Новые биотехнологические продукты для процессов бурения и добычи нефти

Чжан Данянь

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Новые биотехнологические продукты для процессов бурения и добычи нефти
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Новые биотехнологические продукты для процессов бурения и добычи нефти"

На правах рукописи

Чжан Данянь

Новые биотехнологические реагенты для процессов бурения и добычи нефти

03.02.08 - Экология в химии и нефтехимии 03.01.06-Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2011

4859634

Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии Российск государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Винокуров Владимир Арнольдович

Научный консультант: кандидат биологических наук

Ботвинко Ирина Васильевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мкртычан Владимир Рубенович кандидат биологических наук, с.н.с. Данилова Ирина Валентиновна

Ведущая организация:

Российский химико - технологический

университет имени Д.И.Менделеева

Защита диссертации состоится «¿^»октября 2011г. в 10 часов в аудитории 20 заседании диссертационного совета Д212.200.12 при Российском государствен университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 119991, г. Мое Ленинский просп., д. 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российск государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина.

Автореферат разослан //2011г.

совета, кандидат технических наук

Ученый секретарь диссертационного

Общая характеристика работы /алыюсть работы. Разработка нефтяных богатств постепенно приводит к их щению, увеличению доли трудноизвлекаемых запасов (ТИЗ) нефти и днённости добываемой продукции. Средний проектный КИН месторождений ии сейчас составляет около 30% и постепенно снижается. Перспективным путём ения проблем повышения нефтеотдачи истощённых пластов и добычи ТИЗ ючается в применении новых реагентов - продуктов биотехнологий. Растет рес к микробиологическим методам обеспечения процесса нефтедобычи, т.к. они уют малых вложений капитала, высокоэффективны, безопасны для среды обитания можно использовать на нефтяных месторождениях с разными геологическими и ко-химическими параметрами.

иотехнологии в области повышения нефтеотдачи применяются в двух авлениях. Во-первых, это производство биомассы и продуктов метаболизма роорганизмов на поверхности с последующей закачкой в пласты по известным ологиям. Эти методы основаны на улучшении нефтевытесняющих свойств чиваемой в пласт воды за счёт таких соединений, как поверхностно-активные ества (ПАВ), полимеры, растворители, кислоты и газы. Второе направление, тавшее широкое распространение в нефтяных регионах Урала и Поволжья, усматривает активизацию микробиологических процессов и образование робных метаболитов непосредственно в пласте, как за счёт деятельности пластовой робиоты, так и внесённой в пласт (Беляев с соавт., 2004).

икроорганизмы могут влиять на вытеснение нефти посредством ряда механизмов: ювания кислот, растворяющих вмещающие породы и увеличивающих пористость оницаемость; образования газа, ведущего к снижению вязкости нефти, увеличению тового давления и растворению матрикса; образования растворителей, средственно участвующих в экстракции нефти или в качестве ко-сурфактантов, кающих межфазное натяжение и увеличивающих подвижность нефти; образования , биополимеров и других соединений, эмульгирующих нефть, снижающих её ость и межфазное натяжение на границе нефть-вытесняющего флюида; азования микробной биомассы, вызывающей эмульгирование нефти, изменяющей ■шваемость пород. Поэтому новые штаммы, которые продуцируют биопродукты

для нефтеотдачи, вызывают большой интерес у исследователей. Эти вещества отличаются большим разнообразием, нередко уникальностью состава и структуры. Всё это расширяет сферу их потенциального применения в нефтегазовой отрасли.

Используемые в настоящее время в качестве загустителя закачиваемой воды при полимерном заводнении синтетические полимеры ряда полиакриламида недостаточно эффективны, при этом продукты их деструкции экологически небезопасны. Перспективно применение микробных экзополисахаридов (ЭПС), дающих высоковязкие растворы в широком диапазоне физико-химических факторов среды. Первый ЭПС - ксантан применяется в нефтедобывающей отрасли уже в течение четырёх десятилетий, также используют эмульсан, БП-92, однако список ЭПС реагентов невелик. Поиск ЭПС-биопродуктов по-прежнему актуален, особенно в связи с большим разнообразием условий нефтяных месторождений и соответственно с потребностью в широком наборе высокотехнологичных реагентов.

Поверхностно-активные вещества, полученные химическим синтезом, используются в различных отраслях сельского хозяйства, медицины, промышленности, включая добычу и переработку нефти, а также биоремедиацию нефтезагрязненных экосистем. По сравнению с химически полученными ПАВ, биоПАВ имеют лучшую совместимость с окружающей средой, высокое ценообразование, селективность и специфическую активность при повышенных температурах, рН и солёности. Помимо этого, они биодеградабельны и нетоксичны (Вана!, 1995; Назина с соавт., 2003).

Выделенные штаммы продуцентов этих соединений можно культивировать как в промышленных реакторах, так в нефтяном пласте.

Таким образом, целью диссертационной работы стал поиск и изучение новых экологически чистых биопродуктов бактерий - экзополисахаридов и поверхностно-активных веществ для применения в процессах бурения и добычи нефти, а также биоремедиации нефтезагрязненных экосистем. Задачи исследования:

1. Выделение новых природных штаммов углеводородокисляющих бактерий, образующих ЭПС и ПАВ, на селективной углеводород-минеральной среде.

2. Изучение физико-химических свойств новых биопродуктов и перспектив их применения для процессов бурения и добычи нефти, а также очистки от нефтезагрязнений.

3. Улучшение реологических свойств разработанного ранее ЭПС-биопродукта «Ритизан» за счёт модификации среды для его получения.

Научная новизна. Выделены новые ПАВ- и ЭПС- образующие штаммы углеводородокисляющих бактерий, которые проявляют требуемые физико-химические свойства. Три штамма Pseudomonas образуют анионные ПАВ гликолипидной природы с высокой поверхностной активностью, низкой ККМ и выходом около 2г/л. Кроме того, активность этих биоПАВ не зависит от концентрации NaCl в интервале от 0 до 350 г/л и рН от 5 до 13. Штамм Rhodococcus sp.SP - OW, также образующий ПАВ гликолипидной природы, проявляет высокую эмульгирующую активность. Штамм Acinetobacter sp. 15 образует ЭПС с ПАВ-свойствами и высокой эмульгирующей активностью.

Показано, что Mycobacterium sp. 16 продуцирует образует высокомолекулярный кислый ЭПС с высокой динамической вязкостью при низких скоростях сдвига и стабильными реологическими свойствами при крайних значениях рН и температуры. Штамм Pseudomonas bolearica 47 также образует внеклеточный высокомолекулярный кислый полисахарид с низкой динамической вязкостью. Однако он образует плёнки и везикулы при сшивании поликатионным ПАВ, что, по-видимому, является его экологической функцией в образовании компартментов для природных сообществ микроорганизмов. Ритизан, полученный на новой среде, обладает лучшими реологическими свойствами, чем классический, причем стоимость новой среды ниже на 58,8%. При этом выход полимера не меняется и составляет около 5г/л. Практическая ценность. ЭПС-биопродукт Mycobacterium sp.! 6 можно рекомендовать для бурения и повышения нефтеотдачи пластов. Биопродукт P.bolearica 47 может применяться для локализации нефтеокисляющих бактерий в составе биопрепарата для очистки нефтезагрязнённых экосистем. ПАВ-биопродукты изученных штаммов Pseudomonas перспективны для эмульгирования и снижения вязкости нефти в широком диапазоне концентраций соли и рН, а также для очистки технологических ёмкостей и труб от парафиновых отложений. Биопродукты Acinetobacter sp. 15 и Rhodococcus sp.

SP-OW перспективны для эмульгирования нефти. Все изученные ЭПС- и ПАВ-образующие углеводородокисляющие штаммы можно рекомендовать для включения в биопрепараты дня биоремедиации водных и почвенных экосистем, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях: XVI и XVII Международные научные конференции студентов,

аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2009" и "Ломоносов-2010" (Москва), I

Российский нефтяной конгресс (Москва,2011), II Международный конгресс по нефтяной микробиологии (2nd Annual World Congress of Petroleum Microbiology, China,

2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи и 1 статьи принята в печа1 в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в сборнике и 4 тезисов докладов н конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на/^страницах и включает 5 рисунка и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения, обзора литературы экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы

включающего наименований (96.

Экспериментальная часть Объектами исследования служили штаммы бактерий, выделенные из различив местообитаний методом жидких накопительных культур на углеводород-минерально среде (УМС), содержащей минеральный фон (МС) следующего состава (г/л): NaN03 2,0; КН2РО4-1,0; MgS04x7H20 - 0,25; СаС12х2Н20 - 0,01; вода дистиллированная, рН 7 Селективный источник углерода - смесь н-алканов следующего состава (%) гексадекан - 1,0; пентадекан - 0,5; декана - 0,5. Штаммы исследовали также н

обогащенной глюкозо-минеральной среде (ОГМС) состава, г/л: глюкоза - 20,0

дрожжевой экстракт - 2,0; минеральный фон (МС), рН 7,0 (Назина и с соавт., 2003) Накопительные культуры выращивали в колбах на 500 мл со 100мл среды УМС пр 30°С на круговой роторной качалке с 280 об./мин. в течение 7 сут.; вносили по 5 м жидких образцов, твердые образцы предварительно обрабатывали следующим образом Добавляли 5г пробы к 100 мл стерильной водопроводной воды, перемешивали н

качалке 15 мин., отстаивали 15 мин. и отбирали 5 мл поверхностного раствора. Из полученных накопительных культур отбирали аликвоты по 5 мл и проводили повторное культивирование; затем повторяли еще раз. Далее культуры рассевали в чашки Петри с глюкозо-картофельным агаром (ПСА) и выращивали для получения изолированных колоний в течение 2-3 сут. при 30°С (Нетрусов,2005). После пересевов выделяли чистые культуры бактерий. Для их поддержания и хранения использовали ПСА, во втором случае - под вазелиновым маслом. ПАВ-образующие штаммы выявляли следующими методами: методом капли (Ding Li-Xiao et al., 2004;Liu Jia et al., 2008); на плотной среде с сафранином для выявления анионных ПАВ - по формированию бесцветных зон вокруг колоний штамма (Liu Jia et al., 2008). Для ряда штаммов использовали модифицированную среду, в которой питательный агар заменяли на ГКА. ПАВ-образующие штаммы выращивали на ОГМС и УМС до окончания развития (стационарная фаза). ЭПС-образующие штаммы бактерий отбирали по образованию слизистых колоний с хорошо развитым Межклеточным матриксом. Слизеобразующие штаммы бактерий выращивали в жидких средах четырех типов: УМС с 20% дрожжевого экстракта (УМСД); ОГМС; среде Rich, г/л: пептон-2,0; дрожжевой экстракт-1,0; гидролизат казеина-1,0; глюкоза-1,0; глицерин-10 мл/л; мел-2,0; вода водопроводная, рН 6,7-7,2; глюкозо-картофельной среде; среде Чапека, г/л: глюкоза - 20,0; NaN03 - 2,0; КН2Р04 - 1,0; MgS04x7H20 - 0,5; КС1 -0,5; FeS04x7H20 -0,1; вода водопроводная, рН 7,0 (Нетрусов, 2005). Продуцент ритизана Paracoccus denitrificans выращивали в различных вариантах сред, являющихся модификациями классической среды следующего состава, г/л: КН2Р04 - 6,8; КОН - 1,8; КС1 - 1,4; NH4NO3 - 0,6; MgS04x7H20 - 0,4; СаС12хН20 - 0,1; пантотеновая кислота - 0,0006%; дрожжевой экстракт - 0,5%;FeS04x7H20 - 0,01; этанол - 0,5%; глюкоза - 0,5%; вода дистиллированная. Культивирование бактерий проводили в колбах на 250 (500) мл со 100 мл среды при 30°С на круговой качалке с 280 об./мин. в течение 1-2 сут. Наблюдения за развитием бактерий проводили с помощью микроскопа Orthoplan (Германия). Первичную фенотипическую идентификацию штаммов осуществляли с помощью морфологических, цитологических, физиолого-биохимических и культуральных тестов (Определитель бактерий Берджи, 1997). Нефелометрические измерения проводили на ФЭК 56ПМ (СССР). Значения рН определяли с помощью

портативного рН-метра RPOl Kuosi (КНР). Эмульгирующую активность ПАВ-биопродуктов выявляли стандартным методом с н-гексадеканом (Назина с соавт.,2003; Walter et al., 2010). Расслоение эмульсии вода/н-гексадекан оценивали через 24ч (Е24) и 48ч (Е48). Адгезию клеток к углеводородам (гидрофобность клеток) определяли методом MATH после выращивания бактерий в жидких ОГМС и УМС 4 сут. Использовали суспензию бактерий в физиологическом растворе с OD (бООнм) около 0,4-0,7 (Richard et al., 1999). Изменение поверхностного натяжения ПАВ-биопродуктами и выделенными ПАВ измеряли динамическим методом Дю-Нуи, или методом отрыва кольца (Баранов с соавт., 2007). Данные этого метода для растворов препаративно полученного ПАВ использовали для косвенной оценки ККМ (критической концентрации мицеллообразования). Изменение межфазного натяжения биопродуктами на границе раздела жидкость-жидкость определяли с помощью капельной пипетки Доннана (Баранов с соавт., 2007). Выделение низкомолекулярных ПАВ осуществляли методом Ристау и Вагнера (Назина с соавт., 2003); высокомолекулярных ПАВ - осаждением тремя объемами этанола. Углеводную природу ЭПС-биопродуктов проверяли фенол-серным колориметрическим методом (Dubois et al., 195 6), полимерную - осаждением этанолом, полианионную - с помощью цетилтриметиламмоний бромида - СТАВ (Кочетков,1967). В случае кислой природы ЭПС-матрикса формировался осадок, наблюдаемый визуально с помощью лупы или при малом увеличении микроскопа. Химическую природу ПАВ определяли следующими методами: наличие гликозильного компонента - специфической цветной реакцией с фенолом (Dubois et al., 1956); наличие анионных групп - ростовым методом с сафранином (см.выше); возможность присутствия белкового (пептидного) компонента - по методу Аримы (Назина с соавт., 2003). Гликолипидную природу низкомолекулярных ПАВ устанавливали по факту выделения методом Ристау и Вагнера (Назина с соавт., 2003). Исследование реологических свойств полисахаридных растворов проводили при температуре культуры (30°С) на ротационном вискозиметре Brookfield (Германия). Измеряли динамическую вязкость т] (мПа*с) со шпинделем № 34 при разных скоростях его вращения (0,3 до 180 с"1). Напряжение сдвига т (дПа) вычисляли по формуле: т = ц*у, где у - скорость сдвига (с' '), представляющая собой произведение скорости вращения на коэффициент шпинделя

