Сурфактанты и биосурфактанты, для чего они нужны, примеры и применение



поверхностно-активное вещество представляет собой химическое соединение, способное уменьшать поверхностное натяжение жидкого вещества, действующее на поверхность раздела или поверхность контакта между двумя фазами, например вода-воздух или вода-масло.

Термин сурфактант происходит от английского слова Поверхностно, который в свою очередь является производным от аббревиатуры выражения серфингактивный агент, что означает по-испански агент с поверхностной или поверхностной активностью.

В испанском языке используется слово «сурфактант», относящееся к действию химического соединения на поверхностное или межфазное натяжение. Поверхностное натяжение может быть определено как сопротивление, которое жидкости должны увеличивать свою поверхность.

Вода имеет высокое поверхностное натяжение, потому что ее молекулы очень прочно связаны друг с другом и сопротивляются разделению, когда на ее поверхность оказывается давление.

Например, некоторые водные насекомые, такие как «сапожник» (Gerris Lacustris), может перемещаться по воде без погружения благодаря поверхностному натяжению воды, что позволяет образовывать пленку на ее поверхности.

Кроме того, стальная игла удерживается над поверхностью воды и не тонет из-за поверхностного натяжения воды.

индекс

  • 1 Структура и действие поверхностно-активных веществ
  • 2 Для чего нужны поверхностно-активные вещества??
  • 3 Биосурфактанты: сурфактанты биологического происхождения
    • 3.1 Примеры биосурфактантов
  • 4 Классификация биосурфактантов и примеры
    • 4.1 - в зависимости от характера электрического заряда в полярной или головной части
    • 4.2 - По своей химической природе
    • 4.3 - по молекулярной массе
  • 5 Производство биосурфактантов
  • 6 Применение биосурфактантов
    • 6.1 Нефтяная промышленность
    • 6.2 Экологическая санитария
    • 6.3 В производственных процессах
    • 6.4 В косметической и фармацевтической промышленности
    • 6.5 В пищевой промышленности
    • 6.6 В сельском хозяйстве
  • 7 ссылок

Структура и действие поверхностно-активных веществ

Все химические поверхностно-активные вещества или поверхностно-активные вещества имеют природу амфифильная, то есть они имеют двойственное поведение, потому что они могут растворять полярные и неполярные соединения. Поверхностно-активные вещества имеют две основные части в своей структуре:

  • Гидрофильная полярная головка, похожая на воду и полярные соединения.
  • Неполярный гидрофобный, липофильный хвост, связанный с неполярными соединениями.

Полярная головка может быть неионной или ионной. Хвост поверхностно-активного вещества или неполярной части, может представлять собой цепь углерода и водорода, алкил или алкилбензол.

Эта конкретная структура дает поверхностно-активным химическим соединениям двойное амфифильное поведение: сродство к соединениям или полярным фазам, растворимым в воде, а также сродство к неполярным соединениям, нерастворимым в воде..

В общем, поверхностно-активные вещества уменьшают поверхностное натяжение воды, что позволяет этой жидкости расширяться и течь в большей степени, увлажняя соседние поверхности и фазы.

Для чего нужны поверхностно-активные вещества??

Поверхностно-активные химические соединения проявляют свою активность на поверхностях или поверхностях раздела.

Когда они растворяются в воде, они мигрируют, например, на границы раздела вода-масло или вода-воздух, где они могут функционировать как:

  • Диспергаторы и солюбилизаторы нерастворимых или плохо растворимых в воде соединений.
  • Увлажнители, потому что они способствуют прохождению воды в нерастворимых фазах в этом.
  • Эмульсии стабилизаторов соединений, нерастворимых в воде и воде, таких как масло и майонезная вода.
  • Некоторые поверхностно-активные вещества благоприятствуют, а другие препятствуют образованию пены..

Биосурфактанты: сурфактанты биологического происхождения

Когда сурфактант поступает из живого организма, его называют биосурфактантом.

В более строгом смысле биосурфактанты рассматриваются как амфифильные биологические соединения (двойного химического поведения, растворимые в воде и жирах), вырабатываемые микроорганизмами, такими как дрожжи, бактерии и нитчатые грибы..

Биосурфактанты выводятся или сохраняются как часть клеточной мембраны микробов.

