POVRŠINSKO AKTIVNE SNOVI IN ​​BIOURFAKTANTI: ZA KAJ GRE, PRIMERI IN UPORABE - BIOLOGIJA - 2026

Surfaktant je kemična spojina, ki lahko zmanjša površinsko napetost tekoče snovi, ki delujejo na vmesnik ali stični ploskvi med dvema fazama, na primer vode zrakom ali vodo olja.

Izraz površinsko aktivna snov izvira iz angleške besede surfaktant, ki posledično izhaja iz akronima izraz surf ace active agent, kar v španščini pomeni interfacialno ali površinsko delovanje.

Slika 1. Struktura površinsko aktivnih snovi. Vir: Glavni ukrep, Wikimedia Commons

V španščini se uporablja beseda "površinsko aktivna snov", ki se nanaša na sposobnost kemične spojine, da deluje na površinsko ali medfazno napetost. Površinsko napetost lahko definiramo kot odpornost, da morajo tekočine povečati svojo površino.

Voda ima visoko površinsko napetost, ker so njene molekule zelo tesno vezane in se upirajo ločevanju, ko na njih pritiska pritisk.

Na primer, nekatere vodne žuželke, kot je „pajčaš“ (Gerris lacustris), se lahko premikajo po vodi, ne da bi potonili, zahvaljujoč površinski napetosti vode, ki omogoča nastanek filma na njeni površini.

Slika 2. Žuželka, ki se lahko premika po vodi. Vir: TimVickers, iz Wikimedia Commons

Prav tako jeklena igla zaradi površinske napetosti vode ostane na površini vode in ne potone.

Sestava in delovanje površinsko aktivnih snovi

Vsa površinsko aktivna ali površinsko aktivna kemična sredstva so po naravi amfifilna, torej imajo dvojno vedenje, saj lahko raztopijo polarne in nepolarne spojine. Površinsko aktivne snovi imajo v svoji strukturi dva glavna dela:

• Hidrofilna polarna glava, podobna vodi in polarnim spojinam.
• Lipofilni, hidrofobni nepolarni rep, podoben nepolarnim spojinam.

Polarna glava je lahko neionska ali ionska. Rep površinsko aktivne snovi ali apolarni del sta lahko alkilna ali alkilbenzenova ogljikova in vodikova veriga.

Ta zelo posebna struktura daje površinsko aktivnim kemičnim spojinam dvojno, amfifilno vedenje: afiniteto do polarnih spojin ali faz, topnih v vodi in tudi afiniteto za nepolarne spojine, netopne v vodi.

Na splošno površinsko aktivna sredstva zmanjšajo površinsko napetost vode, kar omogoča, da se ta tekočina v večji meri razširi in pretaka, vlažijo sosednje površine in faze.

Za kaj so površinsko aktivne snovi?

Kemikalije površinsko aktivne snovi izvajajo svojo aktivnost na površinah ali vmesnikih.

Ko se raztopijo v vodi, se selijo na primer na vmesnike voda-olje ali voda-zrak, kjer lahko delujejo kot:

• Disperzivi in ​​topila v vodi netopnih ali slabo topnih spojin.
• Humactants, saj dajejo prednost prehodu vode do netopnih faz v njej.
• Stabilizatorji za emulzije spojin, netopnih v vodi in vodi, kot sta olje in voda iz majoneze.
• Nekatere površinsko aktivne snovi spodbujajo, druge pa preprečujejo penjenje.

Biofurfaktanti: površinsko aktivne snovi biološkega izvora

Kadar površinsko aktivna snov izvira iz živega organizma, jo imenujemo biosurfaktant.

V strožjem smislu se biofarfaktanti štejejo za amfifilne biološke spojine (z dvojnim kemijskim obnašanjem, topne v vodi in maščobi), ki jih proizvajajo mikroorganizmi, kot so kvas, bakterije in nitaste glive.

Biosurfaktanti se izločajo ali zadržijo kot del membrane mikrobnih celic.