(Кз4-0,28). Нагревание нативных растворов ЭПС-биопродуктов осуществляли в сушильном шкафу при 100°С в течение 4ч, замораживание - при -16°С в течение 4ч. Изменение рН нативных ЭПС-биопродуктов проводили 1М растворами H2S04h NaOH на магнитной мешалке. Изменение вязкости нефти исследовали при развитии бактерий в 250мл-колбах с 50мл МС и 25 мл скважинной жидкости из Вотинского месторождения в течение 5 сут. Остаточную нефть экстрагировали хлороформом, подсушивали в эксикаторе и определяли вязкость с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ-2 (СССР). Отмывание мазута с поверхности колбы проводили ПАВ-биопродуктами, полученными в жидкой ОГМС после 1 сут. В колбу на 250 мл с 50 мл дистиллированной воды вносили 2,8г мазута, стерилизовали, добавляли 25 мл биопродукта и выдерживали 2 сут. на качалке. Затем суспензию сливали, внутреннюю поверхность колб промывали водой и экстрагировали со стенок колбы остаточную нефть троекратно хлористым метиленом. Экстракты объединяли, упаривали на вакуумном роторном испарителе при 40°С, сушили в эксикаторе над СаС12 и определяли их массу. Способность штаммов к деструкции парафинов изучали в процессе роста на МС с парафином (смесь алканов состава от Ci8H38 до С35Н72) в течение 12 сут. По окончании определяли массу остаточного парафина после его отмывания дистиллированной водой и подсушивания в эксикаторе над СаС12 при 40°С в течение 4 сут. Развитие бактерий тестировали по оптической плотности OD (бООнм) и рН. Применение в качестве углеводородного субстрата парафина позволяет получить корректные результаты нефелометрическим методом, т.к. в этом случае в суспензии отсутствуют капли эмульсии углеводорода типа «масло в воде». Визуальный тест на смачиваемость парафинового слоя проводили, прикапывая 15мкл пробы на парафиновый слой, нанесенный на предметное стекло путем натирания. Десорбцию нефти с песка изучали на одинаковых пробах песка с предварительно адсорбированной нефтью. Образцы помещали в пробирки с дистиллированной водой, ПАВ-биопродуктом и 1% бытового моющего средства Fairy, состоящего из синтетических анионных ПАВ (5-15%) и неионогенных ПАВ (менее 5%). После выдерживания в стационарных условиях в течение месяца при комнатной температуре пробы помещали в чашки Петри с дистиллированной водой и проводили визуальную оценку десорбции нефти с песка.

Результаты и их обсуждение 1. Выделение новых природных штаммов углеводородокисляющих бактерий, образующих ЭПС и ПАВ, на селективной углеводород-минеральной среде.

Выделено 64 штамма аэробных сапротрофных углеводородокисляющих бактерий на углеводород-минеральной среде из различных природных местообитаний. По результатам анализа фенотипических признаков они отнесены к родам Rhodococcus, Pseudomonas и Acinetobacter.

Таблица 1

Характеристика выделенных углеводоокисляющих штаммов

Источники проб Количество выделенных чистых штаммов УВО бактерий Количество штаммов ПАВ-образующих бактерий; штамм Количество штаммов ЭПС-образующих бактерий; штамм

Скважинная жидкость из устья скважины № 3539 Вотинского месторождения 3 0 0

Скважинная жидкость из устья скважины № 10587 Аганского месторождения 8 Rhodococcus sp. А 0

Пластовая вода нефтяного месторождения Южно-Пямалияхской площади 3 Rhodococcus sp. SP-OW 0

Вода Черного моря, бухта Сукко 10 0 0

Вода Балтийского моря, г. Светлогорск 8 Pseudomonas sp. WB 0

Вода реки Волги, г. Волгоград 7 0 0

Вода Москва-реки, г. Москва 15 P. aeruginosa RM Mycobacterium sp. 14

Песок около бензоколонки, г. Москва 3 Acinetobacter sp. 15

Старый нефтешлам 3 Pseudomonas sp. OS Mycobacterium sp. 16

Пластовая вода нефтяного месторождения Даган (КНР) 4 0 P. bolearica 47

Активный штамм Pseudomonas aeruginosa RM определен до вида с применением молекулярно-биологических методов ведущим научным сотрудником ИНМИ РАН имени С.Н. Виноградского д.б.н. Т.Н. Назиной. Способность к синтезу ПАВ выявлена у шести штаммов бактерий: трех представителей Pseudomonas, двух Rhodococcus и одного Acinetobacter sp. Два штамма Mycobacterium sp. и штамм P.bolearica 47 продуцируют значительные количества вязких ЭПС (табл. 1).

Полученные результаты согласуются с литературными данными. Известно, что в природных сообществах, как правило, доминирует несколько основных родов бактерий - продуцентов ПАВ, таких как Pseudomonas, Sphingomonas, актинобактерии - в почвах и осадочных породах, Pseudoalteromonas, Halomonas, Alcanrvorax и Acinetobacter - в морских акваториях (Perfumo et al.,2010). Показано, что продуценты ПАВ обитают как в загрязненных, так и не загрязненных углеводородами почвенных и водных экосистемах, где их численность составляет 10-35% от содержания всех аэробных гетеротрофов (Jennings et al., 2000). Известно, что далеко не все бактерии, использующие углеводороды в качестве единственного источника углерода, образуют ПАВ (Walter et al.,2010). Поглощение углеводородов у таких бактерий происходит за счёт гидрофобной поверхности клеток и диспергирования углеводородов (Franzetti et al., 2010). Установлено, что способность к образованию ПАВ характерна для штаммов Pseudomonas; она также проявляется у относящихся к актинобактериям Rhodococcus и представителя Acinetobacter. Это согласуется с литературными данными. Установлено, что штаммы Pseudomonas синтезируют низкомолекулярные ПАВ, являющиеся гликолипидами. Ростовым методом с сафранином показано, что они имеют анионную природу. Из литературы известно, что разные виды Pseudomonas синтезируют внеклеточные рамнолипиды, в структуре которых рамноза этерифицирована жирными кислотами (Muthusamy et al.,2008; Franzetti et al., 2010; Perfumo et al.,2010). Штамм Acinetobacter sp. образует высокомолекулярный ПАВ - экзополисахарид с ПАВ-

свойствами. ПАВ-ЭПС эмульсан образует Acinetobacter venetianus RAG-1 (Perfiimo et al.,2010). К синтезу ЭПС способны практически все известные бактерии, в том числе углеводородокисляющие (Ботвинко, 1985; Sutherland, 2001). Однако получить в лабораторных условиях значительные количества этих полимеров - задача непростая и связана с подбором подходящих условий выращивания продуцентов. Обнаружение в данной работе активных ЭПС - образующих штаммов среди представителей родов Mycobacterium и Pseudomonas согласуется с данными литературы. 2. Изучение физико-химических свойств новых ПАВ-биопродуктов и перспектив их применения для процессов бурения и добычи нефти, о также очистки от нефтезагрязиений.

Показано, что ПАВ-биопродукты снижают поверхностное и межфазное натяжение среды, в том числе при разведении в 10 и 100 раз.

Таблица 2.

Физико-химические свойства новых биоПАВ

Р.aeruginosa RM*

Pseudomonas sp. OS *

Pseudomonas sp.WB*

Acinetobacter др. 15 **

Поверхностное натяжение ПАВ и биопродуктов мН/м;

вода-72 мН/м

29,0

Выделенные ПАВ

34,4

30,4

н.о.

ПАВ-биопродукты

34,4

21,1

54,3

н.о.

56,7

ККМ, мг/л

75,0

160

280

н.о.

Межфазное натяжение ПАВ-биопродуктов, мН/м; октан- 51,0 мН/м,

гексадекан- 40 мН/м

4,0

8,5

41,5

н.о.

С октаном

6,2

5,8

н.о.

Разведения в 10 раз с октаном

10,9

14,4

н.о.

Разведения в 100 раз с октаном

44,8

49,0

н.о.

С гексадеканом

н.о.

4,7

26,3

н.о.

Выход ПАВ, г/л

2,0 - 2,4

0,8

2,0

В,5

н.о.

* ПАВ - гликолипид * * ПАВ - ЭПС; н.о. - не определяли

Величина поверхностного натяжения для выделенного ПАВ P. aeruginosa RM составляет 29,0 мН/м, при этом его ККМ=75мг/л - самая низкая среди исследованных в

работе псевдомонад. ПАВ-биопродукты штаммов Rhodococcus sp. и Acinetobacter sp. 15 оказались менее активны, чем Pseudomonas (табл.2).

Полученные данные согласуются с литературными. Известно, что биоПАВ снижают поверхностное натяжение среды с 72мН/м до 30 мН/м, и их ККМ находятся в широком пределе - от 1 до 2000 мг/л (Bognolo,1999). ККМ характеризует эффективность ПАВ. Чем ниже ККМ, тем более ПАВ подходит для применения в промышленных целях. Наиболее известный биоПАВ, синтезируемый Pseudomonas sp. DSM 2874, снижает поверхностное натяжение между искусственной пластовой водой (состав, г/л: NaCl - 100,0; СаС12 - 28,0; MgCl2 - 10,0) и воздухом до 25-30 мН/м, а его

ККМ = 5-200мкг/л (Syldatk et al., 1984). Значения ККМ растворов био-ПАВ обычно в

10-40 раз ниже, чем ККМ химически синтезированных ПАВ (Назина с соавт., 2003).

Для выяснения локализации биоПАВ исследовали эмульгирующую активность культуры, культуральной жидкости и клеток ПАВ-образующих бактерий в сравнении с активностью катионного ПАВ цетилтриметиламмоний бромида (цетавлон, СТАВ) и синтетического анионного ПАВ сульфонола. Синтетические ПАВ исследовали в концентрации 0,24%, соответствующей максимальному выходу ПАВ P. aeruginosa RM. Биопродукты Pseudomonas и Rhodococcus sp. SP-OW проявляли эмульгирующую активность выше, чем у СТАВ, и немного ниже, чем у сульфонола. Acinetobacter sp. 15 формировал эмульсию, сохранявшуюся после 48ч без дальнейшего расслоения при наблюдении в течение 30 сут.; при этом его эмульгирующая способность была лучше, чем у 0,24%-ного сульфонола. Было показано, что ПАВ-биопродукты Pseudomonas и их культуральные жидкости обладают сходной эмульгирующей активностью, а у клеток она отсутствует. Из этого можно сделать заключение, что ПАВ выделяются в культуральную среду (табл.3).

Известно, что расход синтетических ПАВ для повышения нефтеотдачи пластов обычно составляет 0,2-2г/л нагнетаемой воды. При совместном применении с биоПАВ его можно уменьшить на 25-30% (Perfumo et al., 2010). В нефтегазовой отрасли применяется ПАВ-биореагент КШАС, образуемый P. aeruginosa S-7. Он обладает способностью снижать поверхностное натяжение воды до 30 мН/м, а также проявляет высокую эмульгирующую активность по отношению к жидким парафинам, нефти и маслам. Его Е24 составляет 60-80% (Пат. РФ 2132941). Таким образом, ПАВ новых

штаммов Pseudomonas RM, OS и WB проявляют физико-химические свойства не хуже, чем КШАС. Высокомолекулярный ПАВ Acinetobacter sp.\5 осуществляет эффективное и стабильное эмульгирование гексадекана. По всей вероятности, он подобен применяемому в нефтегазовой отрасли ПАВ-ЭПС эмульсану, образуемому Acinetobacter venetianus RAG-1 (Perfumo et al., 2010).

Таблица 3

Эмульгирующая активность разных ПАВ-биопродуктов и их компонентов, %

Эмульсии, %

Типы ПАВ Е24- 24ч Е48- 48ч

СТАВ 0,24% 13,9 7,6

Сульфонол 0,24% 52,0 50,0

Pseudomonas aeruginosa RM

Культура 11,2 11,0%

Культуральная жидкость 12,0 10,3%

Клетки 0 0%

Pseudomonas sp. OS

Культура 50,6 45,6

Культуральная жидкость 42,5 40,3

Клетки 0 0

Pseudomonas sp. WB

Культура 51,0 49,0

Культуральная жидкость 47,9 45,0

Клетки 0 0

Acinetobacter sp. 15, культура 56,5, 56,0

Rhodococcus sp. SP-OW, культура 27,9 25,3

Несмотря на отсутствие эмульгирующей активности у клеток псевдомонад, было показано, что они адгезируются на каплях гексадекана, причём эта способность выше при выращивании бактерий в среде с н-гексадеканом. Таким образом, у исследованных

штаммов псевдомонад обнаружен двойной механизм поглощения углеводородов -путем эмульгирования выделяемыми в среду ПАВ и диффузией через гидрофобные оболочки клеток. У Rhodococcus sp. SP-OW гидрофобность также была выше при выращивании б среде с н-гексадеканом. Эти факты приводят к предположению, что для повышения эффективности практического применения исследованных ПАВ-биопродуктов их необходимо предварительно активировать в среде с углеводородами. У Rhodococcus sp. А гидрофобность клеток оказалась несколько выше в среде с глюкозой. По-видимому, присутствие в среде углеводородов способствует повышению гидрофобности клеточной поверхности у штаммов с индуцибельным механизмом синтеза гидрофобных соединений и не влияет на этот процесс у штаммов с конститутивным синтезом. При этом гидрофобность клеток P. aeruginosa RM была выше, чем у родококков (табл.4).

Таблица 4

Гидрофобность клеток Pseudomonas и Rhodococcus, %

Штамм Среда с глюкозой Среда с н-С!6Нз4

P.aeruginosa RM 16,3 40,0

Pseudomonas sp. OS 6,4 17,8

Pseudomonas sp. WB з.о 8,3

Rhodococcus sp. A 3,5 2,2

Rhodococcus sp. SP-OW 3,5 30,4

В литературе практически нет сведений о сравнительной гидрофобности клеток различных видов бактерий в содержащих и не содержащих углеводороды средах. Показано, что гидрофобность клеток P. aeruginosa UG2 при выращивании в среде с глюкозой составляет 58%, а в среде с н-гексадеканом - 42%; R. erythropolis DSM 43066 - 14% в среде с гексадеканом и 30% в среде с глюкозой (Noordman et al., 2002). Эти расхождения с результатами данного исследования можно объяснить различием штаммов бактерий, фаз и условий их роста. Например, клетки актинобактерий Gordonia sp. BS29 в начале роста адгезированы к крупным каплям н-гексадекана и

высокогидрофобны, а с его исчерпанием гидрофобность снижается (Ргапгей1 е! а1., 2010).

Технологическое применение ПАВ-биопродуктов

ПАВ-активность может быть связана как с внеклеточными ПАВ-эмульгаторами, так и с гидрофобными клетками-дисперсантами. Она может применяться для снижения поверхностного и межфазного натяжения; изменения смачиваемости пористой породы; эмульгирования нефти; снижения вязкости нефти вследствие частичной окислительной деструкции парафинов.

