Surfaktanter og biosurfaktanter hva er det for, eksempler og bruksområder



en overflateaktivt er en kjemisk forbindelse som er i stand til å redusere overflatespenningen av en flytende substans, som virker på et grensesnitt eller en kontaktflate mellom to faser, for eksempel vannluft eller vannolje.

Betegnelsen overflateaktivt middel kommer fra det engelske ordet surfaktant, som igjen er avledet fra akronymet av uttrykket surfingess aktiv agent, som betyr i spansk agent med grensesnitt eller overflateaktivitet.

På spansk brukes ordet "overflateaktivt middel", med henvisning til virkningsevne for en kjemisk forbindelse på overflaten eller grensesnittet. Overflatespenning kan defineres som en motstand som væsker må øke overflaten.

Vann har en høy overflatespenning fordi dens molekyler er veldig sterkt bundet sammen og motstår separering når press utøves på overflaten.

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

Dessuten holdes en stålnål over overflaten av vannet og synker ikke på grunn av overflatespenningen av vannet.

index

  • 1 Struktur og drift av overflateaktive stoffer
  • 2 Hva er de overflateaktive stoffene for??
  • 3 Biosurfaktanter: overflateaktive stoffer med biologisk opprinnelse
    • 3.1 Eksempler på biosurfaktanter
  • 4 Klassifisering av biosurfaktanter og eksempler
    • 4.1 - I henhold til arten av den elektriske ladningen i polar- eller hodedelen
    • 4.2 - Ifølge sin kjemiske natur
    • 4.3 - I følge molekylvekten
  • 5 Produksjon av biosurfaktanter
  • 6 Anvendelser av biosurfaktanter
    • 6.1 Oljeindustrien
    • 6.2 Miljøhygiene
    • 6.3 I industrielle prosesser
    • 6.4 I kosmetisk og farmasøytisk industri
    • 6.5 I næringsmiddelindustrien
    • 6.6 I landbruket
  • 7 referanser

Struktur og drift av overflateaktive stoffer

Alle kjemiske overflateaktive stoffer eller overflateaktive stoffer er av natur amfifile, det vil si at de har en dobbel oppførsel, fordi de kan oppløse polare og ikke-polare forbindelser. De overflateaktive stoffene har to hoveddeler i sin struktur:

  • Et hydrofilt polarhode, som ligner vann og polare forbindelser.
  • En ikke-polar hydrofob lipofil hale, relatert til ikke-polare forbindelser.

Polarhodet kan være ikke-ionisk eller ionisk. Halen av det overflateaktive stoffet eller apolare delen, kan være en kjede av karbon og hydrogenalkyl eller alkylbenzen.

Denne spesielle strukturen gir de kjemiske stoffene for overflateaktivt middel en dobbelt, amfifil adferd: affinitet for forbindelser eller polære faser, oppløselig i vann og også affinitet for ikke-polare forbindelser, uoppløselig i vann.

Overflateaktive stoffer reduserer generelt overflatespenningen av vann, noe som gjør at denne væsken kan ekspandere og strømme i større grad, fukte naboflater og faser.

Hva er overflateaktive midler for??

Overflateaktive kjemiske forbindelser utøver sin aktivitet på overflater eller grensesnitt.

Når de oppløses i vann, migrerer de til vann- eller vannluftgrensesnittene, for eksempel hvor de kan fungere som:

  • Dispergeringsmidler og oppløsningsmidler av uoppløselige eller dårlig oppløselige forbindelser i vann.
  • Humectants, fordi de favoriserer passasje av vann til uoppløselige faser i dette.
  • Emulsjonsstabilisatorer av forbindelser uoppløselig i vann og vann, for eksempel olje og majones vann.
  • Noen overflateaktive fordeler og andre hindrer dannelsen av skum.

Biosurfaktanter: overflateaktive stoffer av biologisk opprinnelse

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

I strengere forstand betraktes biosurfaktanter som amfifile biologiske forbindelser (med dobbelt kjemisk oppførsel, oppløselig i vann og i fett), produsert av mikroorganismer som gjær, bakterier og filamentøse sopp..

