Surfaktanti i biosurfaktanti što je to, primjeri i uporaba



surfaktant je kemijski spoj koji može smanjiti površinsku napetost tekuće tvari, djelujući na površinu ili kontaktnu površinu između dvije faze, na primjer voda-zrak ili voda-ulje.

Izraz surfaktant dolazi od engleske riječi surfaktant, koji je pak izveden iz akronima izraza surfanjeace aktivno sredstvo, što znači u španjolskom agentu s površinskom ili površinskom aktivnošću.

Na španjolskom se koristi riječ "surfaktant", koja se odnosi na sposobnost djelovanja kemijskog spoja na površinsku ili međufaznu napetost. Površinska napetost može se definirati kao otpornost tekućina da povećaju svoju površinu.

Voda ima visoku površinsku napetost jer su njezine molekule vrlo čvrsto povezane i odupiru se odvajanju kada se na njegovu površinu vrši pritisak.

Na primjer, neki vodeni kukci, kao što je "cobbler" (Gerris lacustris), može se kretati po vodi bez potonuća, zahvaljujući površinskoj napetosti vode, što omogućuje stvaranje filma na njegovoj površini.

Isto tako, čelična igla se drži iznad površine vode i ne potapa, zbog površinske napetosti vode.

indeks

  • 1 Struktura i rad tenzida
  • 2 Za što su tenzidi??
  • 3 Biosurfaktanti: tenzidi biološkog podrijetla
    • 3.1. Primjeri biosurfaktanata
  • 4 Klasifikacija biosurfaktanata i primjeri
    • 4.1 - Prema prirodi električnog naboja u polarnom ili glavnom dijelu
    • 4.2 - Prema svojoj kemijskoj prirodi
    • 4.3 - Prema svojoj molekularnoj težini
  • 5 Proizvodnja biosurfaktanata
  • 6 Primjena biosurfaktanata
    • 6.1 Industrija nafte
    • 6.2. Okolišna sanacija
    • 6.3 U industrijskim procesima
    • 6.4 U kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji
    • 6.5 U prehrambenoj industriji
    • 6.6 U poljoprivredi
  • 7 Reference

Struktura i rad tenzida

Sve kemijske površinski aktivne tvari ili tenzidi su po prirodi amfifilnog, to jest, oni imaju dvostruko ponašanje, jer mogu otopiti polarne i nepolarne spojeve. Površinski aktivne tvari u svojoj strukturi imaju dva glavna dijela:

  • Hidrofilna polarna glava, slična vodi i polarnim spojevima.
  • Nepolarni hidrofobni, lipofilni rep, povezan s nepolarnim spojevima.

Polarna glava može biti neionska ili ionska. Rep površinski aktivnog ili nepolarnog dijela može biti lanac ugljika i vodikovog alkila ili alkilbenzena.

Ova posebna struktura daje kemijskim spojevima tenzida dvostruko amfifilno ponašanje: afinitet za spojeve ili polarne faze, topive u vodi i također afinitet za nepolarne spojeve, netopljive u vodi.

Općenito, površinski aktivne tvari smanjuju površinsku napetost vode, što omogućuje ovoj tekućini da se širi i teče u većoj mjeri, navlažujući susjedne površine i faze..

Za što su surfaktanti??

Kemijski spojevi površinski aktivnih tvari vrše svoju aktivnost na površinama ili sučeljima.

Kada se otapaju u vodi, migriraju u sučelja voda-ulje ili voda-zrak, na primjer, gdje mogu funkcionirati kao:

  • Disperzanti i solubilizatori netopljivih ili slabo topljivih spojeva u vodi.
  • Humektanti, jer favoriziraju prolaz vode u netopljive faze u tome.
  • Stabilizatori emulzija spojeva netopivih u vodi i vodi, kao što su voda i voda od majoneze.
  • Neki surfaktanti favoriziraju, a drugi sprječavaju stvaranje pjene.

Biosurfaktanti: tenzidi biološkog podrijetla

Kada tenzid dolazi iz živog organizma, naziva se biosurfaktant.

U strožem smislu, biosurfaktanti se smatraju amfifilnim biološkim spojevima (dvostrukog kemijskog ponašanja, topljivi u vodi i masti), koje proizvode mikroorganizmi kao što su kvasci, bakterije i filamentozne gljive..

Biosurfaktanti se izlučuju ili zadržavaju kao dio membrane mikrobnih stanica.

Neki biosurfaktanti se također proizvode biotehnološkim postupcima, koristeći enzime koji djeluju na biološki kemijski spoj ili prirodni proizvod.

Primjeri biosurfaktanata

Među prirodnim bio-površinsko aktivnim tvarima možemo spomenuti saponine biljaka kao što je cayenne cvijet (hibiskus sp.), lecitin, žučni sokovi sisavaca ili ljudski plućni surfaktant (s vrlo važnim fiziološkim funkcijama).

Osim toga, aminokiseline i njihovi derivati, betaini i fosfolipidi su svi biosufaktanti, svi ti prirodni proizvodi biološkog podrijetla.

Klasifikacija biosurfaktanata i primjeri

-Prema prirodi električnog naboja u polarnom ili glavnom dijelu

Biosurfaktanti se mogu grupirati u sljedeće kategorije, ovisno o električnom naboju polarne glave:

Anionski biosurfaktanti

Oni imaju negativan naboj na polarnom kraju, često zbog prisutnosti sulfonatne skupine -SO3-.

Kationski biosurfaktanti

Imaju pozitivan naboj na glavi, obično kvarternu amonijsku skupinu NR4+, gdje R predstavlja lanac ugljika i vodika.

Amfoterni biosurfaktanti

Imaju dva naboja, pozitivna i negativna u istoj molekuli.

Neionski biosurfaktanti

U glavama nemaju ione ili električne naboje.

-Prema svojoj kemijskoj prirodi

Prema svojoj kemijskoj prirodi, biosurfaktanti se razvrstavaju u sljedeće vrste:

Glikolipidni biosurfaktanti

Glikolipidi su molekule koje imaju u svojoj kemijskoj strukturi dio lipida ili masti i dio šećera. Najpoznatiji biosurfaktanti su glikolipidi. Potonji se sastoje od sulfata šećera kao što su glukoza, galaktoza, manoza, ramnoza i galaktoza.

Među glikolipidima, najpoznatiji su ramnolipidi, bioemulgatori koji su vrlo proučavani, visoka emulgirajuća aktivnost i visoki afinitet za hidrofobne organske molekule (koje se ne otapaju u vodi).

Smatraju se najučinkovitijim surfaktantima za uklanjanje hidrofobnih spojeva u kontaminiranom tlu.

Kao primjeri ramnolipida mogu se spomenuti tenzidi koji proizvode bakterije iz roda Pseudomonas.

Postoje i drugi glikolipidi koje proizvodi Torulopsis sp., s biocidnim djelovanjem i koristi se u kozmetici, sredstvima protiv peruti, bakteriostatičkim proizvodima i kao dezodoransi za tijelo.

Biosurfaktanti lipoproteini i lipopeptidi

Lipoproteini su kemijski spojevi koji imaju dio lipida ili masti u svojoj strukturi i drugi dio proteina.

Na primjer, Bacillus subtilis je bakterija koja proizvodi lipopeptide koji se nazivaju surfaktini. To su najmoćnije površinske napetosti koje smanjuju biosurfaktante.

Surfaktini imaju sposobnost proizvesti lizu eritrocita (ruptura crvenih krvnih stanica) sisavaca. Osim toga, mogu se koristiti kao štetni biocidi kao mali glodavci.

Biosurfaktanti masne kiseline

Neki mikroorganizmi mogu oksidirati alkane (ugljikove i vodikove lance) do masnih kiselina koje imaju svojstva surfaktanta.

Fosfolipidni biosurfaktanti

Fosfolipidi su kemijski spojevi koji imaju fosfatne skupine (PO43-), vezan na dio s lipidnom strukturom. Oni su dio membrana mikroorganizama.

Određene bakterije i kvasci koji se hrane ugljikovodicima, kada rastu na alkanskim supstratima, povećavaju količinu fosfolipida u njihovoj membrani. Na primjer, Acinetobacter sp., Thiobacillus tioxidans i Rhodococcus erythropolis.

Polimerni biosurfaktanti

Polimerni biosurfaktanti su makromolekule visoke molekularne težine. Najviše proučavanih biosurfaktanata iz ove skupine su: emulzanski, liposanski, mannoproteinski i polisaharidno-proteinski kompleksi.

Na primjer, bakterija Acinetobacter calcoaceticus proizvodi polianionski emulsan (s nekoliko negativnih naboja), vrlo učinkovit bioemulgator za ugljikovodike u vodi. Također je jedan od najsnažnijih poznatih stabilizatora emulzije.

Liposan je izvanstanični emulgator, topljiv u vodi, formiran od polisaharida i proteina Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae proizvodi velike količine manoproteina s izvrsnom emulgirajućom aktivnošću ulja, alkana i organskih otapala.

-Prema molekularnoj težini

Biosurfaktanti su razvrstani u dvije kategorije:

Biosurfaktanti male molekularne težine

Uz manje površinske i međufazne napetosti. Na primjer, ramnolipidi.

Polimerni biofiltri visoke molekulske mase

To se čvrsto veže za površine, kao što su bioemulgatori hrane.

Proizvodnja biosurfaktanata

Za proizvodnju biosurfaktanata koriste se kulture mikroorganizama u bioreaktorima. Većina tih mikroorganizama je izolirana iz kontaminiranih medija, kao što su industrijski otpadni nalazi ili jame ugljikovodika odbačene u naftnoj industriji.

Učinkovita proizvodnja biosurfaktanata ovisi o nekoliko čimbenika, kao što je priroda supstrata ili izvora ugljika koji se koristi kao medij kulture i njegov stupanj saliniteta. Osim toga, ovisi o čimbenicima kao što su temperatura, pH i dostupnost kisika.

Primjena biosurfaktanata

Trenutno postoji velika komercijalna potražnja za biosurfaktantima, jer su površinski aktivne tvari dobivene kemijskom sintezom (iz naftnih derivata) otrovne, nebiorazgradive i stoga imaju ekološke propise za njihovu upotrebu..

Ti su problemi izazvali znatan interes za biosurfaktante kao biorazgradive, netoksične alternative.

Biosurfaktanti imaju primjenu u mnogim područjima, kao što su:

Naftna industrija

Biosurfaktanti se koriste u ekstrakciji ulja i bioremedijaciji (dekontaminaciji živim organizmima) ugljikovodika; primjer: biosurfaktant od Arthrobacter sp.

Također se primjenjuju u procesima biodesulfurizacije (uklanjanja sumpora pomoću mikroorganizama) nafte. Korišćene su vrste roda Rhodococcus.

Sanacija okoliša

Biosurfaktanti se koriste u bioremedijaciji tla onečišćenih otrovnim metalima, kao što su uranij, kadmij i olovo (biosurfaktanti iz Pseudomonas spp. i Rhodococcus spp.).

Također se koriste u procesima bioremedijacije tla i vode onečišćene izlijevanjem benzina ili nafte.

Na primjer, Aeromonas sp. proizvodi biosurfaktante koji omogućuju razgradnju ulja ili redukciju velikih molekula na manje, koje služe kao hranjive tvari za bakterije i gljivice mikroorganizama.

U industrijskim procesima

Biosurfaktanti se upotrebljavaju u industriji deterdženata i sredstava za čišćenje, budući da poboljšavaju učinak čišćenja otapanjem masti koje kontaminiraju odjeću ili površine u vodi za pranje..

Koriste se i kao pomoćni kemijski spojevi u industriji tekstila, papira i kožara.

U kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji

U kozmetičkoj industriji, Bacillus licheniformis proizvodi biosurfaktante koji se koriste kao antidandruff, bakteriostatički i dezodoransni proizvodi.

Neki biosurfaktanti se koriste u farmaceutskoj i biomedicinskoj industriji za njihovu antimikrobnu i / ili antifungalnu aktivnost.

U prehrambenoj industriji

U prehrambenoj industriji, biosurfaktanti se koriste u proizvodnji majoneze (koja je emulzija vode i ulja od jaja). Ti biosurfaktanti dolaze iz lektina i njihovih derivata, koji poboljšavaju kvalitetu i dodatno arome.

U poljoprivredi

U poljoprivredi se biosurfaktanti koriste za biološku kontrolu patogena (gljivica, bakterija, virusa) usjeva.

Druga primjena biosurfaktanata u poljoprivredi je povećanje dostupnosti mikronutrijenata u tlu.

reference

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. i Cameotra, S.S. (2000). Potencijalne komercijalne primjene mikrobnih surfaktanata. Tehnologija primijenjene mikrobiologije. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. i Makkar, R.S. (2004). Nedavne primjene biosurfaktanata kao bioloških i imunoloških molekula. Aktualna mišljenja u mikrobiologiji. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. i Chang, J.S. (2007). Ponavljana fermentacija u hranidbenoj seriji za proizvodnju ramnolipida s autohtonim Pseudomonas aeruginosa Primijenjena mikrobiologija Biotehnologija. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Primjena u okolišu za biosurfaktante. Onečišćenje okoliša. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. i Liu, T. (2018). Biosurfaktanti su poboljšali uklanjanje teških metala iz mulja u elektrokinetičkom postupku. Časopis za kemijsko inženjerstvo. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.