Новые ПАВ-биопродукты способствуют диспергированию нефти в скважинной жидкости из Аганского и Вотинского месторождения (рис.1 и 2).

Рис.1 Диспергирование нефти в скважинной жидкости из Аганского месторождения Слева направо жонтроль, P. aeruginosa RM, Pseudomonas sp.OS и Pseudomonas sp. WB

Рис. 2 Диспергирование нефти в скважинной жидкости из Вотинского месторождения. Слева направо: контроль, Р. aeruginosa RM, Pseudomonas sp. OS и Pseudomonas sp. WB

Рост микроорганизмов на углеводородах сопровождается образованием ПАВ и адгезией на углеводородах с последующей десорбцией загрязнителей. В этой связи можно предположить несколько направлений применения исследованных ПАВ-биопродуктов, в частности, повышение полноты нефтеизвлечения и улучшение течения

через нефтеносные породы, а также повышение эффективности биоремедиации нефтезагрязнённых экосистем.

Увеличение объёмов нефтедобычи связано с увеличением количества ёмкостей для хранения или транспортировки нефти. ПАВ-биопродукты Pseudomonas spp. способствуют отмыванию ёмкостей от мазута (рис. 3). Помимо этого, была выявлена высокая активность ПАВ-биопродуктов Pseudomonas в снятии адгезии и деструкции мазута с поверхности емкостей, причем наибольшая - у Pseudomonas sp. WB. Остаточное содержание мазута в этом случае было 1,1%, для Pseudomonas aeruginosa RM - 3,0 и Pseudomonas sp. OS - 4,8% при значении в контроле 67,6%.

Рис. 3 Ёмкости с остаточным мазутом. Слева - после обработки Pseudomonas sp. OS, справа - контроль (без ПАВ)

Низкие температуры в процессе добычи нефти приводят к формированию парафиновых отложений около устья скважины и сокращению добычи нефти. Кроме того, эта отложения образуются при транспортировке сырой нефти, что может привести к многочисленным негативным последствиям от сокращения и внутреннего диаметра труб и изменения состава нефти. Традиционные методы очистки от парафиновых отложений включают тепловые, механические и химические методы, однако они энергозатратны, разрушают трубы и высокотоксичны для природы. За последнее десятилетие микробиологические методы стали полноценной альтернативой. Многие бактерии способны расти на парафинах при производстве биоПАВ, которые действуют как диспергирующие и солюбилизирующие агенты и делают парафины более доступными для использования клетками. Таким образом, биопродукты для

очистки от парафиновых отложений выполняют две функции - использование их как источника углерода и смачивание для уменьшения осаждения парафинов (Lazar et al., 1999). Было показано, что три штамма Pseudomonas используют парафины как i источник углерода; деструкция парафина составляет 5,4% для P.aeruginosa RM и по 1,0% для двух других штаммов. При этом Pseudomonas sp. WB проявляет наиболее высокую смачиваемость парафина; у Acinetobacter sp. 15 эта способность не обнаружена (рис. 4). Исследованные биопродукты псевдомонад перспективны для очистки от парафиновых отложений или предотвращения их формирования. Известно, что бактерии, способные использовать парафины, относятся преимущественно к родам Pseudomonas и Bacillus. Деструкцией парафинов штаммами Pseudomonas можно объяснить и изменение вязкости нефти: Р. aeruginosa RM снижал вязкость нефти на 79,0%, Pseudomonas sp. OS - на 68,0%, Pseudomonas sp. WB - на 60,0%.

Рис.4 Смачиваемость парафинового слоя: 1 - контроль (дистиллированная вода), 2 - Pseudomonas aeruginosa RM, 3 - Pseudomonas sp. OS, 4 - Pseudomonas sp. WB, 5 - Acinetobacter sp.\5.

При исследовании десорбции нефти с песка было установлено, что она происходит под действием ПАВ-биопродуктов, причём более полно в случае Р. aeruginosa RM. По всей вероятности, он адсорбируется на песке, пропитанном нефтью. При этом происходит снижение межфазного натяжения между водой и нефтью и между нефтью и песком и вытеснение нефти с песка водой в виде тонкой пленки. Действие синтетических ПАВ более грубое: они сильно снижают межфазное натяжение, что | приводит к формированию крупных нефтяных капель (рис. 5). В применении к вытеснению нефти из песчаных коллекторов можно предполагать, что компоненты

ПАВ-биопродукта с закачиваемой водой мигрируют к углеводородам нефти, постепенно десорбируя их из породы.

Рис. 5 Десорбция нефти с песка ПАВ-биопродуктом Р. aeruginosa RM

Верхний ряд - первый день (слева); через 1 мес. (в центре); пробы песка после 1 мес. в чашке Пегри с водой (справа): 1- дистиллированная вода; 2- ПАВ-биопродукт Р. aeruginosa RM; 3- 1% ПАВ-средства Fairy. В нижнем ряду на фото представлен крупный план опыта в чашках Петри.

По литературным данным положительный эффект дает совместное применение синтетических и био-ПАВ. Так, при изучении процесса нефтеизвлечения было обнаружено, что биоПАВ-рамнолипиды адсорбируются на нефтеносном песчанике, конкурируя с алкилбензолсульфонатом; при этом эффективность вытеснения нефти синтетическим ПАВ повьппается (Perfumo et al., 2010).

Помимо этого, бактерии могут способствовать повышению нефтеизвлечения благодаря образованию газов, что приводит к снижению вязкости нефти и увеличению пластового давления. Было показано, что три штамма Pseudomonas образуют газ в анаэробных условиях, причём наиболее активен Pseudomonas sp. OS.

3. Новые ЭПС-биопродукты.

Аналитическими методами установлено, что основным компонентом вязких культур штаммов Mycobacterium sp. 14, Mycobacterium sp. 16 и Pseudomonas bolearica 47 являются высокомолекулярные кислые ЭПС. В данной работе приведены ' результаты изучения ЭПС-биопродуктов Mycobacterium sp. 16 и Р. bolearica 47.

ЭПС-биопродукт Pseudomonas bolearica 47 Р.bolearica 47 образует внеклеточный высокомолекулярный кислый полисахарид, теряющий вязкость при увеличении скорости сдвига (рис.6).

0,01 0,1 1 10 100 1000 i ГС-

Рис. 6 Динамическая вязкость ЭПС-культур Р.bolearica в сравнении с ритизаном и ксаятаном

Рис. 7 Биопленки комплекса с СТАВ ЭПС-биопродукта Р. Ьо1еагка в виде лент и везикул

Однако он формирует плёнки и везикулы при сшивании поликатионным ПАВ и может применяться для локализации нефтеокисляющих бактерий в составе

биопрепарата с образованием компартментов (рис.7).

ЭПС-биопродукт Mycobacterium sp. 16 Измерение динамической вязкости нативной культуры Mycobacterium sp. 16 показало, что она почти в два раза выше, чем у продуцента коммерческого ЭПС-биопродукта «Ритизан» P. denitriflcans, особенно при низких скоростях сдвига (рис.8). При этом его выход втрое превышал выход ритизана и был около 15,2 г/л.

ЭПС-культура Mycobacterium sp.\6 проявляет высокую стабильность реологических свойств при крайне низком и крайне высоком значении pH (рис.9).

Рис.8 Динамическая вязкость ЭПС-биопродуктов Mycobacterium sp. 16 и P. denitrificans (ритизана)

100000 rggg

90000 Щ 80000 Щ

70000 i§

60000 Щ

с 50000 Щ J.40000 ig 30000 Щ

20000 Щ 10000 р|

МУС! 6 ЭПС

0.01

0.1

Ig-y 1

100

Рис. 9 Динамическая вязкость ЭПС-биопродукта Mycobacterium sp. 16 при крайних значениях pH

ЭПС-биопродукт Mycobacterium sp. 16 достаточно термостабилен при экстремальном воздействии продолжительного прогревания при 100°С. Его динамическая вязкость при низких скоростях сдвига уменьшается лишь

незначительно. Процедура замораживания-оттаивания не сказывается на характере графика вязкости ЭПС-биопродукта Mycobacterium sp. 16 (рис.10).

Таким образом, ЭПС-биопродукт Mycobacterium sp. 16 по реологическим свойствам перспективен для применения в отрасли.

МУС16ЭПС ^

юоооо

90000 80000 70000 «" 60000 С 50000 2-40000 30000 20000

10000I

__0Ю1 0.1 lg у 1 10 100

Рис.10 Влияние нагревания и замораживания-оттаивания на динамическую вязкость ЭПС-биопродукта Mycobacterium sp. ¡6

Известно, что условия культивирования, а также изменение состава среды могут привести к изменению состава экзополисахаридов (на уровне неуглеводных заместителей и степени полимеризации) и, следовательно, их реологических свойств (Ботвинко, 1985). Поэтому в качестве метода оценки свойств Ритизана использовали реологические методы. Более того, в процессе проведенного исследования было установлено, что измерение динамической вязкости является информативным экспресс-методом тестирования синтеза ЭПС-биопродуктов бактерий, в то время как традиционные для биотехнологии ЭПС колориметрические методы оказались неприменимы для исследования вследствие затруднения процесса гидролиза гликозидных связей этих высоковязких сильно структурированных полимеров.

В составе новой среды значительно уменьшена концентрация КОН и КН2Р04 и заменён источник азота с NH4N03 на NH4C1 во избежание потери азота вследствие денитрификации (восстановления N03" в N2). Увеличено содержание глюкозы и уменьшено количество витаминной добавки - дрожжевого экстракта. Показано, что динамическая вязкость биопродукта возрастает при уменьшении концентрации КОН и

МУС16 ЭПС

КН2Р04, а также снижении количества дрожжевого экстракта и повышении содержания глюкозы. Из литературы известно о стимуляции синтеза ЭПС бактерий при увеличении пропорции С/И (Ботвинко, 1984). Установлено, что этанол и пантотеновая кислота индифферентны в отношении биосинтеза ЭПС. ЭПС накапливается в среде параллельно росту бактерий с максимальной скоростью между 22 и 24ч. При этом выход полимера стабилен и составляет около 5г/л.

В результате модификации классической среды был предложен новый состав среды для получения н-Ритизана, г/л: КН2Р04 - 1,0; КОН - 0,37; МН4С1 - 0,8; КС1 - 1,4; Мя804х7Н20 - 0,4; СаС12хН20 - ОД; Ре804х7Н20 - 0,01; дрожжевой экстракт - 0,2%; глюкоза -2%; без пантотеновой кислоты и этанола. Динамическая вязкость н-Ритизана выше, чем у к-Ритизана, особенно при малых скоростях сдвига (рис.11).

80000 70000 60000 "50000 С 40000 =30000

чя» яа -га** ашгаФ«^

- ^ р я -„•-•» шфт г .. Г'-^У"

0.01 0.1 ^у

Рис.11 Динамическая вязкость н-Ритизана и к-Ритизана

Таким образом, в результате проведенного исследования усовершенствован ЭПС-биопродукт «Ритизан» путем модификации состава среды для его получения. Экономический эффект модификации среды составил 58,8% из-за снижения расходов на её компоненты. Удешевление и улучшение его реологических свойств позволяют надеяться на более широкое практическое применение этого ценного натурального биополимера, образуемого непатогенным штаммом бактерий, в нефтегазовом комплексе. Сходство его по химической природе с эмульсаном - ЭПС с поверхностно-активными свойствами и углеводородокисляющая активность определяют перспективность его применения также для биоремедиации нефтезагрязнённых экосистем.

Основные выводы

1. С целью получения экологических чистых биопродуктов для процессов бурения и добычи нефти, а также биоремедиации нефтезагрязненных экосистем выделено 64 новых природных штамма У ВО бактерий и создана их коллекция. Из них три штамма Pseudomonas sp. синтезируют ПАВ гликолипидной природы, три штамма (один Pseudomonas sp. и два Mycobacterium sp.) продуцируют кислые высокомолекулярные ЭПС и один - Acinetobacter sp. образует ЭПС с ПАВ-свойствами.

2. Установлено, что ПАВ трех штаммов Pseudomonas выделяются в среду и обладают высокой поверхностной активностью. Выход - около 2г/л. Свойства ПАВ Р. aeruginosa RM не зависят от концентрации NaCl в интервале от 0 до 350 г/л и pH от 5 до 13. Acinetobacter sp. 15 и Rhodococcus sp. SP-OW проявляют хорошую эмульгирующую активность. Продемонстрированы два механизма диспергирования гексадекана биопродуктами Р. aeruginosa RM и Rhodococcus sp. SP-OW - с помощью ПАВ и гидрофобных клеток.

3. Показано, что ПАВ-биопродукты штаммов Pseudomonas можно применять для эмульгирования и снижения вязкости нефти, а также для очистки технологических емкостей и труб от парафиновых отложений. Биопродукт Р.aeruginosa RM перспективен для десорбции нефти из песка, что можно использовать для повышения нефтеизвлечения из песчаных коллекторов и для биоремедиации песчаных берегов при нефтеразливах.

4. Новый ЭПС-биопродукт Pseudomonas bolearica 47 образует комплекс с катионным ПАВ и может применяться как основа препарата для биосчистки от нефтезагрязнения. Новый высоковязкий ЭПС-биопродукт Mycobacterium sp. 16 обладает стабильными реологическими свойствами при крайних значениях pH и температуры. Выход - около 15г/л. Его можно рекомендовать к применению в качестве биополимерной добавки для процессов бурения и нефтедобычи.

5. Ритизан, полученный на новой среде, проявляет стабильные реологические свойства и высокую динамическую вязкость, превышающую вязкость классического ритизана в 2,5 раза при малых скоростях сдвига. Стоимость среды снижена на 58,8%.

Список работ, опубликованных но теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Сохань Т.С., Чжан Данянь, Ботвинко И.В. и Нетрусов А.И. Поиск новых бактериальных экзополисахаридов для нефтегазового комплекса // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2008, №5, с. 62-64.

2. Чжан Данянь, Ботвинко И.В., Винокуров В.А. и Егоров Н.С. Новый экзополисахаридный биопродукт Mycobacterium sp. для нефтяной отрасли // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2011, №5, с. 23-27.

3. Винокуров В.А., Ботвинко И.В., Чжан Данянь, Кондрашова Т.С. и Гапченко A.A. Натуральный экзополисахаридный биопродукт Ритизан с улучшенными реологическими свойствами //Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе 2011, №9, с .tf-if.

4. Чжан Данянь, Ботвинко И.В. и Винокуров В.А. Новые углеводородокисляющие штаммы бактерий - продуценты практически ценных ПАВ // Экология и промышленность России, 2011, № 11 (в печати).

