SURFAKTANTER OG BIOSURFAKTANTER: HVA DEN ER TIL, EKSEMPLER OG BRUKSOMRÅDER - BIOLOGI - 2026

Et overflateaktivt middel er en kjemisk forbindelse som er i stand til å redusere overflatespenningen til et flytende stoff, og virker ved en grenseflate eller kontaktflate mellom to faser, for eksempel vann-luft eller vann-olje.

Begrepet overflateaktivt middel kommer fra det engelske ordet overflateaktivt middel, som igjen er avledet fra forkortelsen til uttrykket surf ace active agent, som betyr på spansk middel med grensesnitt- eller overflateaktivitet.

Figur 1. Oppbygning av overflateaktive stoffer. Kilde: Major tiltak, fra Wikimedia Commons

På spansk brukes ordet "overflateaktivt middel", og refererer til evnen til en kjemisk forbindelse til å virke på overflate- eller grensesnittstrekk. Overflatespenning kan defineres som en motstand som væsker må øke overflaten.

Vann har en høy overflatespenning fordi molekylene er veldig tett bundet og motstår at de skilles når det utøves trykk på overflaten.

Noen vannlevende insekter, for eksempel "skomaker" (Gerris lacustris), kan for eksempel bevege seg på vannet uten å synke, takket være overflatespenningen til vannet, noe som gjør det mulig å danne en film på overflaten.

Figur 2. Insekt som kan bevege seg på vann. Kilde: TimVickers, fra Wikimedia Commons

En stålnål holder seg også på overflaten av vannet og synker ikke på grunn av overflatespenningen til vannet.

Oppbygning og funksjon av overflateaktive stoffer

Alle overflateaktive eller kjemiske overflateaktive stoffer er amfifile i naturen, det vil si at de har en dobbelt oppførsel, siden de kan oppløse polare og ikke-polare forbindelser. Surfaktanter har to hoveddeler i sin struktur:

• Et hydrofilt polarhode, beslektet med vann og polare forbindelser.
• En lipofil, hydrofobisk ikke-polær hale, i likhet med ikke-polare forbindelser.

Det polare hodet kan være ikke-ionisk eller ionisk. Den overflateaktive halen, eller den apolare delen, kan være en alkyl- eller alkylbenzenkarbon- og hydrogenkjede.

Denne helt spesielle strukturen gir kjemiske overflateaktive forbindelser en dobbel amfifil oppførsel: affinitet for polare forbindelser eller faser, løselige i vann og også affinitet for ikke-polare forbindelser, uløselig i vann.

Generelt reduserer overflateaktive midler overflatespenningen til vann, slik at denne væsken kan ekspandere og strømme i større grad, og fuktende naboflater og faser.

Hva er overflateaktive stoffer til?

Overflateaktive kjemikalier utøver sin aktivitet på overflater eller grensesnitt.

Når de blir oppløst i vann, vandrer de til vann-olje- eller vann-luft-grensesnittene, for eksempel der de kan fungere som:

• Dispergeringsmidler og oppløseliggjørende midler av uoppløselige eller dårlig oppløselige forbindelser i vann.
• Humektanter, da de favoriserer overføring av vann til uoppløselige faser i det.
• Stabilisatorer for emulsjoner av forbindelser uløselig i vann og vann, for eksempel olje og vann fra majones.
• Noen overflateaktive midler promoterer og andre forhindrer skumdannelse.

Biosurfaktanter: surfaktanter av biologisk opprinnelse

Når overflateaktivt middel kommer fra en levende organisme, kalles det en biosurfaktant.

I en strengere forstand anses biosurfaktanter som amfifile biologiske forbindelser (med dobbelt kjemisk oppførsel, løselig i vann og fett), produsert av mikroorganismer som gjær, bakterier og filamentøs sopp.

Biosurfaktanter skilles ut eller beholdes som en del av den mikrobielle cellemembranen.

Noen biosurfaktanter produseres også ved bioteknologiske prosesser, ved bruk av enzymer som virker på en biologisk kjemisk forbindelse eller et naturlig produkt.

Eksempler på biosurfaktanter

Naturlige biosurfaktanter inkluderer saponiner fra planter som cayenneblomst (Hibiscus sp.), Lecithin, pattedyrs gallesafter eller humant lungetensidmiddel (med veldig viktige fysiologiske funksjoner).

I tillegg er aminosyrer og derivater derav, betainer og fosfolipider, alle disse naturlige produktene av biologisk opprinnelse, biosurfaktanter.

Klassifisering av biosurfaktanter og eksempler

-I henhold til arten av den elektriske ladningen i den polare delen eller hodet

Biosurfaktanter kan grupperes i følgende kategorier, basert på den elektriske ladningen til det polare hodet:

Anioniske biosurfaktanter

De har en negativ ladning i polarenden, ofte på grunn av tilstedeværelsen av en sulfonatgruppe –SO ₃ ^- .

Kationiske biosurfaktanter

De har en positiv ladning på hodet, vanligvis en kvaternær ammonium-gruppe NR ₄ ⁺ , hvor R betyr en kjede av karbon og hydrogen.

Amfotere biosurfaktanter

De har både positive og negative ladninger på det samme molekylet.

Ikke-ioniske biosurfaktanter

De har ikke ioner eller elektriske ladninger i hodet.