Tudi nekateri biourfaktanti nastajajo z biotehnološkimi postopki z uporabo encimov, ki delujejo na biološko kemično spojino ali naravni proizvod.

Primeri biourfaktantov

Naravna biosodelujoča zdravila vključujejo saponine iz rastlin, kot so cvet kajenske (Hibiscus sp.), Lecitin, žolčni sokovi sesalcev ali človeško površinsko aktivno sredstvo (z zelo pomembnimi fiziološkimi funkcijami).

Poleg tega so aminokisline in njihovi derivati, betaini in fosfolipidi, vsi ti naravni proizvodi biološkega izvora, biosodno aktivne snovi.

Razvrstitev biološko aktivnih snovi in ​​primeri

-V skladu z naravo električnega naboja v polarnem delu ali glavi

Biosorfaktanti se lahko razvrstijo v naslednje kategorije glede na električni naboj njihove polarne glave:

Anionski biourfaktanti

Imajo negativen naboj na polarnem koncu, pogosto zaradi prisotnosti sulfonatno skupino -SO ₃ ^- .

Kationski biourfaktanti

Na glavi imajo pozitiven naboj, običajno je kvartarna amonijeva skupina NR ₄ ⁺ , kjer R predstavlja verigo ogljika in vodika.

Amfoterični biourfaktanti

Na isti molekuli imajo pozitivne in negativne naboje.

Neionski biourfaktanti

V glavi nimajo ionov ali električnih nabojev.

-V skladu s svojo kemijsko naravo

Po svoji kemijski naravi se biourfaktanti razvrščajo v naslednje vrste:

Glikolipidni biourfaktanti

Glikolipidi so molekule, ki imajo v svoji kemijski strukturi del lipidov ali maščob in del sladkorja. Večina znanih biourfaktantov so glikolipidi. Slednje sestavljajo sulfati sladkorjev, kot so glukoza, galaktoza, manoza, ramnoza in galaktoza.

Med glikolipidi so najbolj znani ramnolipidi, bioemulgatorji, ki so bili obsežno raziskani, z visoko emulgatorno aktivnostjo in visoko afiniteto za hidrofobne organske molekule (ki se ne raztopijo v vodi).

Te veljajo za najučinkovitejše površinsko aktivne snovi za odstranjevanje hidrofobnih spojin na onesnaženih tleh.

Primeri ramnolipidov vključujejo površinsko aktivne snovi, ki jih proizvajajo bakterije iz rodu Pseudomonas.

Obstajajo tudi drugi glikolipidi, ki jih proizvaja Torulopsis sp. Z biocidnim delovanjem in se uporabljajo v kozmetiki, izdelkih proti prhljaju, bakteriostatikih in kot deodoranti za telo.

Lipoproteinski in lipopeptidni biourfaktanti

Lipoproteini so kemične spojine, ki imajo v svoji strukturi del lipidov ali maščob in drug del beljakovin.

Na primer, Bacillus subtilis je bakterija, ki proizvaja lipopeptide, imenovane surfaktini. Ti so med najmočnejšimi površinskimi napetostmi, ki zmanjšujejo biosorfaktante.

Surfaktini imajo sposobnost sesanja eritrocitov (razpad rdečih krvnih celic) pri sesalcih. Poleg tega se lahko uporabljajo kot biocidi za škodljivce, kot so mali glodalci.

Bio maščobosilna maščobna kislina

Nekateri mikroorganizmi lahko oksidirajo alkane (ogljikove in vodikove verige) v maščobne kisline, ki imajo površinsko aktivne lastnosti.

Fosfolipidni biourfaktanti

Fosfolipidi so kemične spojine, ki imajo fosfatne skupine (PO ₄ ^3- ), pritrjene na del z lipidno strukturo. So del membran mikroorganizmov.