Другие публикации:

1. Винокуров В. А., Ботвинко И. В., Барков А. В., Сребняк Е. А., Фролова М. А., Никитин Д. А., Коканина А. А., Арапов К. А., Татаринов А. М., Новиков А. А., Котелев М.С., Бородина О.М., Чжан Данянь. Биотехнологические альтернативы традиционным технологиям в нефтегазовой отрасли //Сборник трудов РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, вып. 2,224с. - М.: РГУ, 2009, с. 60-75.

Тезисы докладов:

1.Чжан Данянь. Поиск и тестирование реагентов микробного происхождения для нефтеотдачи //16 Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2009", Москва,13 - 18апр 2009, Тез. конф., 344с. -М.:МАКС Пресс, 2009, с. 176.

2. Чжан Данянь. Новое поверхностно-активное вещество из бактерий // 17 Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2010", Москва,12-15 апр2010, Тез. конф., 324с. - М.:МАКС Пресс, 2010, с. 191.

3. Чжан Данянь. Новые биотехнологические продукты для нефтяной отрасли // Сборник материалов 1 Российского нефтяного конгресса, Москва, 14-16 мар 2011, Тез. конф. 272с. М.: ЦМТ, с. 270.

4. Zhang Danian. Microbial Production of New Surfactants and Polysaccharides for Enhanced Oil Recovery // 2nd Annual World Congress of Petroleum Microbiology (WCP-2011), China, April 25-27,2011.

Подписано в печать: 30.08.2011

Заказ № 5823 Тираж -130 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Чжан Данянь

Введение .3

Обзор литературы .6

Глава 1 Поверхностно-активные вещества микроорганизмов.6

1.1 Низкомолекулярные биоПАВ .12

1.2 Высокомолекулярные биоПАВ .26ч

Глава 2 Экологические функции биоПАВ, ценные для использования в процессе нефтеотдачи и защиты окружающей среды .30

2. 1 Низкомолекулярные биоПАВ .32

2. 2 Высокомолекулярные биоПАВ .35

1 Глава 3. Влияние условий биотехнологического процесса на синтез и выход ПАВ* .36

Глава 4 Применение биоПАВ бактерий в нефтедобывающей отрасли .40

4.1 Преимущества биоПАВ перед химическими реагентами.40

4.2 Использование биоПАВ для повышения нефтеотдачи пластов .41

4.3 Применение биоПАВ для повышения биодеградации нефти и нефтепродуктов.47

Глава 5 Экзополисахариды микроорганизмов .53

Глава 6 Экологические функции ЭПС, ценные для использования < в процессе нефтеотдачи« и защиты окружающей среды .58

1 Глава 7 Влияние условий биотехнологического процесса на синтез и выход ЭПС .62

Глава 8 Применение ЭПС бактерий в нефтедобывающей отрасли .73

8.1. Преимущества биополимеров перед химическими реагентами .73

8.2 Использование ЭПС для процессов бурения и добычи нефти.75

Экспериментальная часть .77

Глава 1'Объекты и методы исследования .77

1.1'Выделение, культивирование и определение штаммов-.77

1.2 Определение углеводородокисляющей активности»культур.82

1.3 Обнаружение ПАВ новых штаммов и исследование их физико-химических свойств и химической природы .83

1.4 Обнаружение ЭПС новых штаммов и исследование их реологических свойств ихимической природы.89

1.5 Модификация среды для получения ЭПС-биопродукта «Ритизан» .92

Глава 2 Результаты.экспериментов.93

2.1.Новые ЭПС и ПАВ биореагенты природных штаммов

§ углеводородокисляющих бактерий .93

I 2.2 Физико-химические свойства ПАВ-биопродуктов .96

2.3 Реологические свойства ЭПС-биопродуктов .107

2.4>Реологические свойства Ритизана на новой среде .117

Обсуждение результатов.130

Выводы .139

Введение Диссертация по биологии, на тему "Новые биотехнологические продукты для процессов бурения и добычи нефти"

Актуальность работы. Разработка нефтяных богатств постепенно приводит к их истощению, увеличению доли трудноизвлекаемых запасов (ТИЗ) нефти и обводненности добываемой продукции. Средний проектный КИН месторождений России сейчас составляет около 30% и постепенно снижается. Перспективным путем решения проблем повышения нефтеотдачи истощённых пластов и добычи ТИЗ заключается в применении новых реагентов — продуктов биотехнологий. Растет интерес к микробиологическим методам обеспечения процесса нефтедобычи, т.к. они требуют малых вложений капитала, высокоэффективны, безопасны для среды обитания и их можно использовать на нефтяных месторождениях с разными геологическими и физико-химическими параметрами.

Биотехнологии в области повышения нефтеотдачи применяются в двух направлениях. Во-первых, это производство биомассы и продуктов метаболизма микроорганизмов на поверхности с последующей закачкой в пласты по известным технологиям. Эти методы основаны на улучшении нефтевытесняющих свойств закачиваемой в пласт воды за счет таких соединений, как поверхностно-активные вещества (ПАВ), полимеры, растворители, кислоты и газы. Второе направление, получившее широкое распространение в нефтяных регионах Урала и Поволжья, предусматривает активизацию микробиологических процессов и образование микробных метаболитов непосредственно в пласте, как за счет деятельности пластовой микробиоты, так и внесенной в пласт (Беляев с соавт., 2004).

Микроорганизмы могут влиять на вытеснение нефти посредством ряда механизмов: образования кислот, растворяющих вмещающие породы и увеличивающих пористость и проницаемость; образования газа, ведущего к снижению вязкости нефти, увеличению пластового давления и растворению матрикса; образования растворителей, непосредственно участвующих в экстракции нефти или в качестве ко-сурфактантов, снижающих межфазное натяжение и увеличивающих подвижность нефти; образования ПАВ, биополимеров и других соединений, эмульгирующих нефть, снижающих ее вязкость и межфазное натяжение на-границе нефть-вытесняющего флюида; образования микробной биомассы,, вызывающей эмульгирование нефти, изменяющей смачиваемость пород. Поэтому новые штаммы, которые продуцируют биопродукты для нефтеотдачи, вызывают большой интерес у исследователей. Эти вещества отличаются большим разнообразием, нередко уникальностью состава и структуры. Всё это расширяет сферу их потенциального применения в нефтегазовой отрасли.

Используемые в настоящее время в качестве загустителя закачиваемой воды при полимерном заводнении синтетические полимеры ряда полиакриламида недостаточно эффективны, при этом продукты их деструкции экологически небезопасны. Перспективно применение микробных экзополисахаридов (ЭПС), дающих высоковязкие растворы в широком диапазоне физико-химических факторов среды. Первый ЭПС — ксантан применяется в нефтедобывающей отрасли уже в течение четырех десятилетий, также используют эмульсан, БП-92, однако список ЭПС реагентов невелик. Поиск ЭПС-биопродуктов по-прежнему актуален, особенно в связи с большим разнообразием условий нефтяных месторождений и соответственно с потребностью в широком наборе высокотехнологичных реагентов.

Поверхностно—активные вещества, полученные химическим синтезом, используются в различных отраслях сельского хозяйства, медицины, промышленности, включая добычу и переработку нефти, а также биоремедиацию нефтезагрязненных экосистем. По сравнению с химически полученными ПАВ, биоПАВ имеют лучшую совместимость с окружающей средой, высокое пенообразование, селективность и специфическую активность при повышенных температурах, рН и солености. Помимо этого, они биодеградабельны и нетоксичны (Вапа1;, 1995; Назина с соавт., 2003).

1. Выделение новых природных штаммов углеводород окисляющих бактерий, образующих ЭПС и ПАВ, на селективной углеводород-минеральной среде.

3.Улучшение реологических свойств разработанного ранее ЭПС-биопродукта «Ритизан» за счёт модификации среды для его получения.

Обзор литературы Глава 1 Поверхностно-активные вещества микроорганизмов

ПАВ представляют собой важный класс веществ, которые широко используются на практике во всех отраслях современной промышленности. Но синтетические ПАВ проявляют высокую токсичность, низкую способность к биологическому разложению и эффективность в узком диапазоне рН и температур, поэтому возник интерес к ПАВ, которые производятся микроорганизмами - биоПАВ. Это экологически чистые вещества, эффективные в широком диапазоне рН и температуры. Помимо снижения поверхностного и межфазного натяжения, биоПАВ проявляют антибактериальную и антигрибную активность, могут применяться для очистки почв, сорбции металла и биодеградации нефти (Ollivier and Magot, 2006).

БиоПАВ побразуются микроорганизмами, населяющими воды (морские, пресные, подземные), почвы, грунты, донные отложения, осадочные породы. Они синтезируются в экстремальных условиях (например, в емкостях для масла), и процветают в широком диапазоне температур, значений pH и солености. Они также выполняют физиологические роли, не связанные с солюбилизацией гидрофобных загрязнителей; это антимикробная активность, образование биопленок или процессы движения и колонизации поверхностей (Van Hamme et al., 2006). Как правило, в бактериальных популяциях доминирует несколько основных родов, таких как Pseudomonas, Bacillus, Sphingomonas и родов актинобактерий в почвах и осадочных породах и Pseudoalteromonas, Halomonas, Alcanivorax и Acinetobacter в морских экосистемах.

БиоПАВ являются амфифильными молекулами. В их состав входит гидрофильная часть, состоящая из аминокислот или пептидов, анионов или катионов, MOHO-, ди- или полисахаридов, и гидрофобная часть из ненасыщенных или насыщенных жирных кислот (Banat, 1995 ).

Классификация микробных биоПАВ

Химически синтезированные ПАВ классифицируют в зависимости от характера их полярной группировки, биоПАВ - главным образом по химическому составу и происхождению (табл. 1).

Таблица 1

Классификация микробных биоПАВ (Вапа1, 1995)

БиоПАВ Штаммы Поверхностное натяжение (мн/м) ККМ

Гликолипиды рамнолипиды P. aeruginosa 29

Pseudomorms sp. 25-30 0,1-10 трегалозолипиды R. erythropolis

N. erythropolis 32-36 4

Mycobacterium sp. 38 0,3 софоролипиды T. bombicola 33

T. apicola 30

T. petrophilum целлобиолипиды U. zeae, U. maydis

Липопептиды и 27 12-20 липопротеины 27-32 23-160 лихениформин B. licheniformis 30 150 сераветин S. marcescens вискозин P. fluorescens сурфактин B. subtills субтилизин B. subtills грамицидины B. brevis полимиксины B. polymyxa 30 150

Жирные кислоты, нейтральные липиды и 32 фосфолипиды жирные кислоты C. lepus нейтральные липиды N. erythropolis фосфолипиды T. thiooxidans

Полимерные ПАВ эмульсан Ä. calcoaceticus биодисперсан Ä. calcoaceticus 27 10 маннан-липид-протеин C. tropicalis липозан C. lipolytica углевод-протеин-липид P. fluorescens

D. polymorphis протеин РА P. aeruginosa

Дисперсанты везикулы и фимбрии A. calcoaceticus целые клетки многие бактерии

Микробные ПАВ могут быть разделены на две основные группы (№и е1 а1., 1996). В первую входят низкомолекулярные, называемые собственно биоПАВ или биосурфактантами, такие как гликолипиды (глюколипиды, рамнолипиды, трегалозолипиды, софоролипиды) и липопептиды (сурфактин, стрептофактин, полимиксин, грамицидин). Ко второй относят высокомолекулярные соединекния, называемые эмульсанами (Rosenberg and Ron, 1998), или биоэмульгаторами (Perfumo et al., 2010) и представленные полисахаридами, липополисахаридами, протеинами, липопротеинами и их комплексами (Назина с соавт., 2003). Первая группа включает молекулы, которые эффективно снижают поверхностное и межфазное натяжение. Вторая группа объединяет полимеры, которые более эффективны для стабилизации эмульсий типа «масло в воде» (Rosenberg and Ron, 1998; Perfumo et al., 2010).

Известные биоПАВ

Если с увеличением концентрации вещества поверхностное натяжение на границе раздела фаз понижается, то такое вещество называют поверхностно-активным. Термин "поверхностно-активные вещества" обычно применяют к специфическим веществам, обладающим очень большой поверхностной активностью по отношению к воде (Фролов, 1982). По способности к диссоциации в водных растворах поверхностно-активные вещества делят на ионогенные и неионогенные. В свою очередь ионогенные ПАВ подразделяют на анионные, катионные и амфолитные (амфотерные).

Анионные ПАВ диссоцируют в воде с образованием поверхностно-активного аниона. К ПАВ этого типа, составляющего большую часть мирового производства всех синтетических поверхностно-активных веществ, относятся:

1). Карбоновые кислоты и их соли (мыла) с общей формулой R-COOM (где

М-металл), например, пальмитат натрия С^Нз^ООЫа.

2). Алкилсульфаты ЯС^ОгОМ.

3). Алкиларилсульфонаты Б^АгБОгОМ.

4). Вещества, содержащие другие типы поверхностно-активных анионов, например, фосфаты, тиосульфаты.

Катионные ПАВ диссоцируют в воде с образованием поверхностно-активного катиона. К катионным ПАВ относятся:

1). Соли первичных, вторичных и третичных алифатических и ароматических аминов.

2). Соли алкилзамещенных аммониевых оснований.

Амфолитные ПАВ содержат две функциональные группы, одна из которых кислая, другая - основная. В зависимости от рН среды амфолитные ПАВ проявляют анионактивные или катионактивные свойства:

ИЧН(СН2)пСОО- ^очнвяудд ямН(СН2)пСООН к«ислая сРеДа КЫ+Н2(С112)пСООИ

Неионогенные ПАВ не диссоцируют в растворах на ионы. Неионогенные ПАВ получают путем присоединения этиленоксида к спиртам, карбоновым кислотам, аминам, алкилфенолам и другим соединениям (Фролов, 1982).

В настоящее время в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту широко используются синтетические ПАВ различных типов (рис.1).

SOj* Ив*

Sodium docfecyl suffat«

-сн, »r

CetyttrirnelhyJammortiurn bromtde

N-Dod*eyl-N,N-dimethyf-ommonfo-rj-propy.'tuifonat«

Synperonic* F-108

•(•US, b-4B

Рис. 1 Строение синтетических ПАВ (Neu et al., 1996) В нефтяной области для увеличения нефтеотдачи применяется заводнение с участием ПАВ - «сурфактантное заводнение» и микроэмульсионное. В качестве ПАВ на месторождениях Европы и Америки широко используют химически синтезированные сульфонаты (Беляев с соавт., 2004). Это соли сульфокислот - органические соединения, содержащие одну или несколько групп SO3M, где М - обычно катион металла, аммоний или замещенный аммоний. Сульфонаты-анионные ПАВ, широко используемые в производстве технических поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств. Наибольшее практическое значение имеют ал кил-бензол сульфонаты, алкансульфонаты, лигносульфонаты, нафталин-сульфонаты, алкенсульфонаты, соли сульфокарбоновых кислот (Зефиров,

Однако, производство и применение синтетических ПАВ, даже

1988). биоразлагаемых, экологически вредно. Многие вопросы могут быть разрешены путем замены синтетических ПАВ на биоПАВ. Большинство биоПАВ - анионного типа. Было показано, что эффективный биоПАВ рамнолипидной природы в 100 раз эффективнее для увеличения нефеотдачи, чем алкилбензилсульфонат и повышает растворимость углеводородов в 20 раз по сравнению с синтетическим (Thangamani et al., 1994; Ollivier and Magot, 2005).

