidad, menor toxicidad, mayor diversidad, facilidad de preparación, mayor biodegradabilidad, mejor formación de espuma, compatibilidad ambiental y actividad en condiciones extremas⁹. La diversidad estructural de los biosurfactantes (Figura S1) es otra ventaja que les da una ventaja sobre las contrapartes químicas¹⁰. Generalmente son más efectivos y eficientes a concentraciones más bajas, ya que su concentración crítica de micelas (CMC) suele ser varias veces menor que los tensioactivos químicos¹¹. Se ha informado que son altamente termoestables (hasta 100 °C) y pueden tolerar un pH más alto (hasta 9) y altas concentraciones de sal (hasta 50 g/L)¹² , por lo que ofrecen varias ventajas en los procesos industriales, que requieren exposición a condiciones extremas¹³. La biodegradabilidad y la menor toxicidad los hacen adecuados para aplicaciones ambientales como la biorremediación. Debido a las ventajas que ofrecen, han estado recibiendo una mayor atención en diversas industrias como la industria alimentaria, agrícola, detergente, cosmética y petrolera¹¹. Los biosurfactantes también han ganado mucha atención en la remediación de petróleo para la eliminación de contaminantes del petróleo y contaminantes tóxicos¹⁴.

Aquí informamos la producción, caracterización y aplicación de biosurfactantes producidos por Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 y Paenibacillus sp. IITD108. Los pasos involucrados en la detección, caracterización y aplicación de una combinación de biosurfactantes para mejorar la recuperación de petróleo se describen en la Figura 1.

Figura 1: Un método para mejorar la recuperación de petróleo utilizando una combinación de biosurfactantes. Se muestra el flujo de trabajo paso a paso. El trabajo se llevó a cabo en cuatro pasos. Primero, las cepas microbianas fueron cultivadas y examinadas para la producción de biosurfactante mediante varios ensayos, que incluyeron el ensayo de colapso de gotas, el ensayo de propagación de aceite, el ensayo de índice de emulsión y la medición de la tensión superficial. Luego, los biosurfactantes se extrajeron del caldo libre de células y su naturaleza se identificó mediante cromatografía de capa delgada y se identificaron aún más utilizando LCMS, NMR y FT-IR. En el siguiente paso, los biosurfactantes extraídos se mezclaron y se determinó el potencial de la mezcla resultante para mejorar la recuperación de petróleo utilizando la técnica de columna de paquete de arena. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El cribado de estas cepas microbianas para producir biosurfactantes se realizó mediante colapso por gota, propagación de aceite, ensayo de índice de emulsión y determinación de la reducción de la tensión superficial del medio libre de células debido al crecimiento de los microbios. Los biosurfactantes fueron extraídos, caracterizados e identificados químicamente por LCMS, ^{RMN 1}H y FT-IR. Finalmente, se preparó una mezcla de biosurfactantes producidos por estos microbios y se utilizó para recuperar el aceite residual en una columna de paquete de arena simulada.

El presente estudio solo ilustra los métodos involucrados en la detección, identificación, caracterización estructural y aplicación de la combinación de biosurfactantes para mejorar la recuperación de petróleo residual. No proporciona una caracterización funcional detallada de los biosurfactantes producidos por las cepas microbianas^15,16. Se realizan varios experimentos, como la determinación crítica de micelas, el análisis termogravimétrico, la humectabilidad de la superficie y la biodegradabilidad para la caracterización funcional detallada de cualquier biosurfactante. Pero dado que este documento es un documento de métodos, el enfoque está en la detección, identificación, caracterización estructural y aplicación de la combinación de biosurfactantes para mejorar la recuperación de petróleo residual; estos experimentos no se han incluido en este estudio.