Липопептидные биосурфактанты для повышения нефтеотдачи: характеристика и эффективность
Аннотация
Обоснование. Нефть сохраняет статус ключевого ресурса мировой энергетики, обеспечивая приблизительно 30% глобального энергопотребления. Однако традиционные методы первичной и вторичной добычи извлекают лишь 20-40% запасов нефти, что стимулирует развитие методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Среди них биологические (микробные) методы увеличения нефтеотдачи (БМУН), основанные на применении биосурфактантов, синтезируемых микроорганизмами, – «зеленых» аналогов синтетических поверхностно-активных веществ – демонстрируют высокий потенциал для зрелых месторождений с высоким содержанием остаточной нефти.
Цель – оценить эффективность применения биосурфактантов, продуцируемых штаммами-продуцентами Bacillus sp. 2а и Peribacillus sp. 2b для увеличения нефтеотдачи при добыче трудноизвлекаемой нефти.
Материалы и методы. Исследования проводили в условиях лабораторного эксперимента. Использовали липопептидные биосурфактанты, экстрагированные из культур штаммов Bacillus sp. 2а и Peribacillus sp. 2b. Их липопептидную природу подтверждали методом ИК-спектроскопии, а поверхностную активность (величину поверхностного натяжения) оценивали методом кольца Дю Нюи. Эффективность применения для МУН определяли в модельных экспериментах по вытеснению нефти Ромашкинского месторождения из песчаных колонок.
Результаты. Данные ИК-спектроскопии выявили липопептидную природу биосурфактантов. Биосурфактант штамма Bacillus sp. 2а снижал поверхностное натяжение до 29,6 мН/м (пик активности на 24–48 ч), обеспечивая прирост нефтеотдачи 31.2% в модельном эксперименте. Для штамма Peribacillus sp. 2b минимальное поверхностное натяжение составило 52,8 мН/м (достигнуто к 48 ч), с увеличением нефтеотдачи 23,2%. Эффективность дополнительной нефтеотдачи, обеспеченной биосурфактантов, продуцированным штаммом Bacillus sp. 2а сопоставима с результатами синтетического ПАВ (31,2% и 29,3%, соответственно).
Скачивания
Литература
Al-Sulaimani, H., Joshi, S., Al-Wahaibi, Y., Al-Bahry, S., Elshafie, A., & Al-Bemani, A. (2011). Microbial biotechnology for enhancing oil recovery: current developments and future prospects. Biotechnol Bioinf Bioeng, 1(2), 147–158.
Al-Wahaibi, Y., Joshi, S., Al-Bahry, S., Elshafie, A., Al-Bemani, A., & Shibulal, B. (2014). Biosurfactant production by Bacillus subtilis B30 and its application in enhancing oil recovery. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 114, 324–333. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.09.022.
Alvarez, V. M., Guimarães, C. R., Jurelevicius, D., de Castilho, L. V. A., de Sousa, J. S., da Mota, F. F., . & Seldin, L. (2020). Microbial enhanced oil recovery potential of surfactin-producing Bacillus subtilis AB2.0. Fuel, 272, 117730. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117730. EDN: https://elibrary.ru/SSIIQZ.
Caccamo, M. T., Gugliandolo, C., Zammuto, V., & Magazù, S. (2020). Thermal properties of an exopolysaccharide produced by a marine thermotolerant Bacillus licheniformis by ATR-FTIR spectroscopy. International Journal of Biological Macromolecules, 145, 77–83. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.12.163. EDN: https://elibrary.ru/WLTTAZ.
Cooper, D. G., & Goldenberg, B. G. (1987). Surface-active agents from two Bacillus species. Applied and Environmental Microbiology, 53(2), 224–229. https://doi.org/10.1128/aem.53.2.224-229.1987.