1.1 H и з ко м оj i e кул ирные биоПАВ 1.1.1 Гликолипиды

Наиболее изучены гликолипиды, выделяемые продуцентами в больших количествах и состоящие из одной или нескольких молекул липида, связанных с одной или двумя молекулами углевода. Они представлены глюколипидами, рамнолипидами, трегалозолипидами и софоролипидами.

Глюколипиды

Гликолипиды представлены различными углеводами, содержащими длинные цепи жирных кислот или гидроксижирных кислот. Морской штамм бактерий Alcaligenes sp. образует глюколипид, содержащий четыре остатка [3-гидроксидекановой кислоты, связанных друг с другом эфирными связями (рис. 2). Alcanivorax borkumensis также синтезирует анионный глюколипид с тетрамерной оксиацильной боковой цепью (рис. 3).

Рис. 2 Структура гликолипида из Alcaligenes sp. (Poremba et al., 1991)

Рис.3 Структура глюколипида из Alacnivorax borkumensis (Abraham et al., 1998)

Целлобиолипиды Представитель базидиальных грибов Ustilago mayáis образует биоПАВ, состоящие из производных двух классов амфипатических гликолипидов (рис.4). Устилагиновые кислоты представляют собой целлобиозолипиды, в которых дисахарид присоединен О-гликозидной связью к 15,16-дигидрогексадекановой кислоте. Устилипиды - это ацилированные единицы Р-маннозилэритрита.

FUHarOH си j (CSHiV

И0—i CK, J о

Ustilipid (Mannosylefythntol lipid)

Рис. 4 Химическая структура устилагиновой кислоты и устилипида Ustilago maydis (Hewald et al., 2005)

Рамнолипиды

Рамнолипиды являются самыми известными биоПАВ и наиболее изученными. Они характерны для псевдомонад. Так, P. aeruginosa синтезирует 4 типа внеклеточных рамнолипидов (табл. 2), которые состоят из одной или двух остатков рамнозы и одного или двух остатков р-гидроксидекановой кислоты (рис. 5).

Таблица 2

Типы и структуры рамнолипидов P. aeruginosa

Тип рамнолипидов R1 R2 название

RhaClOCIO H ß-гидроксидекановая кислота R1

RhaCIO H H R2

Rha2C10C10 a-L-рамноза ß-гидроксидекановая кислота R3

Rha2C10 a-L-рамноза H R4

Ярвис и Джонсон впервые обнаружили ß-гидроксидекановую кислоту в составе рамнолипидов P. aeruginosa No. 141, образуемых с выходом

40-50% (Jarvis and Johnson, 1949). Эдварде и Хаяши методами периодатного окисления и метилирования доказали связь между двумя рамнозами по типу R3 (Edwards and Hayashi, 1965). о

0 о—CK — сн,— с— о— см — ск,—соон / | | си, он, он он 1

Rhtnmoiifrid 1 п о — си — сн, — соон

НО И-\| , ^ xiLz

J^^i си, ои он

Rhamnolipid 2 о о—сн—си» —с —о-си-он,—ооон wЛ \| | | сп' у «СИ* ICH*

П «ь но и-? Rhamnolipid 3 W

1 Г -о o-w-CH.-COOH

04 ои "S/CT^ \J I «СИЛ х. У |

IhI

У£Г\J Rhamnoltpjd 4 v7

OH OH

Рис. 5 Структуры рамнолипиды R1, R2, R3 и R4 из Р. aeruginosa (Kosaric et al., 1987)

Ито и соавторы определили структуру R1 и показали, что он состоит из 1 остатка a-L-рамнозы и 2 остатков ß-гидроксидекановой кислоты (Itoh et al., 1972). R1 образуется с выходом 20-30% при культивировании Р. aeruginosa KY 4025 в селективной среде с 10% парафина при 30°С в течение 55 ч. Силдатк с соавторами обнаружили R2 и R4 при росте Pseudomonas sp. DSM

2874 в селективной среде с NaCl при 30°С (Syldatk et al.,1985).

Кроме того, существуют и другие типы рамнолипидов. Ямагучи обнаружил два рамнолипида - RA и RB при росте Pseudomonas sp. в селективной среде с 5% парафина при 30°С в течение 5 сут. (рис.6).

Рис. 6 Рамнолипиды при росте Pseudomonas sp. RA (слева) и RB (справа); (Yamaguchi et al., 1976)

Рамнолипиды из Pseudomonas sp. снимают поверхностное натяжение между воздухом и водой с 72 мн/м до 25-30 мн/м и между н-гексадеканом и водой с 40мн/м до 1мн/м, критическая концентрация мицеллобразования (ККМ) равна 5-200мкг/л, эмульгируют рамнолипиды лучше, чем химический эмульгатор Tween 60 (Banat, 1995). Гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) эмульгаторов рамнолипидов Pseudomonas sp. равен 22-24, что объясняет их способность увеличивать растворимость (Zhang Tiansheng, 2005). ГЛБ=Е(ГЛБ)г-Х(ГЛБ)л+7, где ЦГЛБ)г - сумма числа всех гидрофильных групп; И(ГЛБ) л - сумма числа всех гидрофобных групп (Фролов, 1982). ГЛБ используются в качестве индексов для биоПАВ деятельности (Denger and Schink, 1995). Значение ГЛБ указывает на тип эмульсии - прямая («масло в воде») и обратная («вода в масле»). Для получения устойчивых прямых о О

RhamnollpMA он о

СрСН=СН-{СН2)в-СН3 о эмульсий используют ПАВ с числами ГЛБ от 10 от 16, для получения обратных эмульсий - от 3-5 (Фролов, 1982).

Трегалозолипиды

Трегалозолипиды состоят из невосстанавливающего дисахарида трегалозы, связанного по С-6 и С-6' с миколовой кислотой С30-С90. Различные типы трегалозолипидов образуются бактериями родов Mycobacterium, Rhodococcus, Arthrobacter, Nocardia, and Gordonia (Banat, 1995). У представителей Rhodococcus трегалозолипиды находятся в состав клеточной стенки и частично в свободном виде в форме эфиров трегалозы с миколовыми кислотами (табл. 3) (Franzetti et al., 2010).

Штамм Rhodococus erythropolis DSM 43215 синтезирует связанный с клеточной стенкой трегалозомонокориномиколат в среде с н—алканами. Рапп с соавторами и Кречмер методами ЯМР- и масс-спектроскопии определили его структуру (рис. 7). он

СИЛ, сн, ltt + п » 27 ЮЗ!

Рис.7 Трегалозомонокориномиколат Rhodococus erythropolis DSM 43215

Яарр et а1., 1979; Кг^всИтег е1 а1., 1982)

Ристау и Вагнер выделили из Якойососж егуЖгороШ в среде сСм-С15 н-алканами анионный трегалозотетракориномиколат, выход которого может быть более 70%, взависимости от условий (рис. 8). main component R)=0C(CH2)r}CH3 m « 5 - 9 m = 6 end oc(chz)2cooh

2=0С(СНг)пСН3 n - 5 - 9 n = 8

Рис.8 Трегалозотетракориномиколат штамма Rhodococus erythropolis DSM 43215 (Ristau and Wagner, 1983)

Таблица 3

Основные гликолипиды представителей рода Rhodococcus (Franzetti et al., 2010)

Штамм ПАВ Субстрат Форма ПАВ

R. erythropolis трегалозоди-кориномиколаты н-алканы связанный с клеткой

R. erythropolis DSM 43215 трегалозоди-и моно- кориномиколаты С14-С15 н-алканы или керосин внеклеточный (70%)

Rhodococcus sp. H13-A гликолипиды н-алканы и жирный спирт связанный с клеткой и внеклеточный

R. erythropolis Sl глюкомономиколат трегалозо-мономиколат и димиколаты трегалозо-мономиколат глюкомономиколат трегалозо-димиколат связанный с клеткой

R. ruber трегтрегалозоди-номкориномиколаты углеводороды связанный с клеткой

R. erythropolis EK-1 трегалозомоно- и ди кориномиколат этанол внеклеточный

R. erythropolis трегалозо-2,2',3,4-тетраэфир н-алканы связанный с клеткой

R. erythropolis MS11 трегалозотетраэфир с янтарной и декановой кислотой н-гексадекан внеклеточный

R. wratislaviensis BN38 трегалозотетраэфир н-гексадекан связанный с клеткой

R. erythropolis сукцинил-трегалозолипиды н-гексадекан внеклеточный

R. erythropolis SD-74 сукцинил-трегалозолипиды н-гексадекан внеклеточный

R. erythropolis ATCC 4277 биоПАВ глицерин связанный с клеткой

R. erythropolis 3C-9 трегалозолипиды н-гексадекан связанный с клеткой

Кречмер и Вагнер выяснили, что синтез трегалозолипида R. erythropolis индуцируется н-алканом (Franzetti et al., 2010). Большинство трегалозолипидов из различных микроорганизмов связаны с клеточной стенкой клетки. Поэтому клеточная стенка позволяет высокую гидрофобность, благодаря чему бактерии поглощают капли масла и твердые углеводороды и далее их окисляют (Bouchez-Naitali et al., 2001; Van Hamme et al.,2003.) Микроорганизмы регулируют гидрофобность клеточной стенки в зависимости от уровня синтеза трегалозолипида (Ron et al., 2001).

Трегалозолипиды заслужили повышенный интерес благодаря их потенциальному применению в ряде областей в связи со способностью хорошо снижать поверхностное натяжение. Наиболее заманчиво их применение в технологиях биоремедиации благодаря повышению доступности углеводородов. Трегалозолипиды синтезирует и родственный родококкам АпкюЬаМег яр. 1 (рис. 9). ж Ь се»

R = OC(CHj)«CUi ii5 - 6-12 m+n = 27-31

Рис. 9 Структуры тетраэфира трегалозы (а) и диэфира трегалозы (Ь) из Arthrobacter sp. SI 1 (Maneerat et al., 2005)

Софоролипиды

Софоролипиды образуются главным образом дрожжами, такими как Candida bombicola (также известный как Torulopsis bombicola), Centrolene petrophilum, Candida apicola и Rhodotorula bogoriensis (Banat et al., 2010). Эти биоПАВ представляют собой смесь из 6-9 остатков софорозы P-D-Glc-(1^2)-D-Glc, соединенными с различными гидрофобными фрагментами (Gorin, 1961;Kosaric et al., 1993). Candida (Torulopsis) bogoriensis синтезирует глюколипиды, в которых софороза связана с диацетатом докозановой кислоты рис. 10). Софоролипиды сильно снижают поверхностное натяжение и не эффективны как эмульгаторы. Так, лактонные и кислые софоролипиды снижают межфазное натяжение между н-гексадеканом и водой с 40 до 5 мН/м и демонстрируют поразительную стабильность при изменении рН и температуры.

Рис. 10 Структуры лактонного и кислого софоролипидов из Torulopsis bogoriensis (Tulloch et al., 1968) 1.1.2 Липопептиды

Вторая большая группа микробных биоПАВ представлена липопептидами, которые синтезируются в большом разнообразии представителями родов Pseudomonas и Bacillus. Благодаря своей исключительной способности взаимодействовать с клеточной мембраной, липопептиды хорошо известны как противомикробные препараты

1 R, *= r2 =* Ас, R = К

2 Ra = Ас» Ri = R = Н

3 R - Rt - R» «в Ас

4 Rx = R3 = Ас, R =* PhNCO снг

СН2)М

Krishnaswamy et al., 2008).

Сурфактин

Арима первым открыл биоПАВ-липипептид у Bacillus subtilis -сурфактин Арима (рис.11). Он является одним из самых высококачественных биоПАВ и снимает поверхностное натяжение с 72 до 27,9 мН/м при низких концентрациях около 0,005% (Arima et al., 1968; Banat, 1995). Благодаря особому строению, бациллярный сурфактин является отличным пенообразователем и снижает поверхностное натяжение между водой и h-Ciö до величины 0,01мН/м (Perfumo et al., 2010). шадап

Рис. 11 Структура сурфактина Арима Штаммы В. subtilis образуют липопептиды и другого строения (рис.12 ).

Рис.12 Структуры липопептидов В. subtilis R14: итурин А - вверху; бациломицин L - внизу ( Antonio José et al., 2009)

Липопептиды Bacillus в основном представляют собой молекулы, где циклический кор пептида связан с хвостом жирных кислот. Существуют многочисленные варианты и изоформы в зависимости от числа (7-10), типа и последовательности аминокислотных остатков, характера и типа циклизации пептида, длины жирных кислот (Cb-Cis) и ветвления цепи (Ongena and Jacques, 2008).

Активность липопептидов зависит от их структурных компонентов, например, типа гидрофильных и гидрофобных групп и их пространственной ориентации (Ron et al., 2001; Noha et al., 2005). Небольшие изменения, даже на уровне одной аминокислоты, могут оказать значительное влияние на общее поведение молекулы в связи с изменениями гидрофильно-гидрофобного баланса (Ron et al., 2001). Так, изменение в сурфактине аминокислоты в положениях 2, 4 и/или 7 на более гиброфобные остатки приводит к увеличению поверхностной активности и снижению ККМ (Peypoux et al., 1994; Bonmatin et al., 1995; Stachelhaus et al., 1995; Noha et al., 2005).

Кроме того, липопептиды могут модулировать бактериальную гидрофобность. Было высказано предположение, что липопептиды могут адсорбироваться на поверхности клеток благодаря тому, что циклический пептид (гидрофильные) или жирные кислоты на конце хвоста (гидрофобные) изменяют поверхностные свойства в сторону усиления гидрофильности или гидрофобности в ответ на конкретные условия среды (Ahimou et al., 2000).

Другие липопептиды Липопептиды из Bacillus более используют в медицинской области (Vater, 2002). Кроме сурфактина Bacillus subtilis, это лихениформин, полимиксин, грамицидин (рис.13) - липопептиды из В. licheniformis, polymyxa и В. brevis. Эти липопептиды широко известны как антибиотики (Naruse et al., 1990; Yakimov et al., 1995; Grangemard et al., 2001).