I samsvar med dets kjemiske natur

I henhold til deres kjemiske natur er biosurfaktanter klassifisert i følgende typer:

Glykolipid biosurfaktanter

Glykolipider er molekyler som i sin kjemiske struktur har en del av lipid eller fett og en del av sukker. De fleste av de kjente biosurfaktantene er glykolipider. Sistnevnte består av sulfater av sukkerarter som glukose, galaktose, mannose, rhamnose og galaktose.

Blant glykolipidene er de mest kjente rhamnolipidene, bioemulgatorer som er blitt grundig studert, med høy emulgerende aktivitet og høy affinitet for hydrofobe organiske molekyler (som ikke løses opp i vann).

Disse regnes som de mest effektive overflateaktive midlene for fjerning av hydrofobe forbindelser i forurenset jord.

Eksempler på rhamnolipider inkluderer overflateaktive midler produsert av bakterier av slekten Pseudomonas.

Det er andre glykolipider, produsert av Torulopsis sp., Med biocid aktivitet og brukt i kosmetikk, anti-flassprodukter, bakteriostatika og som kroppsdeodoranter.

Lipoprotein og lipopeptid biosurfaktanter

Lipoproteiner er kjemiske forbindelser som i sin struktur har en del av lipid eller fett og en annen del av protein.

For eksempel er Bacillus subtilis en bakterie som produserer lipopeptider kalt surfaktiner. Dette er blant de kraftigste overflatespenningsreduserende biosurfaktantene.

Surfaktiner har evnen til å produsere erytrocyttlys (nedbrytning av røde blodlegemer) hos pattedyr. I tillegg kan de brukes som biocider for skadedyr som smågnagere.

Fettsyre biosurfaktanter

Noen mikroorganismer kan oksidere alkaner (karbon- og hydrogenkjeder) til fettsyrer som har overflateaktive egenskaper.

Fosfolipid biosurfaktanter

Fosfolipider er kjemiske forbindelser som har fosfatgrupper (PO ₄ ^3- ), festet til en del med en lipidstruktur. De er en del av membranene til mikroorganismer.

Enkelte bakterier og gjær som lever på hydrokarboner, øker mengden fosfolipider i membranen når de vokser på alkansubstrater. For eksempel Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxans og Rhodococcus erythropolis.

Polymere biosurfaktanter

Polymeriske biosurfaktanter er makromolekyler med høy molekylvekt. De mest studerte biosurfaktantene i denne gruppen er: emulgering, liposan, mannoprotein og polysakkarid-proteinkomplekser.

For eksempel produserer bakterien Acinetobacter calcoaceticus polyanionisk emulgator (med forskjellige negative ladninger), et veldig effektivt bioemulgator for hydrokarboner i vann. Det er også en av de kraftigste kjente emulsjonsstabilisatorene.

Liposan er et vannløselig, ekstracellulært emulgator, bestående av polysakkarider og Candida lipolytica-protein.

Miljøsanitære forhold

Biosurfaktanter brukes til bioremediering av jord som er forurenset av giftige metaller, slik som uran, kadmium og bly (biosurfaktanter av Pseudomonas spp. Og Rhodococcus spp.).

De brukes også i bioremedieringsprosesser av jordsmonn og vann forurenset av bensin eller oljesøl.

Figur 3. Biosurfaktanter brukes i miljømessige sanitetsprosesser på grunn av oljeutslipp. Kilde: Ecuador utenriksdepartement, via Wikimedia Commons

For eksempel har Aeromonas sp. produserer biosurfaktanter som tillater nedbrytning av olje eller reduksjon av store molekyler til mindre, som fungerer som næringsstoffer for mikroorganismer, bakterier og sopp.

I industrielle prosesser

Biosurfaktanter brukes i vaskemiddel- og renholdsindustrien, siden de forbedrer rengjøringsvirkningen ved å løse opp fett som skitne klær eller overflater i vaskevannet.

De brukes også som hjelpekjemiske forbindelser i tekstil-, papir- og garveriindustrien.

I kosmetikk- og farmasøytisk industri

I kosmetikkindustrien produserer Bacillus licheniformis biosurfaktanter som brukes som flass, bakteriostatisk og deodorant.

Noen biosurfaktanter brukes i den farmasøytiske og biomedisinske industrien for deres antimikrobielle og / eller soppdrepende aktivitet.

I matindustrien

I matindustrien brukes biosurfaktanter i produksjon av majones (som er en emulsjon av eggvann og olje). Disse biosurfaktantene kommer fra lektiner og derivater derav, som forbedrer kvalitet og smaker i tillegg.

I landbruket

I landbruket brukes biosurfaktanter for biologisk kontroll av patogener (sopp, bakterier, virus) i avlinger.

En annen bruk av biosurfaktanter i landbruket er å øke tilgjengeligheten av mikronæringsstoffer fra jorda.

referanser

1. Banat, IM, Makkar, RS og Cameotra, SS (2000). Potensielle kommersielle anvendelser av mikrobielle overflateaktive midler. Anvendt mikrobiologisk teknologi. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS og Makkar, RS (2004). Nyere anvendelser av biosurfaktanter som biologiske og immunologiske molekyler. Aktuelle meninger i mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH og Chang, JS (2007). Gjentatt pH-stat-mat-batch-gjæring for rhamnolipidproduksjon med urfolk Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Miljøanvendelser for biosurfaktanter. Miljøforurensning. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. og Liu, T. (2018). Biosurfaktanter forbedret fjerning av tungmetaller fra slam i den elektrokinetiske behandlingen. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.