Daoshan, L., Shouliang, L., Yi, L., & Demin, W. (2004). The effect of biosurfactant on the interfacial tension and adsorption loss of surfactant in ASP flooding. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 244(1-3), 53–60. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.06.017. EDN: https://elibrary.ru/KMMQMR.
Das, K., & Mukherjee, A. K. (2007). Crude petroleum-oil biodegradation efficiency of Bacillus subtilis and Pseudomonas aeruginosa strains isolated from a petroleum-oil contaminated soil from North-East India. Bioresource Technology, 98(7), 1339–1345. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.05.032.
Das, P., Mukherjee, S., & Sen, R. (2008). Antimicrobial potential of a lipopeptide biosurfactant derived from a marine Bacillus circulans. Journal of Applied Microbiology, 104(6), 1675–1684. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2007.03701.x.
Geetha, S. J., Banat, I. M., & Joshi, S. J. (2018). Biosurfactants: Production and potential applications in microbial enhanced oil recovery (MEOR). Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 14, 23–32.
Gimenez, D., et al. (2021). Fengycin A analogues with enhanced chemical stability and antifungal properties. Organic Letters, 23(12), 4672–4676. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.1c01387. EDN: https://elibrary.ru/DBRJMG.
Heyd, M., Kohnert, A., Tan, T. H., Nusser, M., Kirschhöfer, F., Brenner-Weiss, G., . & Berensmeier, S. (2008). Development and trends of biosurfactant analysis and purification using rhamnolipids as an example. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 391(5), 1579–1590. https://doi.org/10.1007/s00216-007-1828-4. EDN: https://elibrary.ru/MDHNYZ.
Jahanbani Veshareh, M., Ganji Azad, E., Deihimi, T., Niazi, A., & Ayatollahi, S. (2019). Isolation and screening of Bacillus subtilis MJ01 for MEOR application: biosurfactant characterization, production optimization and wetting effect on carbonate surfaces. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 9(1), 233–245. https://doi.org/10.1007/s13202-018-0457-0. EDN: https://elibrary.ru/DNQPXK.
Jacques, P. (2010). Surfactin and other lipopeptides from Bacillus spp. In Biosurfactants: from genes to applications (pp. 57–91). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-14490-5_3.
Kaur, A., Madhu, Sharma, A., Singh, K., & Upadhyay, S. (2024). Investigation of two-pore K+ (TPK) channels in Triticum aestivum L. suggests their role in stress response. Heliyon, 10, e27814. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27814. EDN: https://elibrary.ru/BILSKN.
Lin, S. C., Lin, K. G., Lo, C. C., & Lin, Y. M. (1998). Enhanced biosurfactant production by a Bacillus licheniformis mutant. Enzyme and Microbial Technology, 23(3-4), 267–273. https://doi.org/10.1016/S0141-0229(98)00049-0. EDN: https://elibrary.ru/ABCHBD.
Liu, C., Lu, J., Lu, L., Liu, Y., Wang, F., & Xiao, M. (2010). Isolation, structural characterization and immunological activity of an exopolysaccharide produced by Bacillus licheniformis 8-37-0-1. Bioresource Technology, 101(14), 5528–5533. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.01.151.
Mnif, I., & Ghribi, D. (2015). Review lipopeptides biosurfactants: main classes and new insights for industrial, biomedical, and environmental applications. Peptide Science, 104(3), 129–147. https://doi.org/10.1002/bip.22630.
Mnif, I., Segovia, R., Bouallegue, A., Ghribi, D., & Rabanal, F. (2023). Identification of different lipopeptides isoforms produced by Bacillus mojavensis BI2 and evaluation of their surface activities for potential environmental application. Journal of Polymers and the Environment, 31(6), 2668–2685. https://doi.org/10.1007/s10924-022-02752-3. EDN: https://elibrary.ru/TZQCHJ.
Nanjundan, J., Ramasamy, R., Uthandi, S., & Ponnusamy, M. (2019). Antimicrobial activity and spectroscopic characterization of surfactin class of lipopeptides from Bacillus amyloliquefaciens SR1. Microbial Pathogenesis, 128, 374–380. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2019.01.037. EDN: https://elibrary.ru/RAAZVG.