Также некоторые биосурфактанты производятся биотехнологическими процессами с использованием ферментов, которые воздействуют на биологическое химическое соединение или природный продукт..

Примеры биосурфактантов

Среди природных биосурфактантов можно упомянуть сапонины растений, таких как кайенский цветок (гибискус sp.), лецитин, желчные соки млекопитающих или легочное поверхностно-активное вещество человека (с очень важными физиологическими функциями).

Кроме того, аминокислоты и их производные, бетаины и фосфолипиды - все это биосурфактанты, все эти природные продукты биологического происхождения..

Классификация биосурфактантов и примеры

-В зависимости от характера электрического заряда в полярной или головной части

Биосурфактанты могут быть сгруппированы в следующие категории, в зависимости от электрического заряда вашей полярной головки:

Анионные биосурфактанты

Они имеют отрицательный заряд на полярном конце, часто из-за присутствия сульфонатной группы -SO3-.

Катионные биосурфактанты

Они имеют положительный заряд на голове, обычно четвертичная аммониевая группа NR4+, где R представляет собой углеродную и водородную цепь.

Амфотерные биосурфактанты

У них есть два заряда, положительный и отрицательный в одной молекуле.

Неионогенные биосурфактанты

У них нет ионов или электрических зарядов в их головах.

-По своей химической природе

По своей химической природе биосурфактанты подразделяются на следующие виды:

Гликолипидные биосурфактанты

Гликолипиды - это молекулы, которые имеют в своей химической структуре часть липидов или жира и часть сахара. Наиболее известными биосурфактантами являются гликолипиды. Последние состоят из сульфатов сахаров, таких как глюкоза, галактоза, манноза, рамноза и галактоза.

Среди гликолипидов наиболее известными являются рамнолипиды, биоэмульгаторы, которые были очень хорошо изучены, высокая эмульгирующая активность и высокое сродство к гидрофобным органическим молекулам (которые не растворяются в воде).

Они считаются наиболее эффективными поверхностно-активными веществами для удаления гидрофобных соединений в загрязненной почве..

В качестве примеров рамнолипидов можно упомянуть поверхностно-активные вещества, которые продуцируют бактерии рода. Pseudomonas.

Есть и другие гликолипиды, производимые Torulopsis sp., с биоцидной активностью и используется в косметике, против перхоти, бактериостатических средствах и в качестве дезодорантов для тела.

Биосурфактанты липопротеинов и липопептидов

Липопротеины - это химические соединения, в состав которых входит часть липида или жира и другая часть белка..

Например, Bacillus subtilis является бактерией, которая производит липопептиды, называемые сурфактинами. Это самые мощные биосурфактанты, снижающие поверхностное натяжение.

Сурфактины обладают способностью вызывать лизис эритроцитов (разрыв эритроцитов) млекопитающих. Кроме того, их можно использовать в качестве биоцидов-вредителей в качестве мелких грызунов..

Биосурфактанты жирных кислот

Некоторые микроорганизмы могут окислять алканы (углеродные и водородные цепи) до жирных кислот, обладающих свойствами поверхностно-активного вещества..

Фосфолипидные биосурфактанты

Фосфолипиды представляют собой химические соединения, которые имеют фосфатные группы (PO43-), прикрепленный к части с липидной структурой. Они являются частью мембран микроорганизмов.

Некоторые бактерии и дрожжи, которые питаются углеводородами, когда они растут на алканных субстратах, увеличивают количество фосфолипидов в их мембране. Например, Acinetobacter зр., Thiobacillus thioxidans и Rhodococcus erythropolis.

Полимерные биосурфактанты

Полимерные биосурфактанты представляют собой макромолекулы с высокой молекулярной массой. Наиболее изученными биосурфактантами этой группы являются: эмульсан, липосан, маннопротеин и полисахарид-белковые комплексы..

Например, бактерия Acinetobacter calcoaceticus производит полианионный эмульсан (с несколькими отрицательными зарядами), очень эффективный биоэмульгатор для углеводородов в воде. Это также один из самых мощных известных стабилизаторов эмульсии..

Липосан является внеклеточным эмульгатором, растворимым в воде, образованным полисахаридами и белком Кандида липолитическая.

Saccharomyces cereviseae производит большое количество маннопротеинов с превосходной эмульгирующей активностью масел, алканов и органических растворителей.

