Virsmas aktīvās vielas un biosurfaktanti, kā tas ir, piemēri un lietošanas veidi



A virsmaktīvā viela ir ķīmisks savienojums, kas spēj samazināt šķidras vielas virsmas spraigumu, kas iedarbojas uz saskarni vai saskares virsmu starp divām fāzēm, piemēram, ūdens vai gaisa eļļu..

Termins virsmaktīvā viela nāk no angļu vārda virsmaktīvā viela, kas savukārt izriet no izteiksmes saīsinājuma sērfotace aktīvo vielu, kas nozīmē spāņu aģents ar interfeisu vai virsmu.

Spāņu valodā lieto vārdu "virsmaktīvā viela", atsaucoties uz ķīmiskā savienojuma darbības spēju virsmas vai saskarnes spriedzē. Virsmas spriegumu var definēt kā pretestību, kas šķidrumiem jāpalielina virsmai.

Ūdenim ir augsta virsmas spriedze, jo tās molekulas ir ļoti cieši saistītas un atdala atdalīšanos, kad uz tās virsmas tiek izdarīts spiediens.

Piemēram, daži ūdens kukaiņi, piemēram, "cobbler" (Gerris lacustris), var pārvietoties uz ūdens bez grimšanas, pateicoties ūdens virsmas spriegumam, kas ļauj veidot plēvi uz tās virsmas.

Arī virs ūdens virsmas tiek turēta tērauda adata, un ūdens virsmas sprieguma dēļ tā nav nogrimusi.

Indekss

  • 1 Virsmas aktīvo vielu struktūra un darbība
  • 2 Kādas ir virsmaktīvās vielas??
  • 3 Biosurfaktanti: bioloģiskas izcelsmes virsmaktīvās vielas
    • 3.1. Biosurfaktantu piemēri
  • 4 Biosurfaktantu klasifikācija un piemēri
    • 4.1 - Atkarībā no elektriskās lādēšanas veida polārajā vai galvas daļā
    • 4.2 - atkarībā no tā ķīmiskā rakstura
    • 4.3 - Atkarībā no tā molekulmasas
  • 5 Biosurfaktantu ražošana
  • 6 Biosurfaktantu pielietojums
    • 6.1 Naftas rūpniecība
    • 6.2 Vides sanitārija
    • 6.3 Rūpnieciskos procesos
    • 6.4. Kosmētikas un farmācijas nozarē
    • 6.5 Pārtikas rūpniecībā
    • 6.6. Lauksaimniecībā
  • 7 Atsauces

Virsmas aktīvo vielu struktūra un darbība

Visas ķīmiskās virsmaktīvās vielas vai virsmaktīvās vielas ir dabiskas amfifils, tas nozīmē, ka viņiem ir divējāda uzvedība, jo tie var izšķīdināt polāros un nepolāros savienojumus. Virsmas aktīvās vielas sastāv no divām galvenajām daļām:

  • Hidrofīla polārā galva, līdzīga ūdenim un polārajiem savienojumiem.
  • Nepolārs hidrofobs, lipofīls asti, kas saistīts ar polāriem savienojumiem.

Polārā galva var būt nejonu vai jonu. Virsmas aktīvās vielas vai apolārā daļa var būt oglekļa un ūdeņraža alkilgrupas vai alkilbenzola ķēde.

Šī īpašā struktūra nodrošina virsmaktīvo vielu ķīmisko savienojumu divējāda, amfifilā uzvedība: afinitāte pret savienojumiem vai polārajām fāzēm, šķīst ūdenī un arī afinitāte pret ne polāriem savienojumiem, nešķīst ūdenī..

Kopumā virsmaktīvās vielas samazina ūdens virsmas spriegumu, kas ļauj šim šķidrumam paplašināties un plūst vairāk, samitrinot blakus esošās virsmas un fāzes..

Kādas ir virsmaktīvās vielas??