Рис.13 Структуры грамицидина С Bacillus brevis (Егоров, 1994) Кроме Bacillus, липопептиды образуют и другие бактерии. P. rubescens и Thiobacillus thiooxidans синтезируют орнитин-содержащие липиды (Banat, 1995). Gluconobacter cerinus IFO 3267 образует липид, содержащий орнитин и таурин (Banat, 1995). Различные бактерии образуют липопептиды, включающие остатки С20 или С22 жирной кислоты - Mycobacterium fortuitum, М. paratuberculosis, Nocardia asteroides; Сю или С12 жирной кислоты -Coiynebacterium lepus, Streptomyces canus, S.violaceus, P.fluorescens (Kosaric et al., 1993).

1.1.3 Жирные кислоты, фосфолипиды и нейтральные липиды

Некоторые бактерии и дрожжи выделяют в среду поверхностно-активные жирные кислоты и фосфолипиды в присутствии н-алканов с образованием микроэмульсий (Kosaric et al., 1993; Jitendra and Banat, 1997). Acinetobacter sp. HOl-N в среде с гексадеканом образует фосфатидилэтаноламин (рис. 14). О

- к

HjC » О С - РЦ о hc-o«c-r2 о к ♦

H2C-O-P-O-ch2-CH2.NH3 о

Ri и R2 - углеводородные цепи жирных кислот Рис. 14 Структура фосфатидилэтаноламина Acinetobacter sp. HOl-N (Kappeli and Finnerty, 1979)

R. erythropolis также образует фосфатидилэтаноламин в среде с гексадеканом, снижающий межфазное натяжение между водой и гексадеканом до 1мН/м и имеющий ККМ = ЗОмкг/л (Kretschmer et al., 1982; Banat, 1995). Thiobacillus thiooxidans синтезирует фосфолипиды, способствующие смачиванию элементарной серы — энергетического субстрата, окисляемого бактериями. Синтезирует фосфолипиды в среде с углеводородом и представитель плесневых грибов Aspergillus sp. (Kosaric,

1993).

Внеклеточные свободные жирные кислоты также образуются микроорганизмами при росте на средах с алканами. Выраженную поверхностную активность проявляют насыщенные жирные кислоты С12 и Си и жирные кислоты, содержащие гидроксильные группы и алкильные боковые заместители (Kosaric et al., 1993). Arthrobacter AK-19 и P. aeruginosa 44T1 накапливают от 40 до 80% липидов при культивировании на гексадекане и оливковом масле (Wayman et al., 1984; Robert et al., 1989; Banat et al., 2010).

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Чжан Данянь

Основные выводы

1. С целью получения экологических чистых биопродуктов для процессов бурения и добычи нефти, а также биоремедиации нефтезагрязненных экосистем выделено 64 новых природных штамма УВО бактерий и создана их коллекция. Из них три штамма Pseudomonas sp. синтезируют ПАВ гликолипидной природы, три штамма (один Pseudomonas sp. и два Mycobacterium sp.) продуцируют кислые высокомолекулярные ЭПС и один -Acinetobacter sp. образует ЭПС с ПАВ-свойствами.

2. Установлено, что ПАВ трех штаммов Pseudomonas выделяются в среду и обладают высокой поверхностной активностью. Выход — около 2г/л. Свойства ПАВ P. aeruginosa RM не зависят от концентрации NaCl в интервале от 0 до 350 г/л и рН от 5 до 13. Acinetobacter sp. 15 и Rhodococcus sp.SP-OW проявляют хорошую эмульгирующую активность. Продемонстрированы два механизма диспергирования гексадекана биопродуктами P. aeruginosa RM и Rhodococcus sp. SP-OW - с помощью ПАВ и гидрофобных клеток.

3. Показано, что ПАВ-биопродукты штаммов Pseudomonas можно применять для эмульгирования и снижения вязкости нефти, а также для очистки технологических емкостей и труб от парафиновых отложений. Биопродукт P. aeruginosa RM перспективен для десорбции нефти из песка, что можно использовать для повышения нефтеизвлечения из песчаных коллекторов и для биоремедиации песчаных берегов при нефтеразливах.

4. Новый ЭПС-биопродукт Pseudomonas bolearica 47 образует комплекс с катионным ПАВ и может применяться как основа препарата для биоочистки от нефтезагрязнения. Новый высоковязкий ЭПС-биопродукт Mycobacterium sp. 16 обладает стабильными реологическими свойствами при крайних значениях рН и температуры. Выход - около 15г/л. Его можно рекомендовать к применению в качестве биополимерной добавки для процессов бурения и нефтедобычи.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Чжан Данянь, Москва

1. Абрамова JI. И., Байбурдов Т. А., Тригорян Э. П. и др., Полиакриламид // М.: Химия. 1992.- 192 с.

2. Баранов В.Я. и Любименко В.А. Практикум по курсу «Физическая и коллоидная химия» // М.: ФГУП «Нефть и газ». 2007. - 68с.

3. Башкатова С. Т. , Казанская А. С., Винокуров В. А.,Теоретические основы использования растворов полимеров в нефтегазовой отрасли // М.: ФГУП «Нефть и газ». 2005. - 73 с.

4. Беляев С.С:, Борзенков H.A., Назина Т.Н., Розанова Е.П., Глумов И.Ф., Ибатуллин P.P. и Иванов М.В. Использование микроорганизмов в биотехнологии повышения нефтеизвлечения // Микробиология. 2004. - Т. 73.-№5.-С. 687-697.

5. Ботвинко И. В., Экзополисахариды сапротрофных микробактерий и условия их биосинтеза // Дисс.канд.биол.н. -М.: МГУ. -1984. 144с.

6. Ботвинко И. В. Экзополисахариды бактерий // Микробиология. -1985.-Т.20.-Ж 2.- С. 79-122.

7. Булавин В.Д., Краснопевцева Н.В. Технологический комплекс для интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи на основе отечественного биополимера // Нефтяное Хозяйство.- 2002. - № 4.-С. 6-7.

8. Гасумов P.A., Перейма А.А, Черкасова В.Е., Технологические жидкости на биополимерной основе для бурения и ремонта скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. -2008.1413.- С.35-39

9. Гринберг Т. А., Пирог Т.П., Малашенко Ю.Р., Пинчук Г.Э., Микробный синтез экзополисахаридов на Ci С2 соединениях // Киев: Наукова думка.- 1992.-212 с.

10. Ю.Гринберг Т.А., Щурова З.П., Романовская В.А., Малашенко Ю.Р., Регуляция внешними факторами синтеза экзополисахарида у Methylococcus thermophilics //Микробиология. -1986.-Т.55. -№5.- С.800 -803.

11. Григоращенко Г.И., Зайцев Ю.В., Кукин В.В., и др. Применение полимеров в добыче нефти // М.: Недра 1978. - 213 с.

12. Гоголева Е.В., Гречушкина Н.Н., Егоров Н.С., Развитие Mycobacterium lactocolum и синтез ею экзополисахарида в условиях различной кислотности среды //Микробиология.- 1975.- Т. 44. вып. 5- С.828-831.

13. Данилова И.В., Ботвинко И.В., Егоров Н.С., 1993 реологические свойства и некоторые функции экзополисахаридов Azotobacter beijerinckii и Mycobacterium lacticolum // Микробиология -1993- Вып. 4- Т. 62. С. 685693 1

14. Егоров Н.С., Гречущкина Н.Н., Ботвико И.В., Свиридов А.Ф., Семенова Е.В., Внеклеточные полисахариды сапротрофных микобактерий и некоторые закономерности их образования // Микробиология.- 1984. Т. 2 - С. 199 - 202.

15. Егоров Н. С., Основы учения об антибиотиках // М.: Изд-во МГУ 1994512 с.

16. Блинов Н.П., Некоторые микробные полисахариды и их практическое применение // Успехи микробиол. 1982 - Вып. 17 - С. 158-177.

17. Иванова Т. И., Нестеров А. И., Образование органических экзометаболитов различными культурами облигатных метанотрофов // Микробиология.-1988.- Т.57. №4. - С.600-605.

18. Ковалевская Т.М., Динамика накопления углеводов различными штаммами Rhizobium leguminosarum II Микробиология. 1984. - Т.46. -№1.- С.39-42.

19. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А., Усов А.И., Чижов О.С., Шибаев В.Н., Химия углеводов // М.: Мир. 1967. - 674 с.

20. Кукин В.В., Соляков Ю.В. Применение водорастворимых полимеров для повышения нефтеотдачи пластов// М.: ВНИИОЭНГ,- 1982. 44 с.

21. Лозин Е., Якименко Г., Власов С., Каган Я., Москвин А. Повышение нефтеотдачи пластов с использованием композиции на основе биополимера Продукт БП-92 // Бурение и нефть. 2004. - №12. - С. 8-14.

22. Назина Т.Н., Соколова Д.Ш., Григорьян A.A., Сюэ Я.-Ф., Беляев С.С.,Иванов М.В., Образование нефтевытесняющих соединений микроорганизмами из нефтяного месторождения Дацин (КНР) // Микробиология. -2003. -Т. 72. С. 206-211.

23. Назина Т. Н., Беляев С. С., Биологическое и метаболическое разнообразие микроорганизмов нефтяных месторождений // Труды

24. Ин-та микробиологии им. С.Н. Виноградского. М.: Наука. - 2004. -Вып. XII. - С.289-316.

25. Олескин A.B., Ботвинко И.В., Цавкелова Е.А. Колониальная организация и межклеточная коммуникация у микроорганизмов // Микробиология.-2000.-Т. 69.- № З.-С. 309-327.

26. Определитель бактерий Берджи т. 1, т. 2 (Под редакцией Дж Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стэйли и С. Уилльямса) М.: Мир.- 1997.- 430 с. и 800 с.

27. Остроумов С.А., Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы // М.: МАКС-Пресс, 2001. 334 с.

28. Патент 2132941, Е21В 43/22 (РФ). Способ разработки нефтиного месторождения // Симаев Ю.М., Базекина JI.B., Попов A.M., Волочков Н.С. и Носачев A.A. -1999.

29. Патент 2245441(РФ). Пенообразующий состав для глушения скважин // Гасумов P.A., Перейма A.A., Черкасова В.Е. Бюл.-№ 3.- 2005.

30. Патент 2274651 (РФ). Полимерглинистый раствор для бурения скважин в многолетнемерзлых породах // Гасумов P.A., Перейма. A.A., Черкасова В.Е. -Бюл. -№ 11.- 2006.

31. Патент 2327649 (РФ)- Способ получения биопрепарата для восстановления водоёмов, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами // Сребняк Е. А., Ботвинко И. В., Малахова Д. В., Винокуров В. А. Бюл. -№18-2008 г.

32. Перейма A.A., Игнатенко Н.Ю., Черкасова В.Е. и Селюкова В.Н., Оценка применения биополимера Ритизан для бурения и ремонта скважин // Газовая промышленность.- 2008. -№ 9. С.75-77.

33. Дерябин В. В., Старухина JI. А., Григорьев Е. Ф., Выделение экзополисахаридов микроорганизмов // Биотехнология. -1988. -Т.4 -№6.-С.735-744.

34. Практикум по микробиологии (Под ред. Нетрусова А. И.) // М.: Академия. 2005. - 608 с.

35. Розанова Е.П., Беляев С.С., Иванов М.В., Мац A.A., Кулик Е.С., Мамедов Ю.Г., Микробиологические методы повышения нефтеотдачи пластов. // М. ВНИИОЭНГ.- 1987. 44 с.

36. Самуилов В.Д. и Олескин A.B., Технологическая биоэнергетика // М.: Изд-воМГУ. 1994.

37. Сафронова И.Ю., Ботвинко И.В., Межклеточный матрикс Bacillus subtilis 271: полимерный состав и функции // Микробиология. 1998. Т.67. -№ 1. -С. 55-60.

38. Семенова Е.В., Ботвинко И.В., Волокитина М.В., Егоров Н.С., Влияние температуры культивирования на рост Mycobacterium cyaneum и синтез ею экзополисахарида // Микробиология. -1985. №.- 4. - С.25-27.

39. Семенова Е. В., Гречушкина Н. Н., Внеклеточные полисахариды микроорганизмов, условия их биосинтеза и физическая роль // В.кн.: Экологическая роль микробных метаболитов. -М.:Изд-во МГУ. -1986.1. С.121-130.

40. Соболев К.А., Голубева Л.А., Винокуров В.А., Жуковский Е.А. Биополимерный реагент Ритизан для бурения скважин//Технология нефти и газа. 2004. - №4. -С.68 - 71.

41. Соболев К.А. Исследование биополимеров в качестве реагентов для нефтедобычи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.-М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. 2005. - 150с.

42. Степаненко Б. Н., Химия и биохимия углеводов // М.: Высшая школа. -1978. -256с.

43. Ткаченко А. А., Алиева С. Н., Биосинтез левана аисопоЬаМег охус1апБ Л-1 в питательных средах с мелассой // Вестн. ЛГУ. -Сер 3. -1988.-Т.4- С.75-81.

44. Толстых Л.И., Голубева И.А., Химические реагенты для идентификации добычи нефти. 4.1. Полимеры для повышения нефтеотдачи // М.: РГУ нефти и газа. -1993. 32 с.

45. Филиппов В.П., Жданов С.А., Создание и внедрение технологий нефтеизвлечения // Нефть и капитал 1997. - №6. -С. 80-83.

46. Фролов Ю. Г., Курс коллоидной химии // М.: Химия. -1989.- 465с.

47. Фролова М. А., Реологические свойства водных растворов экзополисахаридов, продуцируемых бактериями Рагасоссш д.епИг1^1сат //Дисс. магистра науки и техники. М.: РГУ Нефти и Газа им. И. М. Губкина. - 2006. -37 с.

48. Химическая энциклопедия : в 5 т. // гл. ред. И. Л. Кнунянц, зам. гл. ред.: Н. С. Зефиров, Н. Н. Кулов, редкол.: Н. М. Жаворонков и др.. М. : Советская энциклопедия. - 1988.

49. Шевцов И. А., Кабо В. Я., Румянцева Е.А., Досов А. Н., Новые технологии применения полимерных реагентов в добыче нефти // Состояние и перспективы работ по повышению нефтеотдачи пластов: тез. докл. конф. ОАО НК «ЛУКОЙЛ» -1998. С. 40-43.

50. Шибаев В.Н., Химико фенрментативный подход к синтезу сложных углеводов // В. Кн.:Прогресс химии углеводов- М. :Наука.-1985.-С.149-173.

51. Abraham WR, Meyer Н, Yakimov М. Novel glycine containing glucolipids from the alkane using bacterium Alcanivorax borkumensis // Biochim Biophys Acta. 1998, Jul 31 - vol. 1393 (1) - p. 57-62.

52. Ahimou F., Jacques P., Deleu M., Surfactin and iturin A eVects on Bacillus subtilis surface hydrophobicity // Enzyme Microb. Technol. -2000- vol. 7. p. 749-754.

53. Anita Suresh Kumar, Kalpana Mody and Bhavanath Jha, Evaluation of Biosurfactant / Bioemulsifier Production by a Marine Bacterium // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology.-2007.- vol.79(6). p. 617-621.

