Za površinsko aktivne snovi in ​​biološko površinsko aktivne snovi veljajo primeri in uporabe



A površinsko aktivne snovi je kemična spojina, ki lahko zmanjša površinsko napetost tekoče snovi, ki deluje na vmesnik ali kontaktno površino med dvema fazama, na primer vodo-zrak ali voda-olje.

Izraz surfaktant izhaja iz angleške besede površinsko aktivne snovi, ki izhaja iz kratice izraza surfaktivno sredstvo, kar pomeni v španskem agentu z medfazno ali površinsko aktivnostjo.

V španščini se uporablja beseda "surfaktant", ki se nanaša na sposobnost delovanja kemične spojine na površinsko ali medfazno napetost. Površinsko napetost je mogoče opredeliti kot odpornost, ki jo morajo tekočine povečati.

Voda ima visoko površinsko napetost, ker so njene molekule zelo tesno povezane in se upirajo ločevanju, ko se na površini pritiska izvaja.

Na primer, nekatere vodne žuželke, kot je "čevljar" (Gerris lacustris), se lahko premika po vodi, ne da bi se potopila, zahvaljujoč površinski napetosti vode, ki omogoča oblikovanje filma na njegovi površini.

Tudi jeklena igla je nameščena nad površino vode in se ne potopi zaradi površinske napetosti vode.

Indeks

  • 1 Struktura in delovanje površinsko aktivnih snovi
  • Za kaj so površinsko aktivne snovi??
  • 3 Biosurfaktanti: površinsko aktivne snovi biološkega izvora
    • 3.1 Primeri biosurfaktantov
  • 4 Razvrstitev biofiltrov in primeri
    • 4.1 - Glede na naravo električnega naboja v polarnem ali glavnem delu
    • 4.2 - Glede na njegovo kemijsko naravo
    • 4.3 - Glede na svojo molekulsko maso
  • 5 Proizvodnja biološko-aktivnih snovi
  • 6 Uporaba biofaktantov
    • 6.1 Naftna industrija
    • 6.2 Okoljske sanacije
    • 6.3 V industrijskih procesih
    • 6.4 V kozmetični in farmacevtski industriji
    • 6.5 V živilski industriji
    • 6.6 V kmetijstvu
  • 7 Reference

Struktura in delovanje površinsko aktivnih snovi

Vse kemične površinsko aktivne snovi ali površinsko aktivne snovi so narave amfifilni, to pomeni, da imajo dvojno vedenje, ker lahko raztopijo polarne in nepolarne spojine. Površinsko aktivne snovi imajo v svoji strukturi dva glavna dela:

  • Hidrofilna polarna glava, podobna vodi in polarnim spojinam.
  • Nepolarni hidrofobni lipofilni rep, povezan z nepolarnimi spojinami.

Polarna glava je lahko neionska ali ionska. Rep površinsko aktivnega ali nepolarnega dela je lahko veriga ogljika in vodikovega alkila ali alkilbenzena.

Ta posebna struktura daje površinsko aktivnim kemičnim spojinam dvojno amfifilno obnašanje: afiniteto za spojine ali polarne faze, topne v vodi in tudi afiniteto za nepolarne spojine, netopne v vodi.

Na splošno površinsko aktivne snovi zmanjšajo površinsko napetost vode, kar omogoča, da se ta tekočina v večji meri širi in teče, vlaži sosednje površine in faze..

Za kaj so površinsko aktivne snovi??

Kemične spojine površinsko aktivne snovi izvajajo svojo aktivnost na površinah ali vmesnikih.

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

  • Disperzijske snovi in ​​solubilizatorji netopnih ali slabo topnih spojin v vodi.
  • Humektanti, ker spodbujajo prehod vode v netopne faze.
  • Stabilizatorji emulzij spojin, netopnih v vodi in vodi, kot sta voda iz olja in majoneze.
  • Nekatere površinsko aktivne snovi so naklonjene, druge pa preprečujejo nastanek pene.

Biosurfaktanti: površinsko aktivne snovi biološkega izvora

Ko površinsko aktivno sredstvo prihaja iz živega organizma, se imenuje biosurfaktant.

V bolj strogem pomenu veljajo za biofiltre amfifilne biološke spojine (dvojno kemično obnašanje, topne v vodi in maščobah), ki jih proizvajajo mikroorganizmi, kot so kvasovke, bakterije in filamentozne glive..