Virsmas aktīvās vielas iedarbojas uz virsmām vai saskarnēm.

Kad tie izšķīst ūdenī, tie migrē uz ūdens-eļļas vai ūdens-gaisa saskarnēm, piemēram, ja tie var darboties kā:

  • Nešķīstošu vai slikti šķīstošu savienojumu disperģatori un šķīdinātāji ūdenī.
  • Mitrinoši līdzekļi, jo tie veicina ūdens novirzīšanu uz nešķīstošām fāzēm.
  • Emulsijas, kas stabilizē ūdenī un ūdenī nešķīstošus savienojumus, piemēram, eļļu un majonēzi.
  • Dažas virsmaktīvās vielas dod priekšroku un citas novērš putu veidošanos.

Biosurfaktīvās vielas: bioloģiskās izcelsmes virsmaktīvās vielas

Kad virsmaktīvā viela nāk no dzīva organisma, to sauc par biosurfaktantu.

Stingrākā nozīmē biosurfaktīvās vielas tiek uzskatītas par amfifiliem bioloģiskiem savienojumiem (ar divkāršu ķīmisko uzvedību, šķīst ūdenī un taukos), ko ražo tādi mikroorganismi kā raugi, baktērijas un pavedienu sēnes..

Biosurfaktanti tiek izvadīti vai saglabāti kā mikrobu šūnu membrānas daļa.

Arī biotehnoloģiskos procesos ražo dažus biosurfaktantus, izmantojot fermentus, kas iedarbojas uz bioloģisku ķīmisku savienojumu vai dabisku produktu..

Biosurfaktantu piemēri

Dabisko biosurfaktantu vidū varam pieminēt tādu augu saponīnus kā cayenne zieds (Hibiscus sp.), lecitīns, zīdītāju žults sula vai cilvēka plaušu virsmaktīvā viela (ar ļoti svarīgām fizioloģiskām funkcijām).

Turklāt aminoskābes un to atvasinājumi, betaini un fosfolipīdi ir visas biosurfaktīvas vielas, visi šie bioloģiskās izcelsmes dabīgie produkti.

Biosurfaktantu klasifikācija un piemēri

-Atbilstoši elektriskā lādiņa būtībai polārajā vai galvas daļā

Biosurfaktantus var iedalīt šādās kategorijās atkarībā no jūsu polārā galvas elektriskās uzlādes:

Anjonu biosurfaktanti

Tiem ir negatīvs lādiņš polārajā galā, bieži vien tāpēc, ka klāt ir sulfonāta grupa -SO3-.

Katjonu biosurfaktanti

Viņiem ir pozitīva lādiņa uz galvas, parasti kvaternārā amonija grupa NR4+, kur R apzīmē oglekļa un ūdeņraža ķēdi.

Amfoteriskie biosurfaktanti

Tām ir divas maksas, pozitīvas un negatīvas vienā molekulā.

Nejoniski biosurfaktanti

Viņu galviņās nav jonu vai elektrisko lādiņu.

-Atkarībā no tā ķīmiskās dabas

Atkarībā no to ķīmiskā rakstura biosurfaktantus klasificē šādos veidos:

Glikolipīdu biosurfaktanti

Glikolipīdi ir molekulas, kuru ķīmiskajā struktūrā ir daļa lipīdu vai tauku un daļa cukura. Visvairāk zināmie biosurfaktanti ir glikolipīdi. Pēdējais sastāv no cukuru sulfātiem, piemēram, glikozes, galaktozes, mannozes, ramnozes un galaktozes..

Glikolipīdu vidū pazīstamākie ir ramnolipīdi, bioemulifikatori, kas ir ļoti pētīti, augsta emulģējoša aktivitāte un augsta afinitāte pret hidrofobām organiskām molekulām (kas neizšķīst ūdenī).

Tās tiek uzskatītas par visefektīvākajām virsmaktīvajām vielām, lai noņemtu hidrofobus savienojumus piesārņotā augsnē.

