بخشی از مقاله
چکیده
سایکلودکسترینها الیگوساکاریدهای حلقوی با کاربردهای گوناگون در انواع صنایع بوده و فرم بتاسایکلودکسترین مناسبتربن نوع برای کاربردهای صنعتی شناخته شده است. با وجودیکه از این ماده بعنوان ماده افزودنی در کاربردهای صنایع غذایی و دارویی به صورت گسترده استفاده میشود، گزارشات بسیار کمی در رابطه با مطالعه بر این ماده در صنعت نفت موجود است که با توجه به ضرورت استفاده از مواد دوستدار محیط زیست مانند ترکیبات نشاسته در کاربردهای مرتبط با صنعت نفت، لزوم مطالعه و تحقیق بیشتر در این زمینه محرز است. سایکلودکسترینها به دلیل ساختار مخروطی شکل خود با درون هیدروفوب و بیرون هیدروفیل، به صورت بالقوه میتوانند با دو مکانیسم جهت ازدیاد برداشت نفت - EOR - مورد استفاده قرار گیرند.
مکانیسم اول تشکیل ترکیب دربرگیرنده مولکولهای هیدروکربن و قرارگیری مولکول هیدروکربنی در حفره بتاسایکلودکسترین است که باعث تغییر خصوصیات ماده هیدروکربنی و پایداری امولسیون روغن در آب - O/W - میشود. مکانیسم دوم تشکیل یک لایه نازک از مولکولهای سایکلودکسترین جذب شده بر سطح سنگ است که باعث تغییر ترشوندگی آن شده و به ازدیاد برداشت نفت منجر خواهد گردید.
در این مقاله آنزیم سایکلودکسترین گلوکانوترانسفراز - CGTase - با استفاده از نوعی باسیلوس - Bacillus sp. DSM 2523 - تولید شده و در ادامه محصول بتاسایکلودکسترین - مشتق حلقوی نشاسته - با استفاده از آنزیم تولیدی سنتز گردیده است. برای این کار میکروب مورد نظر در محیط کشت مناسب رشد نموده و آنزیم CGTase تولید شده در روز دوم با بیشترین فعالیت - 0/24 U/ml - جهت تولید محصول بتاسایکلودکسترین مورد استفاده واقع گردید. میزان محصول تولیدی 610 ʽM میباشد که قابل مقایسه با میزان تولیدی در مطالعات مرتبط میباشد.
.1 مقدمه و مبانی نظری
در حدود دو سوم نفت خام موجود در زیر زمین حتی پس از استفاده از روشهای یازیافت اولیه و ثانویه با فناوریهای موجود نمیتوانند برداشت شوند .[1] روشهای ثالثیه که به عنوان روشهای ازدیاد برداشت - EOR - نامیده میشوند از مواد افزودنی با هدف افزایش هرچه بیشتر بازیافت نفت بهره میبرند. در میان انواع مواد افزودنی مورد استفاده برای این هدف موادی هستند که تر شوندگی سطح سنگ را اصلاح میکنند و تغییر ترشوندگی سنگ به عنوان عاملی مهم در بازیافت نفت گزارش شده است .[3 ,2] این ترکیبات طوری طراحی شدهاند که سطح سنگ را بیشتر آب-تر نموده و یا کشش سطحی بین نفت/ آب را کاهش داده و در نتیجه جابجایی نفت را در فرآیندهای سیلابزنی تسهیل مینماید.
[4] در میان انواع ترکیباتی که بعنوان افزودنی در این رابطه به کار میروند، به پلی ساکاریدها، مخصوصا مشتقات اصلاح شده سلولزی و صمغهای طبیعی مانند زانتان گام و گوار میتوان اشاره نمود .[6 ,5] این پلیساکاریدها در جهت تغییر پویایی سیال - با افزایش ویسکوزیته - بوده و برای تغییر ترشوندگی به کار نمیروند .[7] نشاسته دارای کاربردهای بسیاری در صنایع غذایی و دیگر صنایع است اما به صورت طبیعی برای بسیاری از کاربردها مناسب نبوده و بنابراین نیاز به اصلاح ساختاری دارد تا مشخصههای مثبت آن در جهت کاربرد مورد نظر تقویت و نواقص آن حداقل گردد. روشهای اصلاح نشاسته شامل روشهای شیمیایی، فیزیکی، آنزیمی و ژنتیکی یا ترکیبی از این روشها است.
بسته به ساختار نشاسته اولیه و همچنین نوع استفاده مورد نظر از آن، این اصلاحات صورت میگیرد. ساختمان نشاسته در برابر انواع آنزیمها تولید محصولات متفاوتی مینماید که سایکلودکسترینها نیز یکی از این محصولات است. این ماده توسط آنزیم سایکلودکسترین گلوکانوترانسفراز - CGTase - با نام بین المللی EC 2.4.1.19 که به صورت میکروبی با استفاده از سوبسترای نشاسته تولید میگردد، سنتز میشود. سه نوع سایکلودکسترین بسته به تعداد واحدهای گلیکوزیل موجود در مولکول قابل تولید هستند که عبارتند از: ، و سایکلودکسترین که به ترتیب دارای 6، 7 و 8 واحد گلوکز میباشند. این مواد دارای ساختار مخروطی بوده و به دلیل شکل قرارگیری مولکولهای هیدروکسیل، دارای درون هیدروفوب و بیرون هیدروفیل میباشند.