Biosurfaktanti se izločajo ali zadržijo kot del mikrobne celične membrane.

Tudi nekateri biosurfaktanti nastajajo z biotehnološkimi postopki, pri čemer se uporabljajo encimi, ki delujejo na biološko kemično spojino ali naravni proizvod.

Primeri bio-površinsko aktivnih snovi

Med naravnimi površinsko aktivnimi snovmi lahko omenimo saponine rastlin, kot je kajenski cvet (Hibiskus sp.), lecitin, žolčevi sokovi sesalcev ali človeški pljučni surfaktant (z zelo pomembnimi fiziološkimi funkcijami).

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

Razvrstitev biofiltrov in primeri

-Glede na naravo električnega naboja v polarnem ali glavnem delu

Biosurfaktante lahko razvrstimo v naslednje kategorije, odvisno od električnega naboja polarne glave:

Anionski biosurfaktanti

Imajo negativen naboj na polarnem koncu, pogosto zaradi prisotnosti sulfonatne skupine -SO3-.

Kationski biosurfaktanti

Imajo pozitivni naboj na glavi, navadno kvarterno amonijevo skupino NR4+, kjer R predstavlja ogljikovo in vodikovo verigo.

Amfoterni biosurfaktanti

Imajo dva naboja, pozitivna in negativna v isti molekuli.

Neionski biosurfaktanti

V svojih glavah nimajo ionov ali električnih nabojev.

-Glede na njegovo kemijsko naravo

Glede na njihovo kemijsko naravo se biosurfaktanti razvrščajo v naslednje vrste:

Glikolipidni biosurfaktanti

Glikolipidi so molekule, ki imajo v svoji kemijski strukturi del lipidov ali maščob in del sladkorja. Najbolj znani biosurfaktanti so glikolipidi. Slednji so sestavljeni iz sulfatov sladkorjev, kot so glukoza, galaktoza, manoza, ramnoza in galaktoza.

Med glikolipidi so najbolj poznani ramnolipidi, bioemulgatorji, ki so bili zelo raziskani, visoka emulgirna aktivnost in visoka afiniteta za hidrofobne organske molekule (ki se ne raztopijo v vodi).

Ti se štejejo za najučinkovitejše površinsko aktivne snovi za odstranjevanje hidrofobnih spojin v kontaminirani zemlji.

Kot primeri ramnolipidov lahko omenimo površinsko aktivne snovi, ki proizvajajo bakterije iz rodu Pseudomonas.

Obstajajo tudi drugi glikolipidi, ki jih proizvaja Torulopsis sp., z biocidnim delovanjem in se uporablja v kozmetiki, sredstvih proti prhljaju, bakteriostatiku in kot dezodoranti za telo.

Biosurfaktanti lipoproteini in lipopeptidi

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

Na primer, Bacillus subtilis je bakterija, ki proizvaja lipopeptide, imenovane surfaktini. To so najmočnejše zmanjšanje biološkega delovanja površinskih napetosti.

Surfaktini so sposobni proizvajati lizo eritrocitov (rupturo rdečih krvnih celic) sesalcev. Poleg tega se lahko uporabljajo kot biocidi škodljivcev kot majhni glodalci.

Biosurfaktanti maščobne kisline

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

Fosfolipidni biosurfaktanti

Fosfolipidi so kemijske spojine, ki imajo fosfatne skupine (PO43-), pritrjen na del z lipidno strukturo. So del membran mikroorganizmov.

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

Polimerni biosurfaktanti

Polimerni biosurfaktanti so makromolekule z visoko molekulsko maso. Najbolj proučevani biosufaktanti te skupine so: emulzanski, liposanski, manoproteinski in polisaharidno-proteinski kompleksi..

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

Liposan je zunajcelični emulgator, topen v vodi, ki ga tvorijo polisaharidi in beljakovine Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae proizvaja velike količine manoproteinov z odlično emulgirno aktivnostjo olj, alkanov in organskih topil.

-Glede na svojo molekulsko maso

Biosurfaktanti so razvrščeni v dve kategoriji:

Biosurfaktanti z nizko molekulsko maso

Z manjšimi površinskimi in medfaznimi napetostmi. Na primer, ramnolipidi.

Polimerni biosurfaktanti visoke molekulske mase

To se močno veže na površine, kot so bioemulgatorji hrane.

