Biyosürfaktanların Kombinasyonu Kullanılarak Geliştirilmiş Yağ Geri Kazanımı

Biyosürfaktanlar, mikroorganizmalar tarafından üretilen ve yüzeyi ve iki faz arasındaki ara yüzey gerilimini azaltma kapasitesine sahip amfipatik yüzey aktif moleküllerdir¹. Tipik bir biyosürfaktan genellikle bir şeker köstebeği veya bir peptit zinciri veya hidrofilik amino asitten oluşan hidrofilik bir kısım ve doymuş veya doymamış bir yağ asidi zincirinden oluşan hidrofobik bir kısım içerir². Amfipatik doğaları nedeniyle, biyosürfaktanlar iki faz arasındaki arayüzde toplanır ve sınırdaki ara yüzey gerilimini azaltır, bu da bir fazın diğerine dağılmasını kolaylaştırır ^1,3. Şimdiye kadar bildirilen çeşitli biyosürfaktan türleri arasında, karbonhidratların ester bağları (örneğin, rhamnolipidler, trehalolipidler ve soforolipidler) yoluyla uzun zincirli alifatik veya hidroksi-alifatik asitlere bağlandığı glikolipidler, lipitlerin polipeptit zincirlerine bağlandığı lipopeptitler (örneğin, yüzey aktif madde ve likenisin) ve genellikle polisakkarit-protein komplekslerinden oluşan polimerik biyosürfaktan maddeler (örneğin, emülsan, liposan, alasan ve lipomannan)⁴. Mikroorganizmalar tarafından üretilen diğer biyosürfaktan türleri arasında yağ asitleri, fosfolipitler, nötr lipitler ve partikül biyosürfaktanlar^{bulunur 5}. En çok çalışılan biyosürfaktan sınıfı glikolipidlerdir ve bunların arasında çalışmaların çoğu rhamnolipidler üzerinde bildirilmiştir⁶. Rhamnolipidler, bir veya iki uzun zincirli yağ asidi molekülüne (genellikle hidroksi-dekanoik asit) bağlı bir veya iki ramnoz molekülü (hidrofilik kısmı oluşturan) içerir. Rhamnolipidler ilk olarak Pseudomonas aeruginosa^7’den bildirilen primer glikolipidlerdir.

Biyosürfaktanlar, sundukları çeşitli benzersiz ve ayırt edici özellikler nedeniyle kimyasal muadillerine kıyasla artan bir odak noktası kazanmaktadır⁸. Bunlar arasında daha yüksek özgüllük, daha düşük toksisite, daha fazla çeşitlilik, hazırlama kolaylığı, daha yüksek biyolojik parçalanabilirlik, daha iyi köpüklenme, çevresel uyumluluk ve aşırı koşullar altında aktivite^{9 bulunur}. Biyosürfaktan maddelerinin yapısal çeşitliliği (Şekil S1), onlara kimyasal muadillerine göre bir avantaj sağlayan bir başka avantajdır¹⁰. Kritik misel konsantrasyonları (CMC) genellikle kimyasal yüzey aktif maddelerden birkaç kat daha düşük olduğu için genellikle daha düşük konsantrasyonlarda daha etkili ve verimlidirler¹¹. Yüksek oranda ısıl stabil oldukları (100 ° C’ye kadar) ve daha yüksek pH (9’a kadar) ve yüksek tuz konsantrasyonlarını (50 g / L’ye kadar) tolere edebildikleri ^{bildirilmiştir12,} böylece aşırı koşullara maruz kalmayı gerektiren endüstriyel proseslerde çeşitli avantajlar sunarlar¹³. Biyolojik olarak parçalanabilirlik ve daha düşük toksisite, onları biyoremediasyon gibi çevresel uygulamalar için uygun hale getirir. Sundukları avantajlar nedeniyle, gıda, tarım, deterjan, kozmetik ve petrol endüstrisi gibi çeşitli endüstrilerde artan ilgi görmektedirler¹¹. Biyosürfaktanlar, petrol kirleticilerinin ve toksik kirleticilerin uzaklaştırılması için petrol ıslahında da çok dikkat çekmiştir¹⁴.

Burada Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 ve Paenibacillus sp. IITD108 tarafından üretilen biyosürfaktan maddelerinin üretimini, karakterizasyonunu ve uygulamasını sunuyoruz. Gelişmiş yağ geri kazanımı için biyosürfaktan bir kombinasyonunun taranması, karakterizasyonu ve uygulanmasında yer alan adımlar Şekil 1’de özetlenmiştir.

Şekil 1: Biyosürfaktanların bir kombinasyonunu kullanarak gelişmiş yağ geri kazanımı için bir yöntem. Kademeli iş akışı gösterilir. Çalışma dört adımda gerçekleştirildi. İlk önce mikrobiyal suşlar kültürlendi ve damla çökme testi, yağ yayılma testi, emülsiyon indeksi testi ve yüzey gerilimi ölçümünü içeren çeşitli tahlillerle biyosürfaktan üretimi için tarandı. Daha sonra, biyosürfaktanlar hücresiz et suyundan ekstrakte edildi ve doğaları ince tabaka kromatografisi kullanılarak tanımlandı ve LCMS, NMR ve FT-IR kullanılarak daha da tanımlandı. Bir sonraki adımda, ekstrakte edilen biyosürfaktan maddeler birlikte karıştırıldı ve elde edilen karışımın gelişmiş yağ geri kazanımı için potansiyeli, kum paketi kolon tekniği kullanılarak belirlendi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Biyosürfaktan üretmek için bu mikrobiyal suşların taranması, damla çökmesi, yağ yayılımı, emülsiyon indeksi testi ve mikropların büyümesi nedeniyle hücresiz ortamın yüzey geriliminde azalmanın belirlenmesi ile yapıldı. Biyosürfaktanlar LCMS, ¹H NMR ve FT-IR ile ekstrakte edildi, karakterize edildi ve kimyasal olarak tanımlandı. Son olarak, bu mikroplar tarafından üretilen biyosürfaktan bir karışımı hazırlandı ve simüle edilmiş bir kum paketi sütununda kalan yağı geri kazanmak için kullanıldı.

Bu çalışma sadece biyosürfaktan kombinasyonunun taranması, tanımlanması, yapısal karakterizasyonu ve artık yağ geri kazanımının arttırılması üzerine uygulanmasında yer alan yöntemleri göstermektedir. Mikrobiyal suşlar tarafından üretilen biyosürfaktan maddelerinin ayrıntılı bir fonksiyonel karakterizasyonunu sağlamaz^15,16. Herhangi bir biyosürfaktan ayrıntılı fonksiyonel karakterizasyonu için kritik misel tayini, termogravimetrik analiz, yüzey ıslanabilirliği ve biyolojik parçalanabilirlik gibi çeşitli deneyler gerçekleştirilir. Ancak bu makale bir yöntem makalesi olduğundan, odak noktası, artık yağ geri kazanımını arttırmak için biyosürfaktan kombinasyonunun taranması, tanımlanması, yapısal karakterizasyonu ve uygulanmasıdır; bu deneyler bu çalışmaya dahil edilmemiştir.