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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2020.tde-15052020-135342
Document
Author
Full name
Gabrielle Cristina Costa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Bossolan, Nelma Regina Segnini (President)
Nitschke, Marcia
Souza, Clovis Wesley Oliveira de
Title in Portuguese
Biossurfactante produzido por uma linhagem bacteriana isolada de reservatório de petróleo: produção e avaliação da propriedade tensoativa
Keywords in Portuguese
Bacillus
Halófilo
Lipopeptídeo
MEOR
Termófilo
Abstract in Portuguese
Biossurfactantes (BS) são moléculas de caráter anfipático produzidas por uma grande variedade de microrganismos, possuindo atividade redutora de tensão superficial e interfacial e exibindo ação emulsificante. São potencialmente aplicáveis em vários setores industriais e ambientais pois podem ser produzidos a partir de substratos renováveis de baixo custo. Possuem características superiores aos surfactantes sintéticos: são biodegradáveis, apresentam baixa toxicidade e possuem atividade específica em extremos de temperatura, salinidade e pH. Um dos maiores mercados para biossurfactantes é a indústria petrolífera, onde são utilizados principalmente em processos de recuperação terciária do petróleo. As condições extremas presentes em reservatórios de petróleo geram uma demanda por estudos sobre a produção de BS em tais condições, envolvendo tanto sua estabilidade neste ambiente como a produção de BS por bactérias nativas do reservatório. Nesse contexto, este trabalho propôs o estudo de uma linhagem bacteriana (Ar70C2) isolada a partir de amostras rochosas de um reservatório para uma futura aplicação em processos de recuperação melhorada de petróleo utilizando-se microrganismos e/ou seus produtos (MEOR). A linhagem foi identificada pelo sequenciamento do rRNA 16s, apresentando uma similaridade de 99,9% com Bacillus alveayuensis, e com ela foram conduzidos estudos crescimento e produção de BS alterando-se fatores como salinidade, agitação, temperatura, fontes de carbono (C), fontes de nitrogênio (N) e relação C/N. O cultivo em Meio Mineral (MM), com a salinidade de 35 g/L de NaCl, adicionado de glicerina vegetal (2g/L) e nitrato de sódio (0,5 g/L), na relação C/N=4, na presença de solução de elementos-traço e incubado a 55°C, forneceu resultados mais expressivos em termos de índice de emulsificação E24 (62,54%) e de produção de massa de BS (extrato semi-purificado) (0,14 g/L de MM). O BS semi-purificado teve sua estabilidade testada em condições diversas de salinidade, pH e temperatura. O BS apresentou estabilidade térmica no intervalo de -18 a 121°C registrando valores médios de E24 de 50,00% (±5,97) (80°C) e 61,29% (±3,64) (4°C). As amostras de BS tiveram seu pH ajustado para valores entre 2 a 12, fornecendo valores de E24 que variaram de 51,74% (±2,01) (pH 8) a 59,12% (±4,78) (pH 7). Quanto à salinidade, as amostras foram ajustadas para concentrações no intervalo de 0 a 21% de NaCl e os valores de E24 obtidos variaram de 49,44% (±1,11) (9% de NaCl) a 58,88% (±1,11) (3% de NaCl). O BS semi-purificado foi analisado para a quantificação total de proteínas, por método colorimétrico (BCA Protein Assay Kit), e para a determinação de ácidos graxos, por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM). A porcentagem de proteína presente na amostra foi de 58,51% e a análise de ácidos graxos resultou em uma mistura de ácidos com cadeias contendo de 15 a 20 átomos de carbono, com predominância de ácidos graxos com 18 átomos de carbono. O isolado Ar70C2 produziu um BS de natureza lipopeptídica, com expressiva propriedade emulsificante em condições termofílicas e halofílicas. Essas características, juntamente com a boa capacidade emulsificante em diversos substratos orgânicos e estabilidade sob variações de pH, salinidade e temperatura, sugerem uma potencial aplicação em MEOR.
Title in English
Biosurfactant produced by a bacterial strain isolated from an oil reservoir: production and evaluation of its surface-active property
Keywords in English
Bacillus
Halophile
Lipopeptide
MEOR
Thermophile
Abstract in English
Biosurfactants (BS) are amphipathic molecules produced by a wide variety of microorganisms, which are capable of reducing surface and interfacial tension and exhibit emulsifying activity. They are potentially applicable in many industrial and environmental sectors as they can be produced from low cost renewable substrates. They have characteristics superior to synthetic surfactants: they are biodegradable, have low toxicity and have specific activity at extremes of temperature, salinity and pH. One of the largest markets for biosurfactants is the oil industry, where they are mainly used in tertiary oil recovery processes. The extreme conditions present in oil reservoirs generate a demand for studies on BS production under such conditions, involving both its stability in this environment and the production of BS by indigenous bacteria. In this context, the aim of this work was to study a bacterial strain (Ar70C2) isolated from reservoir rock samples for its future application in microbial enhanced oil recovery (MEOR) processes. The strain was identified by 16s rRNA sequencing, showing 99.9% similarity with Bacillus alveayuensis, and growth and BS production studies were carried out changing factors such as salinity, agitation, temperature, carbon sources (C), nitrogen sources (N) and C/N ratio. Cultivation in Mineral Medium (MM), with salinity of 35 g/L NaCl, added vegetable glycerin (2 g/L), sodium nitrate (0.5 g/L) and trace-elements solution, incubated at 55 °C, gave more expressive results in terms of E24 emulsification index (62.54%) and BS (semi-purified extract) mass production (0.14 g/L MM). Semi-purified BS was tested for stability under different salinity, pH and temperature conditions. The BS presented thermal stability in the range of -18 to 121 °C registering mean E24 values of 50.00% (± 5.97) (80 °C) and 61.29% (± 3.64) (4 °C). The BS samples had their pH adjusted to values between 2 and 12, providing E24 values ranging from 51.74% (± 2.01) (pH 8) to 59.12% (± 4.78) (pH 7). As for salinity, the samples were adjusted to concentrations ranging from 0 to 21% NaCl and the obtained E24 values ranged from 49.44% (± 1.11) (9% NaCl) to 58.88% (± 1.11) (3% NaCl). Semi-purified BS was analyzed for total protein quantification by colorimetric method (BCA Protein Assay Kit) and for fatty acid determination by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The percentage of protein present in the sample was 58.51% and the fatty acid analysis resulted in a mixture of acids with chains containing 15 to 20 carbon atoms, with a predominance of 18 carbon atoms. Strain Ar70C2 produced a lipopeptide BS with significant emulsifying property under thermophilic and halophilic conditions. These characteristics, together with the good emulsifying capacity on various organic substrates and stability under pH, salinity and temperature variations, suggest a potential application in MEOR.
 
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Publishing Date
2020-05-21
 
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