Chemical Structure, Property and Potential Applications of Biosurfactants Produced by Bacillus subtilis in Petroleum Recovery and Spill Mitigation

Abstract

Lipopeptides produced by microorganisms are one of the five major classes of biosurfactants known and they have received much attention from scientific and industrial communities due to their powerful interfacial and biological activities as well as environmentally friendly characteristics. Microbially produced lipopeptides are a series of chemical structural analogues of different families and, among them, 26 families covering about 90 lipopeptide compounds have been reported in the last two decades. This paper reviews the chemical structural characteristics and molecular behaviors of surfactin, one of the representative lipopeptides of the 26 families. In particular, two novel surfactin molecules isolated from cell-free cultures of Bacillus subtilis HSO121 are presented. Surfactins exhibit strong self-assembly ability to form sphere-like micelles and larger aggregates at very low concentrations. The amphipathic and surface properties of surfactins are related to the existence of the minor polar and major hydrophobic domains in the three 3-D conformations. In addition, the application potential of surfactin in bioremediation of oil spills and oil contaminants, and microbial enhanced oil recovery are discussed.

The ability of crude oil degradation and bio-surfactant production by an yeast strain (1214-bk14) isolated from producing oil well at white tiger oil field, Vung Tau, Vietnam

“…Hơn nữa, CHHBMSH còn có thể duy trì hoạt tính khi thay đổi nhiệt độ, pH, NaCl, Ca 2+ và Mg 2+ trong các điều kiện khắc nghiệt. Vì vậy, CHHBMSH tạo ra được ứng dụng trong ngành công nghiệp dầu khí như làm sạch bồn chứa dầu, thu hồi cặn dầu, nâng cao hiệu suất khai thác dầu [4,8].…”

“…Hơn nữa, CHHBMSH còn có thể duy trì hoạt tính khi thay đổi nhiệt độ, pH, NaCl, Ca 2+ và Mg 2+ trong các điều kiện khắc nghiệt. Vì vậy, CHHBMSH tạo ra được ứng dụng trong ngành công nghiệp dầu khí như làm sạch bồn chứa dầu, thu hồi cặn dầu, nâng cao hiệu suất khai thác dầu [4,8].Trên thế giới đã có những công bố về khả năng tạo CHHBMSH của vi khuẩn với nguồn cơ chất dầu thô như Bacillus, Pseudomonas, Acinetobacter, Corybacterium, Rhodoccocus.... [12]. Tuy nhiên, nghiên cứu về nấm men và khả năng tạo CHHBMSH trên nguồn cơ chất dầu thô vẫn còn hạn chế, các nghiên cứu mới chỉ tập trung trên các nguồn cơ chất dễ phân hủy như sucrose, saccharose, dầu oliu và dầu đậu nành.... CHHBMSH có nguồn gốc từ nấm men hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp và xử lý ô nhiễm môi trường vì ngoài những ưu điểm như có khả năng tự phân hủy, độ độc thấp và có thể sản xuất dựa trên các nguồn cơ chất rẻ tiền, TAP CHI SINH HOC 2016, 38(2): 179-185 …”

“…Tuy nhiên, nghiên cứu về nấm men và khả năng tạo CHHBMSH trên nguồn cơ chất dầu thô vẫn còn hạn chế, các nghiên cứu mới chỉ tập trung trên các nguồn cơ chất dễ phân hủy như sucrose, saccharose, dầu oliu và dầu đậu nành.... CHHBMSH có nguồn gốc từ nấm men hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp và xử lý ô nhiễm môi trường vì ngoài những ưu điểm như có khả năng tự phân hủy, độ độc thấp và có thể sản xuất dựa trên các nguồn cơ chất rẻ tiền, chúng còn có khả năng tạo ra lượng sinh khối lớn và dễ nuôi cấy [2,4,8,10,14]. Ở Việt Nam, khả năng tạo CHHBMSH của nấm men mới chỉ được nghiên cứu trên các nguồn carbon là DO, rỉ đường, dầu oliu mà chưa có công bố nào về khả năng tạo CHHBMSH và sử dụng dầu thô như nguồn carbon duy nhất của nhóm VSV này [11].…”

Comparative Studies on the Biosurfactant Production Capacity of <i>Bacillus Subtilis</i> and <i>Pseudomonas Aeruginosa</i> Using Engine Oil and Diesel Respectively as Substrate

“…This property explains their broad use in environmental applications. They are capable of spontaneous assemblies at the air-water or water-oil interface and thereby reducing surface/interfacial tensions due to their hydrophilic and hydrophobic structural components (Liu et al, 2015). Research focusing on the microbial production of surfactants increasingly gains attention due to the strong surface activity and specific characteristics of some of these biosurfactants (Willenbacher et al, 2015).…”

“…They can be produced as part of the cell membrane by a variety of yeast, bacteria and filamentous fungi (Chen et al, 2007). Currently, many biosurfactant-producing microorganisms have been isolated and identified to belong to: Bacillus, Agrobacterium, Streptomyces, Pseudomonas, and Thiobacillus as producers of amino acidscontaining biosurfactants; Pseudomonas, Torulopsis, Candida, Mycobacterium, Micromonospora, Rhodococcus, Arthrobacter, Mycobacterium, Corynebacterium, Mycobacterium, and Arthrobacter as producers of glycolipids; Thiobacillus, Aspergillus, Candida, Corynebacterium, Micrococcus, and Acinetobacter as producers of phospholipids and fatty acids (Liu et al, 2015). Biosurfactants are amphiphilic compounds produced on living surfaces, mostly microbial cell surfaces, or excreted extracellularly and contain hydrophobic and hydrophilic moieties that reduce surface tension and interfacial tensions between individual molecules at the surface and interfaces respectively (Karanth et al, 2005).…”