54. Annison G., Couperwhite I., Influence of calcium on alginate production and composition in continuous cultures of Azotobacter vinelandii //Appl. Microbiol, and Biotechnol. 1986. -vol. 25. -№1. - p. 55-61.

55. Antonio José Gonçalves da Cruz, Produçâo de biossurfactantes a partir de co-produto da industria de biodiesel // Sâo Carlos. 2009. - p.61.

56. Arima K., Kakinuma A., and G. Tamura. Surfactin, a crystalline peptide lipid surfactant produced by Bacillus subtilis: isolation, character-ization and its inhibition of fibrin clot formation // Biochem. Biophys. Res.Commun. 1968-vol.31.- p. 488-494.

57. Azuma I., Kimura H., Ninaka T., Aoki T. and Yama-Mura Y., Chemical and immunological studies on Mycobacterial polysaccharides. I. Purification and properties of polysaccharides from human tubercle bacilli // J. Bacteriol. 1968 - vol. 95. - p. 263.

58. Bach H., Gutnick D.L. Potential applications of bioemulsifiers in the oil industry // Petroleum biotechnology developments and perspectives. Elsevier, Amsterdam. - 2004. - p. 233-281.

59. Banat I.M., N. Samarah, M. Murad, R. Home and S. Banerjee, Biosurfactant production and use in oil tank clean-up // World J. Microb. Biotechnol. -1991-vol. 7.- p. 80-88.

60. Banat I.M. Biosurfactant production and possible uses in microbial enhanced oil recovery and oil pollution remediation: a review // Bioresource Technol.-1995.-vol. 51.- p. 1-12.

61. Banat I.M., Makkar R.S., Cameotra S.S., Potential commercial applications of microbial surfactants // Applied Microbiol Biotechnol -2000. -vol. 53.- p. 495-508.

62. Banat, I.M., B.S.Makkar and S.S. Cameotra, Potential commercial applications of microbial surfactants // Applied Microbiol Biotechnol- 2004- vol.53.-p. 495508.

63. Banat, I.M. et al., Microbial biosurfactants production, applications and future potential.// Applied Microbiology and Biotechnology -2010- vol. 87(2). -p.427-444.

64. Barros, F. F. C., Quadros, C. P., Pastore, G. M. Propriedades emulsificantes e estabilidade do biossurfactante produzido por Bacillus subtilis em manipueira // Cienc. Tecnol, Aliment. Campinas. -2008 -vol. 28(4) p. 979-985.

65. Beal R, Betts W.B., Role of rhamnolipid biosurfactants in the uptake and mineralization of hexadecane in Pseudomonas aeruginosa II J. Appl. Microbiol. -2000- vol. 89.-p. 158-168.

66. Belsky I., Gutnick D.L., Rosenberg E., Emulsifiter of Arthrobacter sp. RAG-1: determination of emulsifier-bound fatty acids.// FEBS Lett.- 1979,- vol. 101-No.l-p. 175-178.

67. Bernard Ollivier and Michel Magot, Petroleum Microbiology // Amer Society for Microbiology 2005.- 365 p.

68. Bicca F.C., Fleck L.C. and Ayub M.A.Z., Production of biosurfactant by hydrocarbon degrading Rhodococcus rubber and Rhodococcus erythropolis II

69. Rev. Microbiol. -1999-vol. 30. -p. 231-236.

70. Bognolo G. Biosurfactants as emulsifying agents for hydrocarbons // Colloid Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. -1999- p. 152: 41-52.

71. Bodour A. A., Dress K.P., Maier R.M., Distribution of biosurfactant-producing bacteria in undisturbed and contaminated arid southwestern soils.// Applied and Environmental Microbiology -2003 vol. 69- p. 3280-3287.

72. Bonmatin J.-M., H. Labbe, I. Grangemard, F. Peypoux, R. Maget-Dana, M.Ptak and G. Michel. Production, isolation and characterization of Leu4.-and [Ile4]- surfactins from Bacillus subtilis // Lett. Pept. Sci. -1995. -vol. 2. p. 4M7.

73. Bouchez-Naitali M., D. Blanchet, V. Bardin, J. P. Vandecasteele: Evidence for interfacial uptake in hexadecane degradation by Rhodococcus equi The importance of cell flocculation Microbiology // Microbiology - 2001- vol. 147 -p. 2537-2543.

74. Brivonese A., Sutherland I., Polymer production by a mucoid strain of Azotobacter vinelandii in batch culture// Appl. Microbiol. Biotechnol-1989-vol. 30-p. 97-102.

75. Cerning J., Bouillanne C., Desmazeaud M. J., Landon M., Isolation and characterization of bulgaricus // Biotachnol. Lett. -1986-vol.8 -№9. -p. 625-628.

76. Châtre S. A., Purohit H. J., Shanker R., Chakrabarti T., Khanna P., Bacterial consortia for crude oil spill remediation // Wat. Sci.Tech.-1996- vol. 34. -p. 187-193.

77. Cooper D.G., C.R. MacDonald, S.J.B. Duff and N. Kosaric, Enhanced Production of Surfactin from Bacillus subtilis by Continuous Product Removal and Metal Cation Additions //Applied and Environmental Microbiology. -1981-vol. 42- p. 408—412.

78. Cooper D. G.and Paddock D. A., Torulopsis petrophilum and surface activity //Applied and Environmental Microbiology.-1983. vol. 46. -p. 1426-1429.

79. Dastgheib S. M. M., M. A. Amoozegar, E. Elahi,S. Asad, I. M. Banat, Bioemulsifier production by a halothermophilic Bacillus strain with potential applications in microbially enhanced oil recovery// Biotechnol Lett. -2008. -vol. 30. p. 263-270.

80. Ding Li-Xiao, He Guo-Qing, Liu Hai-Jun, Lin Jian-Qiang. Isolation and screening of microbe producing lipopeptide surfactant // J. Agr. Biotechnol.-2004. vol.12 (3). - p. 330-333.

81. Dubois M., Gilles K. A., Hamilton J. K., Rebers P. A., Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Anal. Chem.-1956-vol. 28.- №3.- p. 350-356.

82. Edwards J. R., and J. A. Hayashi., Structure of a rhamnolipid from Pseidoinonas aeriuginosa //Arch. Biochem. Biophys. -1965 vol. Ill -p. 415151

83. Elkeles Adi, Eugene Rosenberg and Eliora Z. Ron, Production and Secretion of the Polysaccharide Biodispersan of Acinetobacter calcoaceticus A2 in Protein Secretion Mutants // Applied and environmental microbioligy -1994- p. 46424645.

84. Evans D.B., Stepp A. K., French T., Petroleum Technologies, Improved Crude Oil Recovery by Alkaline Flooding Enhanced with Microbial Hydrocarbon Oxidation // SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium 19-22, April, 1998.

85. Falatko D. F. and J. T. Novak, Effects of biologically produced surfactants on the mobility and biodégradation of petroleum hydrocarbons // Water Environ. Res. -1992-vol. 64- p. 163-169.

86. Francy, D. S., Thomas V., Emulsification of hydrocarbons by subsurface bacteria // J. Ind. Microbiol. 1991- vol. 8 (4) -p.237-46.

87. Franzetti A., Bestetti G., Caredda P., La Colla P., Tamburini E Surface-active compounds and their role in the access to hydrocarbons in Gordonia strains // FEMS Microbiol Ecol .-2008a.- vol. 63.-p.238-248.

88. Franzetti Andrea, Elena Tamburini and Ibrahim M. Banat, Applications of Biological Surface Active Compounds in Remediation Technologies// Biosurfactants: Advances in Experimental Medicine and Biology.- 2010- vol. 672 Section II. - p. 121-134.

89. Fernando J. S. Oliveira, Leonardo Vazquez, Norberto P. De Campos and Francisca P. de Francia, Biosurfactants Production by Pseudomonas aeruginosa FR Using Palm Oil // Applied Biochemistry And Biotechnology. -2006- vol. 131 -Issue: 1-3-p. 727-737.

90. Gandler G. L., Gbosi A., Bryant S. L., Britton L. N., Mechanistic Understanding of Microbial Plugging for Improved Sweep Efficiency // SPE 100048 April, 2006- p. 22-26.

91. Gerson D.F., The Biophysics of Microbial Surfactants: Growth on Insoluble Substrates // In: Kozaric, N. (Ed.), Surfactant Science Series, Biosurfactants: Production, Properties, Applications. -1993.-Marcel Dekker, New York, USA.-p.269-286.

92. Gorin P. A. J., Spencer J. F. T. and Ttlloch A.P., Hydroxy fatty acid glycosides of sophorose from Torulopsis magnoliae II J. Chem. 1961- vol. 39-p. 846-855.

93. Grangemard I, Wallach J, Maget-Dana R., Lichenysin a more efficient cation chelator than surfactin //Appl Biochem Biotechnol -2001- vol. 90- p. 199-210

94. Grimberg S .J., Stringfellow W.T., Aitken M.D., Quantifying the biodégradation of phenanthrene by Pseudomonas stutzeri PI6 in the presence of a nonionic surfactant//Appl. Environ. Microbiol.-1996- vol. 62- p. 2387-2392.

95. Guerra-Santos L.H., O. Kappeli and A. Fiechter. Pseudomonas aeruginosa biosurfactant production in continuous culture with glucose as carbon source // Appl. Environ. Microbiol. -1984- vol. 48- p. 301-305.

96. Guo-liang Zhang, Yue-ting Wu, Xin-ping Qian and Qin Meng Biodegradation of crude oil by Pseudomonas aeruginosa in the presence of rhamnolipids // J. Zhejiang Univ. Sei. B.- 2005-vol. 6(8) -p. 725-730.

97. Gutnick D, Rosenberg E. Cleaning oil -contaminated vessels with a-emulsans. US Patent-1981- No.4,276,094,

98. Hewald S., Josephs K and M. Bolker, Genetic Analysis of Biosurfactant Production in Ustilago maydis // Applied and Environmental Microblology-2005-vol. 6- p. 3033-3040

99. Hisatsuka, K., T. Nakahara, N. Sano, and K. Yamada. Formation of rhamnolipid by Pseudomonas aeruginosa and its function in hydrocarbon fermentation//Agric. Biol. Chem. -1971-vol. 35- p. 686-692.

100. Itoh. S. and T. Suzuki., Effect of rhamnolipids on growth of Pseudomonasaeruginosa mutant deficient in n-paraffin-utilizing ability // Agric. Biol. Chem.-1972 -vol. 36 -p. 2233-2235.

101. Jansson P.E., Kenne L., Lindberg B., Structure of the extrecellular polysaccharide from Xanthomonas campestris // Carbohydr. Res. -1975-vol.45-p. 275-282.

102. Jarman T.R., Deavin L., Slocombe S., Righelate R.C., Investigation of the effect of environmental conditions on the rate of exopolysaccharide synthesis in Azotobacter vinelandii /'/ J. Gen. Microbiol. -1978- v.l07-No.l- p. 59-64.

103. Jarvis F. G. and Johnson M. J., A Glyco-lipide produced by Pseudomonas aeruginosa// J. Am. Chem. Soc. -1949-vol. 71 p. 4124-4126.

104. Jitendra D. Desai and Ibrahim M. Bant, Microbial Production of Surfactants and Their Commercial Potential // Microbiology and Molecular biology reviews. -1997- p. 47-64.

105. Jonsson B., Lindmann B. Surfactants and polymers in aqueous solution // New York: John Wiley & Sons Ltd. 1998 - 320 p.

106. Kappeli O. and W. R. Finnerty, Partition of alkane by an extracellular vesicle derived from hexadecane-grown Acinetobacter // J. Bacteriol.-1979-vol. 140155p.707-712.

107. Karanth N.G.K., Deo PG, Venanadig N.K., Microbial production of biosurfactant and their importance // Ferment Sci. Technol. -1999-vol. 77 -p.116.126.

108. Kosaric Nairn, Biosurfactants: Production, Properties // Applications Surfactant Science Series 1993 -vol. 48- 483 p.

109. Kosaric N., W. L. Cairns, and N. C. C. Gray (ed.), Biosurfactants and Biotechnology (Surfactant Science) // CRC Press -1987 344 p.

110. Kretschmer A, Bock H, Wagner F, Chemical and physical characterization of interfacial-active lipids from Rhodococcus erythropolis grow on n-alkanes // Appl. Environ. Microbiol -1982 -vol. 44 p. 864-870.

111. Krishnaswamy Muthusamy, Subbuchettiar Gopalakrishnan, Thiengungal Kochupappy Ravi and Panchaksharam Sivachidambaram Biosurfactants: Properties, commercial production and application // Current Science -2008-vol. 94 No. 6.

112. Krieg D. P., Bass J. A. and Mattingly S. J., Aeration selects for mucoid phenotype of Pseudomonas aeruginosa //J. Clin. Microbiol-1986 vol. 24 - p. 986-990.

113. Laith Al-Araji, Raja Noor Zaliha Raja Abd. Rahman, Mahiran Basri and Abu Baker Salleh., Microbial Surfactant // Asia Pacific Journal of Molecular Biology & Microbiology -2007 -vol. 15(3) p. 99-105.

114. Lang S., Philp J.C., Surface-active lipids in Rhodococci //Ant. Van1.euwenhoek -1998 -vol. 74 -p. 59-70.

115. Lazar I., Voicu A., Nicolescu C., The use of naturally occurring selectively isolated bacteria for inhibiting paraffin deposition // J. Pet. Sci. Eng. 1999-vol. 22 - p.161 -169.

116. Lin S.C., Biosurfactants: Recent advances // J. Chem. Tech. Biotechnol -1996 -vol. 66-p. 109-120.

117. Liu Jia, Huang Xiang Feng, Lu Li Jun, Wen Yue, Yang Dai Hai, Zhou Qi. Isolation of strains producing bio-demulsifiers and comparison of screening methods // Microbiol 2008 -vol.35(5) -p. 690-695.(in Chinese).

118. Mancuso Nichols C, Bowman JP, Guezennec J., Effects of incubation temperature on growth and production of exopolysaccharides by an antarctic sea ice bacterium grown in batch culture // Appl. Environ. Microbiol- 2005-71(7)-p. 3519-3523.

119. Maneerat, S. Biosurfactants from marine microorganisms // J. Sci. Technol.-2005-vol. 27(6)-p. 1263-1272.

120. Marcia Nitschke, Glaucia Maria Pastore, Biossurfactantes: propriedadese aplica9oes // Quim.Nova 2002 - vol. 25 - No.5 - p. 772-776.

121. Matthysse A.G., Holmes K.V., Gurlitz R.H.C. Elabrotion of cellulose fibrile by Agrobacterium tumefaciens during attachment to carrot cells // J.Bacterciol-1981-vol. 145-p. 583-595.