این ساختار آنها را قادر به تولید ساختاری دربرگیرنده بسیاری از مولکولهای هیدروفوب میکند و در نتیجه این دربرگیری، خصوصیات شیمیایی و فیزیکی مولکول مهمان تغییر کرده و همین موضوع آنها را برای کاربرد در بسیاری از صنایع جذاب میکند .[8] شکل 1 ساختار مولکولی بتاسایکلودکسترین، سطح مقطع مولکول و نحوه قرارگیری واحدهای گلوکز در این ساختار را به صورت شماتیک نشان داده است.
شکل :1 ساختار مولکولی بتاسایکلودکسترین - -CD - - دارای حفره درونی آبگریز و محیط خارجی آب دوست - ، سطح مقطع مولکول سایکلودکسترین، نحوه قرارگیری واحدهای گلوکز در آن [9] دو مکانیسم اصلی برای نحوه تاثیر سایکلودکسترینها در کمک به بازیافت نفت در مراجع وجود دارد: مکانیسم اول تشکیل ترکیب دربرگیرنده بین مولکولهای هیدروکربن و سایکلودکسترین و قرارگیری مولکول هیدروکربنی در حفره آن است که باعث پایداری امولسیون روغن در آب - O/W - میشود؛ در حالیکه سایکلودکسترین، به صورت کمپلکس نشده بعنوان ماده فعال سطحی عمل نمینماید.
[12-10] همچنین دیده شده است که در غلظتهای بالای سایکلودکسترین ترکیبات ایجاد شده رسوب کرده و باعث ایجاد امولسیونهای پیکرینگ1 که به صورت شماتیک در شکل 2 نشان داده شده است، خواهد شد - به صورتی که سطح مشترک روغن / آب به وسیله ذرات جامد پایدار شده است - .[13] مکانیسم دوم تشکیل یک لایه نازک از مولکولهای سایکلودکسترین جذب شده بر سطح سنگ بوده که باعث تغییر ترشوندگی آن خواهد شد. گروههای هیدروکسیل سایکلودکسترین میتوانند پیوندهای هیدروژنی با هیدروکسیلهای سطح سنگ - مانند سنگ کوارتز به عنوان سنگ مورد آزمایش - برقرار کرده و در نتیجه لایه ایجاد شده را پایدار نماید.
[17-15] بیشتر گروهای هیدروکسیل واحدهای گلوکز سایکلودکسترین در روی لبه حفره سایکلودکسترین وجود داشته در نتیجه تشکیل لایه میتواند دانسیته سطح در معرض گروههای هیدروکسیل را افزایش داده و باعث تغییر ترشوندگی شوند. همچنین با توجه به گزارشات انجام شده، تجزیه گرمایی بیشتر سایکلودکسترینهای معمول - از جمله بتاسایکلودکسترین - در دمای بیش از 200 0C اتفاق میافتد و همین امر نشان میدهد که این ماده میتواند در محیط مخازن نفتی فعال باقی بماند .[18] گفتنی است روش اندازهگیری ترشوندگی نفت/سنگ/ آب نمک - محیط مشابه مخزن - عموما با اندازهگیری تغییر زاویه تماس بوده [20 ,19] که در حال بررسی در مراحل بعدی آزمایشات میباشد.
در این کار با توجه به پتانسیل استفاده از سایکلودکسترینها به عنوان ماده افزودنی در فرآیند ازدیاد برداشت، تولید نوع بتاسایکلودکسترین از نشاسته با استفاده از تولید آنزیم CGTase که توسط باکتری Bacillus sp. DSM 2523 سنتز گردیده است مورد بررسی واقع شده است. با وجودیکه از این ماده بعنوان ماده افزودنی در کاربردهای صنایع غذایی و دارویی به صورت گسترده استفاده میشود، گزارشات بسیار کمی در رابطه با مطالعه بر این ماده در صنعت نفت و به خصوص ازدیاد برداشت نفت در مراجع موجود است که با توجه به ضرورت استفاده از مواد دوستدار محیط زیست مانند ترکیبات نشاسته در کاربردهای مرتبط با صنعت نفت، لزوم مطالعه و تحقیق بیشتر در این زمینه محرز است .[22 ,21]
.2 روش و مراحل تحقیق
باکتری مورد استفاده در این کار برای تولید آنزیم CGTase و در ادامه تولید محصول از سوبسترای نشاسته نوعی باسیلوس به نام Bacillus sp.DSM 2523 بوده که از شرکت DSMZ کشور آلمان خریداری گردید. محیط کشت رشد میکروب با توجه به دستورالعمل شرکت تامینکننده میکروب در آگار بازی pH - برابر با ده - تهیه شد. محیط کشت رشد میکروب و تولید آنزیم CGTase از موادی با مقادیر روبرو تشکیل گردید - گرم بر لیتر - : نشاسته محلول: 20 ، پپتون: 5، عصاره مخمر: 5، 0/2 :MgSO4.10H2O و .1 :K2HPO4 تنظیم کردن pH محیط کشت در مقدار مورد نظر - pH=10 - با استفاده از محلول 10 %W/V از Na2CO3 که جداگانه استریل شده است به دست آمد. برای تولید آنزیم CGTase محیط های کشت در دمای 37 0C و دور 120 rpm قرار گرفته و فعالیت آنزیم تولیدی نمونه ها هر 24 ساعت اندازهگیری شدند. برای تعیین فعالیت آنزیم تولیدی نیز گفتنی است از روش اصلاح شده اندازهگیری میزان بتاسایکلودکسترین استفاده گردید.