Peypoux, F., Bonmatin, J. M., & Wallach, J. (1999). Recent trends in the biochemistry of surfactin. Applied Microbiology and Biotechnology, 51(5), 553–563. https://doi.org/10.1007/s002530051432. EDN: https://elibrary.ru/ATUYDY.
Pornsunthorntawee, O., Arttaweeporn, N., Paisanjit, S., Somboonthanate, P., Abe, M., Rujiravanit, R., & Chavadej, S. (2008). Isolation and comparison of biosurfactants produced by Bacillus subtilis PT2 and Pseudomonas aeruginosa SP4 for microbial surfactant-enhanced oil recovery. Biochemical Engineering Journal, 42(2), 172–179. https://doi.org/10.1016/j.bej.2008.06.016.
Prithiviraj, A., & Parthasarathi, R. (2023). Biocontrol potential of lipopeptide bio surfactant produced by Bacillus sp. from mangrove ecosystem at Vellar-Coleroon estuarine complex against early blight of tomato. https://doi.org/10.5281/zenodo.8037888.
Rani, R. P., Anandharaj, M., Sabhapathy, P., & Ravindran, A. D. (2017). Physicochemical and biological characterization of novel exopolysaccharide produced by Bacillus tequilensis FR9 isolated from chicken. International Journal of Biological Macromolecules, 96, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.11.122.
Raimi, D., Zhu, Y., Newell, R. G., & Prest, B. C. (2024). Global energy outlook 2024: Peaks or plateaus. Resources for the Future: Washington, DC, USA.
Sang-Cheol, L., Kim, S. H., Park, I. H., Chung, S. Y., Chandra, M. S., & Yong-Lark, C. (2010). Isolation, purification, and characterization of novel fengycin S from Bacillus amyloliquefaciens LSC04 degrading crude oil. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 15(2), 246–253. https://doi.org/10.1007/s12257-009-0037-8. EDN: https://elibrary.ru/YBMLZV.
Satpute, S. K., Bhawsar, B. D., Dhakephalkar, P. K., & Chopade, B. A. (2008). Assessment of different screening methods for selecting biosurfactant producing marine bacteria. Indian Journal of Marine Sciences, 37(3), 243.
Sayem, S. A., Alam, M. J., & Hoq, M. M. (2006). Effect of temperature, pH and metal ions on the activity and stability of alkaline protease from novel Bacillus licheniformis MZK03. Proceedings-Pakistan Academy of Sciences, 43(4), 257.
Tavassoli, T., Mousavi, S. M., Shojaosadati, S. A., & Salehizadeh, H. (2012). Asphaltene biodegradation using microorganisms isolated from oil samples. Fuel, 93, 142–148. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.10.021.
Van Hamme, J. D., Singh, A., & Ward, O. P. (2006). Physiological aspects: Part 1 in a series of papers devoted to surfactants in microbiology and biotechnology. Biotechnology Advances, 24(6), 604–620. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2006.08.001.
Xia, W. J., Dong, H. P., Yu, L., & Yu, D. F. (2011). Comparative study of biosurfactant produced by microorganisms isolated from formation water of petroleum reservoir. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 392(1), 124–130. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2011.09.044.
Youssef, N. H., Duncan, K. E., Nagle, D. P., Savage, K. N., Knapp, R. M., & McInerney, M. J. (2004). Comparison of methods to detect biosurfactant production by diverse microorganisms. Journal of Microbiological Methods, 56(3), 339–347. https://doi.org/10.1016/j.mimet.2003.11.001.
Copyright (c) 2026 Alexander S. Gordeev, Anastasiia A. Kirichenko, Liliia R. Biktasheva, Hassan Abdaljalil, Polina A. Kuryntseva
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