Biosurfaktanter utskilles eller beholdes som en del av den mikrobielle cellemembranen.

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

Eksempler på biosurfaktanter

Blant de naturlige biosurfaktantene kan vi nevne saponiner av planter som cayenneblomsten (Hibiscus sp.), lecitin, gallsaft av pattedyr eller humant pulmonalt overflateaktivt middel (med meget viktige fysiologiske funksjoner).

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

Klassifisering av biosurfaktanter og eksempler

-I henhold til arten av den elektriske ladningen i polar- eller hodedelen

Biosurfaktanter kan grupperes i følgende kategorier, avhengig av elektrisk ladning av polarhodet:

Anioniske biosurfaktanter

De har en negativ ladning ved polarenden, ofte på grunn av tilstedeværelsen av en sulfonatgruppe -SO3-.

Kationiske biosurfaktanter

De har positiv ladning på hodet, vanligvis en kvaternær ammoniumgruppe NR4+, hvor R representerer en karbon- og hydrogenkjede.

Amfotere biosurfaktanter

De har de to ladningene, positive og negative i det samme molekylet.

Ikke-ioniske biosurfaktanter

De har ikke ioner eller elektriske ladninger i hodet.

-Ifølge sin kjemiske natur

Ifølge deres kjemiske natur er biosurfaktanter klassifisert i følgende typer:

Glykolipidbiosurfaktanter

Glykolipidene er molekyler som i sin kjemiske struktur er en del av lipid eller fett og en del av sukker. Mest kjente biosurfaktanter er glykolipider. Sistnevnte består av sulfater av sukkerarter som glukose, galaktose, mannose, rhamnose og galaktose.

Blant glykolipidene er de mest kjente rhamnolipidene, bioemulsifiserende midler som har blitt meget studert, høy emulgerende aktivitet og høy affinitet for hydrofobe organiske molekyler (som ikke oppløses i vann)

Disse betraktes som de mest effektive overflateaktive midler for fjerning av hydrofobe forbindelser i forurenset jord.

Som eksempler på rhamnolipider kan overflateaktive stoffer som produserer bakterier av slekten nevnes Pseudo.

Det finnes andre glykolipider, produsert av Torulopsis sp., med biocid aktivitet og brukes i kosmetikk, anti-flass, bakteriostatiske produkter og som kroppsdeodoranter.

Biosurfaktanter lipoproteiner og lipopeptider

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

For eksempel, Bacillus subtilis er en bakterie som produserer lipopeptider kalt surfactiner. Disse er de mest kraftige overflatespenningene som reduserer biosurfaktanter.

Surfaktinene har evnen til å frembringe lys av erytrocytter (ruptur av røde blodlegemer) av pattedyr. I tillegg kan de brukes som skadedyrsbidre som små gnagere.

Biosurfaktanter fettsyrer

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

Fosfosipidbiosurfaktanter

Fosfolipider er kjemiske forbindelser som har fosfatgrupper (PO43-) festet til en del med en lipidstruktur. De er en del av membranene av mikroorganismer.

Visse bakterier og gjær som fôrer på hydrokarboner, når de vokser på alkanunderlag, øker mengden fosfolipider i deres membran. For eksempel, Acinetobacter sp., Thiobacillus-toksydanere og Rhodococcus erytropolis.

Polymerbiosurfaktanter

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

For eksempel bakterien Acinetobacter calcoaceticus produserer polyanionisk emulsan (med flere negative kostnader), en meget effektiv bioemulsiver for hydrokarboner i vann. Det er også en av de mest kraftige emulsjonsstabilisatorene som er kjent.

Liposan er en ekstracellulær emulgator, oppløselig i vann, dannet av polysakkarider og protein av Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae produserer store mengder mannoproteiner med utmerket emulgerende aktivitet av oljer, alkaner og organiske løsningsmidler.