Kā ramnolipīdu piemēri var minēt virsmaktīvās vielas, kas ražo ģints baktērijas Pseudomonas.

Ir arī citi glikolipīdi, ko ražo Torulopsis sp., ar biocīdo aktivitāti un izmanto kosmētikā, blaugznās, bakteriostatiskos produktos un ķermeņa dezodorantos.

Biosurfaktanti lipoproteīni un lipopeptīdi

Lipoproteīni ir ķīmiski savienojumi, kuru sastāvā ir lipīdu vai tauku daļa un cita proteīna daļa.

Piemēram,, Bacillus subtilis ir baktērija, kas ražo lipopeptīdus, ko sauc par surfaktīniem. Tās ir visspēcīgākās virsmas spriedzes, kas samazina biosurfaktantus.

Surfaktīniem ir spēja radīt zīdītāju eritrocītu (sarkano asins šūnu plīsumu) līzi. Turklāt tos var izmantot kā kaitēkļu biocīdus kā mazus grauzējus.

Biosurfaktantu taukskābes

Daži mikroorganismi var oksidēt alkānus (oglekļa un ūdeņraža ķēdes) uz taukskābēm, kurām piemīt virsmaktīvās īpašības.

Fosfolipīdu biosurfaktanti

Fosfolipīdi ir ķīmiski savienojumi, kuriem ir fosfātu grupas (PO43-), kas pievienots daļai ar lipīdu struktūru. Tie ir daļa no mikroorganismu membrānām.

Dažas baktērijas un raugi, kas barojas ar ogļūdeņražiem, kad tie aug uz alkaņa substrātiem, palielina fosfolipīdu daudzumu membrānā. Piemēram,, Acinetobacter sp., Tiobacillus tioxidans un Rhodococcus erythropolis.

Polimēru biosurfaktanti

Polimēru biosurfaktanti ir augstas molekulmasas makromolekulas. Šīs grupas visvairāk pētītie biosurfaktanti ir: emulsijas, liposāna, mannoproteīna un polisaharīdu-proteīnu kompleksi..

Piemēram, baktērija Acinetobacter calcoaceticus ražo polianionu emulsiju (ar vairākiem negatīviem lādiņiem), kas ir ļoti efektīvs bioemulsifikators ogļūdeņražiem ūdenī. Tas ir arī viens no spēcīgākajiem zināmiem emulsijas stabilizatoriem.

Lipozāns ir ekstracelulārs emulģators, šķīst ūdenī, ko veido polisaharīdi un proteīns Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae ražo lielus mannoproteīnu daudzumus ar lielisku eļļas, alkānu un organisko šķīdinātāju emulgācijas aktivitāti.

-Saskaņā ar tā molekulmasu

Biosurfaktantus klasificē divās kategorijās:

Zema molekulmasa biosurfaktanti

Ar nelielu virsmas un saskarnes spriegumu. Piemēram, ramnolipīdi.

Augstas molekulmasas polimēru biosurfaktanti

Tas stipri saistās ar virsmām, piemēram, pārtikas bioemulifikatoriem.

Biosurfaktantu ražošana

Biosurfaktantu ražošanai bioreaktoros tiek izmantotas mikroorganismu kultūras. Lielākā daļa no šiem mikroorganismiem tiek izolēti no piesārņotiem medijiem, piemēram, rūpniecisko atkritumu vietām vai ogļūdeņražu bedrēm, ko izmet naftas rūpniecība..

Biosurfaktantu efektīva ražošana ir atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, substrāta vai oglekļa avota rakstura, ko izmanto kā barotni, un tā sāļuma pakāpi. Turklāt tas ir atkarīgs no tādiem faktoriem kā temperatūra, pH un skābekļa pieejamība.