-В соответствии с его молекулярной массой

Биосурфактанты подразделяются на две категории:

Низкомолекулярные биосурфактанты

С незначительными поверхностными и межфазными напряжениями. Например, ячмень.

Высокомолекулярные полимерные биосурфактанты

Которые сильно связываются с поверхностями, такими как пищевые биоэмульгаторы.

Производство биосурфактантов

Для производства биосурфактантов культуры микроорганизмов используются в биореакторах. Большинство из этих микроорганизмов изолированы от загрязненных сред, таких как промышленные отходы или углеводородные карьеры, которые выбрасываются нефтяной промышленностью..

Эффективное производство биосурфактантов зависит от нескольких факторов, таких как природа субстрата или источника углерода, используемого в качестве культуральной среды, и степень его солености. Кроме того, это зависит от таких факторов, как температура, pH и доступность кислорода..

Применение биосурфактантов

В настоящее время существует огромный коммерческий спрос на биосурфактанты, поскольку поверхностно-активные вещества, полученные химическим синтезом (из производных нефти), являются токсичными, не поддаются биологическому разложению и, следовательно, имеют экологические нормы для их использования..

Эти проблемы вызвали значительный интерес к биосурфактантам как биоразлагаемым, нетоксичным альтернативам..

Биосурфактанты имеют применение во многих областях, таких как:

Нефтяная промышленность

Биосурфактанты используются при добыче нефти и биоремедиации (дезактивации живыми организмами) углеводородов; пример: биосурфактант Arthrobacter зр.

Они также применяются в процессах биодесульфурации (удаления серы с помощью микроорганизмов) нефти. Виды рода были использованы Rhodococcus.

Экологическая санитария

Биосурфактанты используются в биоремедиации почв, загрязненных токсичными металлами, такими как уран, кадмий и свинец (биосурфактанты из Pseudomonas SPP. и Rhodococcus SPP.).

Они также используются в процессах биоремедиации почв и воды, загрязненной бензином или разливами нефти..

Например, Aeromonas зр. производит биосурфактанты, которые позволяют разлагать масло или превращать крупные молекулы в более мелкие, которые служат питательными веществами для микроорганизмов, бактерий и грибков.

В производственных процессах

Биосурфактанты используются в промышленности моющих и чистящих средств, поскольку они усиливают моющее действие, растворяя жиры, которые загрязняют одежду или поверхности, в воде для стирки..

Они также используются в качестве вспомогательных химических соединений в текстильной, бумажной и кожевенной промышленности..

В косметической и фармацевтической промышленности

В косметической промышленности, Bacillus licheniformis производит биосурфактанты, которые используются в качестве средств против перхоти, бактериостатических и дезодорирующих средств.

Некоторые биосурфактанты используются в фармацевтической и биомедицинской промышленности для их антимикробной и / или противогрибковой активности..

В пищевой промышленности

В пищевой промышленности биосурфактанты используются при производстве майонеза (который представляет собой эмульсию яичной воды и масла). Эти биосурфактанты происходят из лектинов и их производных, которые улучшают качество и, кроме того, вкус.

В сельском хозяйстве

В сельском хозяйстве биосурфактанты используются для биологического контроля патогенных микроорганизмов (грибов, бактерий, вирусов) сельскохозяйственных культур..

Другое использование биосурфактантов в сельском хозяйстве - увеличение доступности микроэлементов в почве..

ссылки

  1. Банат И.М., Маккар Р.С. и Cameotra, S.S. (2000). Потенциальные коммерческие применения микробных поверхностно-активных веществ. Технология прикладной микробиологии. 53 (5): 495-508.
  2. Камеотра, С.С. и Маккар Р.С. (2004). Недавние применения биосурфактантов в качестве биологических и иммунологических молекул. Текущие Мнения в Микробиологии. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. и Chang, J.S. (2007). Повторная периодическая ферментация с подпиткой pH-stat для производства рамнолипидов с местным Pseudomonas aeruginosa Прикладная микробиология, биотехнология. 76 (1): 67-74.
  4. Маллиган, С.Н. (2005). Экологические применения для биосурфактантов. Загрязнение окружающей среды. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. и Liu, T. (2018). Биосурфактанты усиливают удаление тяжелых металлов из шлама при электрокинетической обработке. Журнал химического машиностроения. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.