Proizvodnja biosurfaktantov

Za proizvodnjo biosurfaktantov se v bioreaktorjih uporabljajo kulture mikroorganizmov. Večina teh mikroorganizmov je izolirana iz onesnaženih medijev, kot so industrijska odlagališča ali jame ogljikovodikov, ki jih zavrže naftna industrija..

Učinkovita proizvodnja biosurfaktantov je odvisna od več dejavnikov, kot je narava substrata ali vira ogljika, ki se uporablja kot gojišče kulture, in njegova stopnja slanosti. Poleg tega je odvisno od dejavnikov, kot so temperatura, pH in razpoložljivost kisika.

Uporaba biofaktantov

Trenutno obstaja veliko komercialno povpraševanje po bio-površinsko aktivnih snoveh, ker so površinsko aktivne snovi, pridobljene s kemično sintezo (iz naftnih derivatov) strupene, niso biorazgradljive in imajo zato okoljske predpise za njihovo uporabo..

Ti problemi so povzročili veliko zanimanje za bio-površinsko aktivne snovi kot biorazgradljive, nestrupene alternative.

Biosurfaktanti imajo aplikacije na številnih področjih, kot so:

Naftna industrija

Biosurfaktanti se uporabljajo pri pridobivanju olja in bioremediaciji (dekontaminaciji z živimi organizmi) ogljikovodikov; primer: biosurfaktant iz Arthrobacter sp.

Uporabljajo se tudi v procesih biodesulfurizacije (odstranjevanje žvepla z mikroorganizmi) iz nafte. Uporabljene so bile vrste rodu Rhodococcus.

Okoljske sanacije

Biosurfaktanti se uporabljajo pri bioremedijaciji tal, onesnaženih s strupenimi kovinami, kot so uran, kadmij in svinec (biosurfaktanti iz Pseudomonas spp. in Rhodococcus spp.).

Uporabljajo se tudi v procesih bioremediacije tal in vode, onesnažene z razlitjem bencina ali nafte.

Na primer, Aeromonas sp. proizvaja biosurfaktante, ki omogočajo razgradnjo olja ali zmanjšanje velikih molekul na manjše, ki služijo kot hranila za bakterije in glivice mikroorganizmov.

V industrijskih procesih

Biosurfaktanti se uporabljajo v industriji detergentov in čistil, saj pospešujejo čiščenje z raztapljanjem maščob, ki onesnažujejo obleko ali površine, v pralni vodi.

Uporabljajo se tudi kot pomožne kemijske spojine v industriji tekstila, papirja in usnjarne.

V kozmetični in farmacevtski industriji

V kozmetični industriji, Bacillus licheniformis proizvaja biosurfaktante, ki se uporabljajo kot antidandruff, bakteriostatični in dezodorantni izdelki.

Nekateri biosurfaktanti se uporabljajo v farmacevtski in biomedicinski industriji za njihovo protimikrobno in / ali protiglivično delovanje..

V prehrambeni industriji

V živilski industriji se biosurfaktanti uporabljajo v proizvodnji majoneze (ki je emulzija jajčne vode in olja). Ti biofaktorji prihajajo iz lektinov in njihovih derivatov, ki izboljšajo kakovost in dodatno okus.

V kmetijstvu

V kmetijstvu se biosurfaktanti uporabljajo za biološko zatiranje patogenov (gliv, bakterij, virusov) pridelkov.

Druga uporaba biofaktantov v kmetijstvu je povečanje razpoložljivosti mikrohranil v tleh.

Reference

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. in Cameotra, S.S. (2000). Potencialne komercialne uporabe mikrobnih površinsko aktivnih snovi. Tehnologija uporabne mikrobiologije. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. in Makkar, R.S. (2004). Nedavne uporabe biosufaktantov kot bioloških in imunoloških molekul. Aktualna mnenja v mikrobiologiji. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. in Chang, J.S. (2007). Ponavljajoča se serijska fermentacija s pH-stanjem za proizvodnjo ramnolipidov z avtohtonimi Pseudomonas aeruginosa Uporabna mikrobiologija Biotehnologija. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Okoljske aplikacije za biološko aktivne 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). Biosurfaktanti so izboljšali odstranjevanje težkih kovin iz blata v elektrokinetični obdelavi. Journal of Chemical Engineering. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.