Biosurfaktantu pielietojums

Pašlaik ir liels komerciāls pieprasījums pēc biosurfaktīvajām vielām, jo ​​virsmaktīvās vielas, kas iegūtas ķīmiskā sintēze (no naftas atvasinājumiem), ir toksiskas, bioloģiski nenoārdāmas un tādēļ tām ir vides noteikumi to izmantošanai..

Šīs problēmas ir radījušas lielu interesi par biosurfaktīvām vielām kā bioloģiski noārdāmām, netoksiskām alternatīvām.

Biosurfaktantiem ir lietojumprogrammas daudzās jomās, piemēram:

Naftas rūpniecība

Biosurfaktantus izmanto ogļūdeņražu eļļas iegūšanai un bioremediācijai (dezaktivācijai ar dzīviem organismiem); piemērs: Biosurfaktants Arthrobacter sp.

Tās tiek izmantotas arī naftas biodīzeļūdeņošanas procesos (sēra atdalīšana, izmantojot mikroorganismus). Ir izmantotas ģints sugas Rhodococcus.

Vides sanitārija

Biosurfaktantus izmanto bioremediācijā augsnēs, kas piesārņotas ar toksiskiem metāliem, piemēram, urānu, kadmiju un svinu (biosurfaktanti no Pseudomonas spp. un Rhodococcus spp.).

Tos izmanto arī bioremediācijas procesos augsnē un ūdenī, ko piesārņo benzīns vai naftas noplūde.

Piemēram,, Aeromonas sp. ražo biosurfaktantus, kas ļauj noārdīties eļļai vai mazināt lielas molekulas mazākās, kas kalpo kā mikroorganismu baktēriju un sēnīšu barības vielas..

Rūpnieciskos procesos

Biosurfaktantus izmanto mazgāšanas un tīrīšanas līdzekļos, jo tie uzlabo tīrīšanas darbību, izšķīdinot taukus, kas piesārņo apģērbu vai virsmas, mazgāšanas ūdenī..

Tos izmanto arī kā palīgķīmiskais savienojums tekstilizstrādājumu, papīra un miecētavu nozarē.

Kosmētikas un farmācijas nozarē

Kosmētikas nozarē, Bacillus licheniformis ražo biosurfaktantus, ko lieto kā antidandru, bakteriostatiskus un dezodorantus.

Daži biosurfaktanti tiek izmantoti farmaceitiskajā un biomedicīnas nozarē, lai veiktu antibakteriālo un / vai pretsēnīšu darbību..

Pārtikas rūpniecībā

Pārtikas rūpniecībā biosurfaktantus izmanto majonēzes ražošanā (kas ir olu ūdens un eļļas emulsija). Šie biosurfaktanti nāk no lektīniem un to atvasinājumiem, kas uzlabo kvalitāti un papildus aromātu.

Lauksaimniecībā

Lauksaimniecībā biosurfaktīvās vielas izmanto kultūraugu patogēnu (sēnīšu, baktēriju, vīrusu) bioloģiskai kontrolei..

Vēl viens biosurfaktantu izmantojums lauksaimniecībā ir augsnes mikroelementu pieejamības pieaugums.

Atsauces

  1. Banāts, I.M., Makkar, R.S. un Cameotra, S.S. (2000). Mikrobu virsmaktīvo vielu potenciālie komerciālie pielietojumi. Lietišķā mikrobioloģijas tehnoloģija. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. un Makkar, R.S. (2004). Jaunākie biosurfaktantu pielietojumi kā bioloģiskās un imunoloģiskās molekulas. Pašreizējie viedokļi mikrobioloģijā. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. un Chang, J.S. (2007). Atkārtota pH-stat barotnes fermentācija rhamnolipīda ražošanai ar vietējiem Pseudomonas aeruginosa Lietišķā mikrobioloģija Biotehnoloģija. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Biosurfaktantu lietojumi vides jomā. Vides piesārņojums. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. un Liu, T. (2018). Biosurfaktanti palielināja smago metālu izvadīšanu no dūņām elektrokinētiskajā apstrādē. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.