-I følge molekylvekten

Biosurfaktanter er klassifisert i to kategorier:

Biosurfaktanter med lav molekylvekt

Med mindre overflate og grensesnitt spenninger. For eksempel rhamnolipider.

Polymerbiosurfaktanter med høy molekylvekt

Det binder seg sterkt til overflater, som for eksempel bioemulsifiserende matvarer.

Produksjon av biosurfaktanter

For produksjon av biosurfaktanter brukes kulturer av mikroorganismer i bioreaktorer. De fleste av disse mikroorganismer er isolert fra forurensede medier, for eksempel industriavfallssteder eller hydrokarbonputser kassert av oljeindustrien.

Den effektive produksjonen av biosurfaktanter avhenger av flere faktorer, som for eksempel substratets eller karbonkildenes natur, som brukes som et dyrkningsmedium og dens saltholdighetsgrad. I tillegg er det avhengig av faktorer som temperatur, pH og oksygen tilgjengelighet.

Anvendelse av biosurfaktanter

For tiden er det en stor kommersiell etterspørsel etter biosurfaktanter, fordi de overflateaktive stoffene som oppnås ved kjemisk syntese (fra petroleumderivater) er giftige, ikke-biologisk nedbrytbare og derfor har miljøregler for bruk.

Disse problemene har generert stor interesse for biosurfaktanter som biologisk nedbrytbare, giftfrie alternativer.

Biosurfaktanter har applikasjoner på mange områder, for eksempel:

Oljebransjen

Biosurfaktanter brukes i oljeutvinning og bioremediering (dekontaminering med levende organismer) av hydrokarboner; eksempel: biosurfaktanten av Arthrobacter sp.

De brukes også i prosesser for biodesulfurisering (eliminering av svovel ved bruk av mikroorganismer) av petroleum. Arter av slekten har blitt brukt Rhodococcus.

Miljøhygiene

Biosurfaktanter brukes i bioremediering av jordsmonn forurenset av giftige metaller, som uran, kadmium og bly (biosurfaktanter fra Pseudo spp. og Rhodococcus spp.).

De brukes også i bioremedieringsprosesser av jord og vann forurenset av bensin eller oljeutslipp.

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

I industrielle prosesser

Biosurfaktanter brukes i vaskemidler og rengjøringsindustrien, siden de forbedrer rengjøringsvirksomheten ved å oppløse fettene som forurenser klær eller overflater i vaskevannet.

De brukes også som hjelpekjemikalier i tekstil-, papir- og garverierhvervene.

I kosmetisk og farmasøytisk industri

I kosmetikkindustrien, Bacillus licheniformis produserer biosurfaktanter som brukes som antidandruff, bakteriostatiske og deodorantprodukter.

Noen biosurfaktanter brukes i farmasøytisk og biomedisinsk industri for deres antimikrobielle og / eller antifungal aktivitet.

I næringsmiddelindustrien

I næringsmiddelindustrien brukes biosurfaktanter til fremstilling av majones (som er en emulsjon av eggvann og olje). Disse biosurfaktantene kommer fra lectiner og deres derivater, noe som forbedrer kvaliteten og dessuten smaken.

I landbruket

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

En annen bruk av biosurfaktanter i landbruket er økningen i jordmikronæringsstofftilgjengeligheten.

referanser

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. og Cameotra, S.S. (2000). Potensielle kommersielle anvendelser av mikrobielle overflateaktive stoffer. Anvendt mikrobiologi teknologi. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. og Makkar, R.S. (2004). Nylige bruksområder av biosurfaktanter som biologiske og immunologiske molekyler. Nåværende meninger i mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. og Chang, J.S. (2007). Gjentatt pH-stat fôret-batch-fermentering for rhamnolipidproduksjon med urfolk Pseudomonas aeruginosa Anvendt mikrobiologi bioteknologi. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Miljøapplikasjoner 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 elektrokinetisk behandling. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10,1016 / j.cej.2017.12.010.