122. Mian F.A., Jarman T.R., Righelato R.C., biosynthesis of exopolysaccharide by Pseudomonas aeruginosa // J. Bacteriol -1978 vol. 134- №2 - p. 418-422.

123. Miller R. M., Zhang Yimin, Measurement of biosurfactant-enhanced solubilization and biodégradation of hydrocarbons // Methods Biotechnol -1997- vol. 2-p. 59-66.

124. Milligan C.N., Cooper D.G., Pressate from peat dewatering as a substrate for bacterial growth // Appl. and Environ. Microbiol.-1985-vol. 50-p. 160-162.

125. Mulligan C. N. and B. F. Gibbs, Correlation of nitrogen metabolism with biosurfactant production by Pseudomonas aeruginosa II Appl. Environ. Microbiol 1989- vol. 55 - p. 3016-3019.

126. Napoli C., Dazzo F., Hubbell D., Production of cellulose microfibrills by Rhizobium Appl. Microbiol. -1975- vol. 30- p. 123-131.

127. Naruse N., Tenmyo O., Kobaru S., Kamei H., Miyaki T., Konishi M. and Oki T., Pumilacidin, a complex of new antiviral antibiotics: production, isolation, chemical properties, structure and biological activity // J.Antibiotics-1990- vol. 43-p. 267-280.

128. Navon-Venezia S., Zosim Z, Gottlieb A, Legmann R, Carmeli S, Ron E.Z., Rosenberg E.: Alasan, a new bioemulsifier from Acinetobacter radioresistens // Appl. Environ. Microbiol 1995-vol. 61-p. 3240-3244.

129. Navon-Venezia S., Ron E.Z., Banin E., Rosenberg E., The bioemulsifier alasan: role of protein in maintaining structure and activity // Appl. Microbiol Biotechnol- 1998- vol. 49. p. 382-384.

130. Neu R. Thomas, Significance of Bacterial Surface-Active Compounds in Interaction of Bacteria with Interfaces // Microbiol Rev. -1996, March vol.60(1) p. 151—166.

131. Nilanjana Das and Preethy Chandran, Microbial Degradation of Petroleum Hydrocarbon Contaminants: An Overview // Biotechnology Research International,Vol. 2011-Article ID 941810 13 pages

132. Noha H. Y., Kathleen E. D. and Michael J. Mclnerney, Importance of 3-Hydroxy Fatty Acid Composition of Lipopeptides for Biosurfactant Activity // Applied and Environmental Microbiology-2005- vol. 71- No. 12- p. 7690-7695.

133. Norberg A. B., Enfors S. O., Production of extracellular polysaccharide by Zoogloea ramigera // Applied and Environmental Microbiology- 1982-vol. 44-No. 5- p.1231-1237.

134. Ochoa-Loza F.J., Artiola J.F., Maier R.M., Stability constants for the complexation of various metals with a rhamnolipid biosurfactant // J. Environ Qual. -2001-vol. 30 p. 479-485.

135. Oliveira F.J., Vazquez L., De Campos N.P., de Fran9a F.P., Biosurfactants production by Pseudomonas aeruginosa FR using palm oil. //Appl Biochem Biotechnol. 2006- vol. 131(1-3) - p. 727-737.

136. Ongena M., Jacques P., Bacillus lipopeptides: versatile weapons for plant disease biocontrol // Trends in Microbiol. -2008 vol. 16(3)- p. 115-125.

137. Osterreicher-Ravid D., Ron E.Z., Rosenberg E., Horizontal transfer of an exopolymer complex from one bacterial species to another// Environ Microbiol. -2000- vol. 2 p. 366-372.

138. Pace G. W., Righelato R. C., Production of extracellular microbialpolysaccharides // Adv. Biochem. Eng. 1980 - vol. 15 - p.41-70.

139. Perfumo A., Rancich I, Banat I. M., Possibilities and challenges for biosurfactants use in petroleum industry // Adv. Exp. Med. Biol. -2010- vol. 672-p. 135-145.

140. Peypoux F., J. M. Bonmatin, H. Labbe, I. Grangemard, B. C. Das, M. Ptak, J. Wallach and G. Michel., Ala 4. surfactin, a novel isoform from Bacillus subtilis studied by mass and NMR spectroscopies// Eur. J. Biochem. 1994 -vol. 224 - p. 89 - 96.

141. Plaza G.A., Zjawiony I., Banat I.M ., Use of different methods for detection of thermophilic biosurfactant producing bacteria from hydrocarbon-contaminated and bioremediated soils //J. Pet. Sci. Eng. -2006-vol. 50- p. 71-77.

142. Poremba, K., Gunkel, W. Lang S. and Wagner F., Marine biosurfactants, III. Toxicity testing with marine microorganisms and comparison with synthetic surfactants //Z. Naturforsch C. -1991- vol. 46(3-4) p. 210- 216.

143. Powell D.A., Structure, solution properties and biological interactions of some microbial extracellular polysaccharides // In: Microbial Polysaccharides and Polysaccharases -1979- vol. 3 p. 117-160.

144. Pulsawat W., N. Leksawasdi, P.L. Rogers and L. J. R. Foster, Anions effectson biosorption of Mn(II) by extracellular polymeric substance (EPS) from Rhizobium etli // Biotechnology Letters 2003 - vol. 25- p. 1267-1270.

145. Radwan S. and Sorkhoh N., Lipids of n-alkane-utilizing microorganisms and their application potential // Advances in Applied Microbiology 1993-vol. 39-p. 29-90.

146. Rapp P., Bock H., Wray V., Wagner F., Formation, isolation and characterization of trehalose dimycolates from Rhodococcus erythropolis grown on n-alkanes // J. Gen. Microbiol. -1979 vol. 115 - p. 491-503.

147. Rees D.A. In: M.T.P. International Rewiew of Science- Organic Chemistry Series One: Carbohydrates (Ed. G.O. Aspinall) L.: Butterworths. - 1973-vol.7- p. 251-283

148. Richard S. P., Kevin C.M., Cell surface analysis techniques: what do cell preparation protocols do to cell surface properties? // Appl. Environ. Microbiol. -1999. vol. 65. - p. 2877-2894.

149. Ristau E. And Wagner. F., Formation of Novel Anionic- Trehalosetetraesters from Rhidococcus erythropolis under Growth Limiting Conditions // Biotechnol Lett. 1983. -vol. 5 - p. 95-100.

150. Robert, M., M. E. Mercade, M. P. Bosch, J. L. Parra, M. J. Espuny, M. A. Manresa and J. Guinea., Effect of the carbon source on biosurfactant production by Pseudomonas aeruginosa 44T // Biotechnol. Lett. -1989. -vol. 11 p. 871-874.

151. Robinson J.A. , Tralear M.G., Characklis W.G., Cellular reproduction andextracellular polymer formation by Preudomonas aeruginosa in continuous culture // Biotechnol. And Bioeng. -1984- vol. 26 №12 - p. 1409-1417.

152. Ron E.Z., Rosenberg E., Natural roles of biosurfactants // Environ Microbio. -2001 -vol. 3 p. 229 - 236.

153. Ron E.Z., Rosenberg E., Biosurfactant and oil bioremediation // Curr Opin Biotechnol. -2002 vol. 13 - p. 249-252.

154. Ron E., Rosenberg E., Role of Biosurfactants // Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. -2010-p. 25162518.

155. Rosenberg E,, Rubinovitz C., Legmann R., Ron E.Z., Purification and chemical properties of Acinetobacter calcoaceticus A2 biodispersan // Appl. Environ Microbiol. -1987- vol. 54 p. 323-326.

156. Rosenberg E., Ron E.Z., Surface active polymers of Acinetobacter // In Biopolymers from Renewable Sources, D Kaplan (ed.). Springer-Verlag Berlin Heidelberg -1998 p. 281 - 291.

157. Safary A., M. Roayayi Ardakani, A. Abolhasani Suraki, M. Akbarzade Khiavi, H. Motamedi, Isolation and Characterization of Biosurfactant Producing Bacteria from Caspian Sea // Biotechnology. 2010- vol.9(3)-p. 378-383.

158. Sandford P. A., Exocellular microbial polysaccharides // Adv. Carbohydr. Chem. andBiochem. 1979- vol. 36 - p. 265-313.

159. Scheepe-Leberkuhne M., Warner F., Optimization and preliminarycharacterization of an exopolysaccharide synthezised by Enterobacter sakazakii // Biotechnol. Lett. 1986 - vol. 8 -№ 10 - p. 695-700.

160. Sengha S.S., Anderson A.J., Hacking A., Dawes E.A., The production of alginate by Pseudomonas mendocina in batch and continuous culture // J. Ben. Microbiol. 1989 - vol. 135 - №4 - p. 795 - 804.

161. Shete A.M., Wadhawa G.W., Banat I.M., Chopade B.A., Mapping of patents on bioemulsi and biosurfactant : a review.// J. Sci. Ind Res. -2006- vol. 65 p. 91-115.

162. Simon L. Marshall, Fundamental Aspects of Microbial Enhanced Oil Recovery: A Literature Survey // CSIRO Land and Water Floreat, Western. Australia March, 2008.

163. Stachelhaus, T., A. Schneider and M. A. Marahiel, Rational design ofpeptide antibiotics by targeted replacement of bacterial and fungal domains. Science -1995- vol. 269 -p. 5571-5574.

164. Surekha K. Satpute, I. M. Banat, R K. Dhakephalkar, Arun G. Banpurkare, Balu A. Chopade, Biosurfactants, bioemulsifiers and exopolysaccharides from marine microorganisms // Biotechnology Advances -2010 -vol. 28-p. 436-450.

165. Sutherland I.W., Microbial exopolysaccharides: control of synthesis and acylation // In: Microbial Polysaccharides and Polysaccharases -1979 p. 1-34.

166. Sutherland I.W., Ellwood D.C., Microbial exopolysaccharides industrial polymers of current and future potential // In: Microb. Technol.: Curr. State, Future Prospects. 29 symp. Soc. Gen. Microbiol. Cambridge -1979- p. 107-150.

167. Sutherland I.W., Biosynthesis of microbial exopolysaccharides// Adv. Microb. Physiol. 1982- vol. 23- p. 79 -150.

168. Sutherland Ian W., Biofilm exopolysaccharides: a strong and sticky Framework // Microbiology -2001 -vol.147 p. 3-9.

169. Syldatk C., Lang S. and Wagner F., Chemical and physical characterzation jf four interfacia active rhamnolipids from Pseudomonas sp. DMS 2874;grow on n-alkanes // Z. Natureforsch -1985- vol.40 p. 51-60.

170. Tait M. I., Sutherland I.W., Clarke-sturman A.J., Effect of growth conditions on the production, composition and viscosity of Xanthomonas campestris exopolysaccharide// J. Gen. Microbiol 1986 -vol. 132 - p. 1483-1492.

171. Tan H., Champion J.T., Artiola J.F., Complexation of cadmium by a rhamnolipid biosurfactant // Environ Sci. Technol -1994 -vol. 28 -p. 2402-2406.

172. Taylor W.H., Juni E., Pathways for biosynthesis of a bacterial capsular polysaccharide. I. Carbohydrate metabolism and terminal oxidation mechanisms of a capsuleproducing coccus // J. Bacteriol -1961 -vol. 81- p. 694-703.

173. Thangamani S., Shreve G.S., Effect of Anionic Biosurfactant on Hexadecane Partitioning in Multiphase Systems // Environmental Science and Technology1994- vol. 28 (12). p. 1993-2000.

174. Tulloch A.P., Hill A. and Spencer J. F. T., Structure and reactions of lactonic and acidic sophorosides of 17-hydroxyoctadecanoic acidic // Canadian Journal of Chemistry -1968 vol. 46 - p.3337-3351.

175. Van Dyke M. I., Couture P. Brauer, Pseudomonas aeruginosa UG2 rhamnolipid biosurfactants: structural characterization and their" use in removing hydrophobic compounds from soil // Can J. Microbiol. -1993- vol. 39(11)-p.1071-1078.

176. Van Hamme J. D., Singh A., Ward O. P., Recent advances in petroleum microbiology //Microbiol Mol. Biol. R. -2003 vol.6 - p. 503-549.

177. Walter, V., Syldatk C., Hausmann R., Screening Concepts for the Isolation of Biosurfactant Producing Microorganisms // Biosurfactants. In: Advances in Experimental Medicine and Biology 2010 -p. 1-13.

178. Wayman M., A. D. Jenkins and A. G. Kormady, Biotechnology for oil and fat industry//J. Am. Oil Chem. Soc. -1984 vol. 61- p.129-131.

179. Williams A.G. and Wimpenny J.W.T. Exopolysaccharide production by Pseudomonas NCIB 11264 grown in continuous culture // Journal of General Microbiology 1978 - vol. 104 - №1 - p.47-57.

180. Wouter H. Noordman and Dick B. Janssen Rhamnolipid Stimulates Uptake of Hydrophobic Compounds by Pseudomonas aeruginosa II Applied and Environmental Microbiology 2002 - vol. 68 - No. 9 - p. 4502-4508.

181. Yakimov M. M., Timmis K. N., Wray V., Fredriokson H. L., Characterization of a new lipopeptide surfactant produced by thermotolerant and halotolerant subsurface Bacillus licheniformis BAS50 // Appl. Environ. Microbiol. -1995- vol.61 p. 1706-1713.

182. Yamaguchi M., Sato A., Yukuyama A., Microbial production of sugar-lipids // Chem. Ind. 1976 - vol. 4 - p. 741-742.

183. Zhang Tiansheng, Biosurfactant // Chemical Industry Press 2005- 383 p. (in Chinese)

184. Zhang Yimin and Miller R. M. Enhanced octadecane dispersion and biodégradation by a Pseudomonas rhamnolipid surfactant (biosurfactant) // Appl. Environ. Microbiol -1992-vol. 58 (10) p. 3276-3282.

185. Zhang Yimin and Raina M. Miller Effect of Rhamnolipid (Biosurfactant) Structure on Solubilization and Biodegradation of n-Alkanes // Appl. Environ. Microbiol. 1995- vol. 6 - p. 2247-2251.

186. Zinjarde, S.S. and Pant, A., Emulsifier from a tropical marine yeast, Yarrowia lipolytica NCIM 3589 // J. Basic. Microbiol. -2002- vol. 42- p. 67-73.

187. Zobell C.E., Action of microorganisms on hydrocarbons // Bacteriol. Rev. -1946-vol.10-No. 1- p.1-49.

188. Zuckerberg A., A. Diver, Z. Peeri, D. L. Gutnick and E. Rosenberg. Emulsifier of Arthrobacter RAG-1: chemical and physical properties // Appl. Environ. Microbiol. 1979- vol.37 - p. 414^120.

Информация о работе

Чжан Данянь
кандидата технических наук
Москва, 2011
ВАК 03.02.08

Диссертация

Новые биотехнологические продукты для процессов бурения и добычи нефти - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы