SURFAKTANTI I BIOSURFAKTANTI: ČEMU SLUŽI, PRIMJERI I NAMJENE - BIOLOGIJA - 2026

Surfaktant je kemijski spoj koji može smanjiti površinsku napetost tekućine tvari, koji djeluju na sučelje ili kontaktna površina između dvije faze, na primjer, voda-zrak ili voda-ulje.

Izraz surfaktant dolazi od engleske riječi surfaktant, koja zauzvrat potječe od akronima izraženog surf ace active sredstva, što na španjolskom znači površinsko ili površinsko djelovanje.

Slika 1. Struktura surfaktanata. Izvor: Glavna mjera, iz Wikimedia Commons

U španjolskom jeziku upotrebljava se riječ "površinski aktivna tvar" koja se odnosi na sposobnost kemijskog spoja da djeluje na površinsku ili interfacijalnu napetost. Površinska napetost može se definirati kao otpor zbog kojeg tekućine moraju povećati svoju površinu.

Voda ima visoku površinsku napetost jer su njene molekule vrlo čvrsto vezane i odupiru se odvajanju kada se vrši pritisak na njihovu površinu.

Na primjer, neki vodeni insekti, poput "kaldrme" (Gerris lacustris), mogu se kretati po vodi bez potonuća, zahvaljujući površinskoj napetosti vode, koja omogućava formiranje filma na njihovoj površini.

Slika 2. Kukac sposoban za kretanje po vodi. Izvor: TimVickers, iz Wikimedia Commons

Također, čelična igla ostaje na površini vode i ne tone, zbog površinske napetosti vode.

Struktura i funkcija površinski aktivnih tvari

Sva površinski aktivna ili površinski aktivna kemijska sredstva imaju amfifilnu prirodu, tj. Imaju dvostruko ponašanje, jer mogu rastvarati polarne i nepolarne spojeve. Površinski aktivne tvari imaju dva glavna dijela u svojoj strukturi:

• Hidrofilna polarna glava, slična vodi i polarnim spojevima.
• Lipofilni, hidrofobni nepolarni rep, sličan nepolarnim spojevima.

Polarna glava može biti neionska ili ionska. Reak surfaktanata, ili apolarni dio, može biti alkil ili alkilbenzen ugljikov i vodikov lanac.

Ova vrlo specifična struktura daje kemijskim spojevima surfaktanata dvostruko, amfifilno ponašanje: afinitet prema polarnim spojevima ili fazama, topivim u vodi i afinitet za nepolarne spojeve, netopive u vodi.

Općenito, površinski aktivna sredstva smanjuju površinsku napetost vode, dopuštajući ovoj tekućini da se širi i teče u većem stupnju, vlažeći susjedne površine i faze.

Za što su površinski aktivne tvari?

Kemikalije površinski aktivne tvari djeluju na površinama ili površinama.

Otopljeni u vodi, oni prelaze na sučelje voda-ulje ili voda-zrak, gdje mogu funkcionirati kao:

• Disperzivi i otapala netopljivih ili slabo topivih spojeva u vodi.
• Humectants, jer favoriziraju prolazak vode do netopljivih faza u njoj.
• Stabilizatori za emulzije spojeva netopljivih u vodi i vodi, poput ulja i vode iz majoneze.
• Neki tenzidi promoviraju, a drugi sprečavaju pjenjenje.

Biosurfaktanti: površinski aktivne tvari biološkog podrijetla

Kada površinski aktivna tvar dolazi iz živog organizma, to se naziva biosurfaktantom.

U strožem smislu, biosurfaktanti se smatraju amfifilnim biološkim spojevima (s dvostrukim kemijskim ponašanjem, topivim u vodi i masti), koje proizvode mikroorganizmi poput kvasca, bakterija i nitastih gljivica.

Biosurfaktanti se izlučuju ili zadržavaju kao dio mikrobne stanične membrane.

Također se neki biourfaktanti proizvode biotehnološkim postupcima, koristeći enzime koji djeluju na biološki kemijski spoj ili prirodni proizvod.

Primjeri biourfaktanata

Prirodni bio-površinski aktivni sastojci uključuju saponine iz biljaka poput cvijeta kajene (Hibiscus sp.), Lecitina, žučnih sokova sisavaca ili humane surfaktante pluća (s vrlo važnim fiziološkim funkcijama).

Uz to, aminokiseline i njihovi derivati, betaini i fosfolipidi, svi ti prirodni proizvodi biološkog porijekla, su biosurfaktanti.

Razvrstavanje biourfaktanata i primjeri

-U skladu s prirodom električnog naboja u polarnom dijelu ili glavi

Biosurfaktanti se mogu grupirati u sljedeće kategorije na temelju električnog naboja njihove polarne glave:

Anionski biosurfaktanti

Oni imaju negativan naboj na polarnoj kraju, često zbog prisutnosti sulfonatne skupine SO ₃ ^-.

Kationski biourfaktanti

Imaju pozitivan naboj na glavi, obično kvaterne amonijeve skupine NR ₄ ⁺, pri čemu R predstavlja lanac ugljika i vodika.

Amfoterijski biosurfaktanti

Imaju i pozitivne i negativne naboje na istoj molekuli.

Neionski biosurfaktanti

U glavi nemaju ione ili električne naboje.

-S obzirom na njegovu kemijsku prirodu

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

Glikolipidni biosurfaktanti

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

Među glikolipidima najpoznatiji su ranonolipidi, bioemulgatori koji su dobro proučeni, s visokom emulgirajućom aktivnošću i visokim afinitetom hidrofobnih organskih molekula (koje se ne rastvaraju u vodi).

Oni se smatraju najučinkovitijim površinski aktivnim tvarima za uklanjanje hidrofobnih spojeva na onečišćenim tlima.

Primjeri ramnolipida uključuju surfaktante koje proizvode bakterije roda Pseudomonas.

Postoje i drugi glikolipidi koje proizvodi Torulopsis sp., S biocidnim djelovanjem i koristi se u kozmetici, proizvodima protiv peruti, bakteriostatima i kao dezodoransi tijela.

Biosurfaktanti lipoproteina i lipopeptida

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

Na primjer, Bacillus subtilis je bakterija koja proizvodi lipopeptide koji se nazivaju surfaktini. To su jedni od najmoćnijih površinskih napetosti koje smanjuju biosfraktante.

Surfaktini imaju sposobnost stvaranja lize eritrocita (raspada crvenih krvnih zrnaca) kod sisavaca. Osim toga, oni se mogu koristiti kao biocidi za štetočine poput malih glodavaca.

Biosurfaktanti masne kiseline

Neki mikroorganizmi mogu oksidirati alkane (ugljikov i vodikov lanac) u masnim kiselinama koje imaju površinski aktivna svojstva.

Fosfolipidni biosurfaktanti

Fosfolipidi su kemijski spojevi koji imaju fosfatne skupine (PO ₄ ^3-), vezane na dio s lipidnom strukturom. Dio su membrane mikroorganizama.

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

Polimerni biosurfaktanti

Polimerni biosurfaktanti su makromolekule velike molekulske mase. Najviše proučavani biosurfaktanti u ovoj skupini su: emulgatori, liposukcija, mannoprotein i polisaharidno-proteinski kompleksi.

Na primjer, bakterija Acinetobacter calcoaceticus proizvodi polianijski emulgator (s različitim negativnim nabojima), vrlo učinkovit bioemulgator za ugljikovodike u vodi. To je ujedno i jedan od najmoćnijih poznatih stabilizatora emulzije.

Liposan je u vodi netoparni emulgator topljiv u vodi, a sastoji se od polisaharida i proteina Candida lipolytica.

Sanacija okoliša

Biosurfaktanti se koriste u bioremedijaciji tla zagađenih toksičnim metalima, poput urana, kadmija i olova (biosurfaktanti Pseudomonas spp. I Rhodococcus spp.).

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

Slika 3. Biosurfaktanti se koriste u postupcima sanacije okoliša zbog izlijevanja nafte. Izvor: Ministarstvo vanjskih poslova Ekvadora, putem Wikimedia Commonsa

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

U industrijskim procesima

Biosurfaktanti se koriste u industriji deterdženata i čistijih sredstava, jer pojačavaju djelovanje čišćenja otapanjem masti koje prljavu odjeću ili površine prljaju u vodi za pranje.

Također se koriste kao pomoćni kemijski spojevi u tekstilnoj, papirnoj i kožarskoj industriji.

U kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji

U kozmetičkoj industriji Bacillus licheniformis proizvodi biosurfaktante koji se koriste kao proizvodi protiv peruti, bakteriostatski i dezodoransi.

Neki biosurfaktanti koriste se u farmaceutskoj i biomedicinskoj industriji zbog svog antimikrobnog i / ili antifungalnog djelovanja.

U prehrambenoj industriji

U prehrambenoj industriji biosurfaktanti se koriste u proizvodnji majoneze (koja je emulzija jajne vode i ulja). Ovi biosurfaktanti potječu od lektina i njihovih derivata, koji poboljšavaju kvalitetu i dodatno okus.

U poljoprivredi

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

Druga upotreba bio-površinski aktivnih tvari u poljoprivredi je povećavanje dostupnosti mikronutrijenata iz tla.

Reference

1. Banat, IM, Makkar, RS i Cameotra, SS (2000). Potencijalne komercijalne primjene mikrobnih surfaktanata. Primijenjena mikrobiološka tehnologija. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS i Makkar, RS (2004). Najnovije primjene biosurfaktanata kao bioloških i imunoloških molekula. Trenutačna mišljenja u mikrobiologiji. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH i Chang, JS (2007). Ponovljena fermentacijska šarža sa pH-statom za proizvodnju ramnolipida s autohtonom Pseudomonas aeruginosa Primijenjena mikrobiološka biotehnologija. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Primjene u okolišu za biosurfaktante. Zagađenje 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 elektrokinetičkoj obradi. Časopis za kemijsko inženjerstvo. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.