Določene bakterije in kvasovke, ki se hranijo z ogljikovodiki, ko rastejo na alkanskih substratih, povečajo količino fosfolipidov v svoji membrani. Na primer, Acinetobacter sp., Thiobacillus tioxidans in Rhodococcus eritropolis.

Polimerni biourfaktanti

Polimerni biourfaktanti so makromolekule z visoko molekulsko maso. Najbolj preučeni bio-površinsko aktivni snovi iz te skupine so: kompleksi emulgiranja, liposana, manoproteina in polisaharidov beljakovin.

Na primer, bakterija Acinetobacter calcoaceticus proizvaja polianijski emulgator (z različnimi negativnimi naboji), zelo učinkovit bioemulgator za ogljikovodike v vodi. Je tudi eden izmed najmočnejših znanih stabilizatorjev emulzije.

Liposan je vodotopni zunajcelični emulgator, sestavljen iz polisaharidov in beljakovin Candida lipolytica.

Okoljevarstvo

Bio-površinsko aktivna sredstva se uporabljajo pri bioremediaciji tal, onesnaženih s strupenimi kovinami, kot so uran, kadmij in svinec (biourfaktanti Pseudomonas spp. In Rhodococcus spp.).

Uporabljajo se tudi v bioremediacijskih postopkih tal in vode, onesnaženih z razlitjem bencina ali nafte.

Slika 3. Biorazporna sredstva se uporabljajo v postopkih sanacije okolja zaradi razlitja nafte. Vir: Ekvadorsko zunanje ministrstvo, prek Wikimedia Commons

Na primer, Aeromonas sp. proizvaja biourfaktante, ki omogočajo razgradnjo olja ali redukcijo velikih molekul na manjše, ki služijo kot hranila za mikroorganizme, bakterije in glive.

V industrijskih procesih

Bio-čistila se uporabljajo v industriji detergentov in čistil, saj krepijo čistilno delovanje z raztapljanjem maščob, ki umazajo oblačila ali površine v pralni vodi.

Uporabljajo se tudi kot pomožne kemične spojine v tekstilni, papirni in usnjarski industriji.

V kozmetični in farmacevtski industriji

V kozmetični industriji Bacillus licheniformis proizvaja biosorfaktante, ki se uporabljajo kot izdelki proti prhljaju, bakteriostatiki in deodoranti.

Nekatera bio-aktivna sredstva se v farmacevtski in biomedicinski industriji uporabljajo za njihovo protimikrobno in / ali protiglivično delovanje.

V prehrambeni industriji

V prehrambeni industriji se biofarmatanti uporabljajo pri izdelavi majoneze (ki je emulzija jajčne vode in olja). Ta biourfaktanta izvirajo iz lektinov in njihovih derivatov, ki izboljšujejo kakovost in dodaten okus.

V kmetijstvu

V kmetijstvu se biourfaktanti uporabljajo za biološki nadzor patogenov (gliv, bakterij, virusov) v pridelkih.

Druga uporaba biourfaktantov v kmetijstvu je povečanje razpoložljivosti mikrohranil iz zemlje.

Reference

1. Banat, IM, Makkar, RS in Cameotra, SS (2000). Možne komercialne uporabe mikrobnih površinsko aktivnih snovi. Uporabna mikrobiološka tehnologija. 53 (5): 495–508.
2. Cameotra, SS in Makkar, RS (2004). Nedavne uporabe biourfaktantov kot bioloških in imunoloških molekul. Trenutna mnenja v mikrobiologiji. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH in Chang, JS (2007). Ponavljajoča se fermentacijska pH-šaržna fermentacija za proizvodnjo ramnolipida z avtohtono pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology. 76 (1): 67–74.
4. Mulligan, CN (2005). Okoljski načini uporabe biološko aktivnih snovi. Onesnaževanje okolja. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. in Liu, T. (2018). Biokreaktivna sredstva so v elektrokinetični obdelavi izboljšala odstranjevanje težkih kovin iz blata. Časopis za kemijsko tehniko. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.