Overfladeaktive stoffer og biosurfaktanter, hvad er det til, eksempler og anvendelser



en overfladeaktivt er en kemisk forbindelse i stand til at reducere overfladespændingen af ​​et flydende stof, der virker på en grænseflade eller kontaktflade mellem to faser, for eksempel vandluft eller vandolie.

Udtrykket overfladeaktivt middel kommer fra det engelske ord Overfladeaktivt, som igen er afledt af udtrykket akronym surfingess aktivt middel, hvilket betyder i spansk agent med grænseflade eller overfladeaktivitet.

I spansk anvendes ordet "overfladeaktivt stof", idet der henvises til virkningsevne af en kemisk forbindelse på overflade- eller grænsefladespænding. Overfladespænding kan defineres som en modstand, at væsker skal øge overfladen.

Vand har en høj overfladespænding, fordi dens molekyler er meget stærkt bundet sammen og modstår adskillelse, når der udøves tryk på overfladen.

For eksempel kan nogle vandlevende insekter, såsom "skomageren" (Gerris lacustris), kan bevæge sig på vand uden at synke, takket være vandets overfladespænding, hvilket gør det muligt at danne en film på overfladen.

Også en stålnål holdes over vandets overflade og synker ikke på grund af vandets overfladespænding.

indeks

  • 1 Struktur og drift af overfladeaktive stoffer
  • 2 Hvad er de overfladeaktive stoffer til??
  • 3 Biosurfaktanter: Overfladeaktive stoffer af biologisk oprindelse
    • 3.1 Eksempler på biosurfaktanter
  • 4 Klassificering af biosurfaktanter og eksempler
    • 4.1 - I henhold til arten af ​​den elektriske ladning i polar- eller hoveddelen
    • 4.2 - Ifølge dets kemiske karakter
    • 4.3 - Ifølge dens molekylvægt
  • 5 Produktion af biosurfaktanter
  • 6 Anvendelser af biosurfaktanter
    • 6.1 Olieindustrien
    • 6.2 Miljømæssig sanitet
    • 6.3 I industrielle processer
    • 6.4 I kosmetisk og farmaceutisk industri
    • 6.5 I fødevareindustrien
    • 6.6 I landbruget
  • 7 referencer

Struktur og drift af overfladeaktive stoffer

Alle kemiske overfladeaktive stoffer eller overfladeaktive stoffer er af natur amfifile, det vil sige, de har en dobbelt adfærd, fordi de kan opløse polære og ikke-polære forbindelser. De overfladeaktive stoffer har to hoveddele i deres struktur:

  • Et hydrofilt polarhoved, der svarer til vand og polære forbindelser.
  • En ikke-polær hydrofob lipofil hale relateret til ikke-polære forbindelser.

Polarhovedet kan være ikke-ionisk eller ionisk. Halen af ​​det overfladeaktive middel eller den apolare del kan være en kæde af carbon og hydrogenalkyl eller alkylbenzen.

Denne særlige struktur giver de kemiske forbindelser med overfladeaktive stoffer en dobbelt, amfifil adfærd: affinitet for forbindelser eller polære faser, opløselige i vand og også affinitet for ikke-polære forbindelser, uopløselige i vand.

Overfladeaktive stoffer reducerer generelt overfladespændingen af ​​vand, hvilket gør det muligt for denne væske at ekspandere og strømme i større grad, fugtende naboflader og faser.

Hvad er de overfladeaktive midler til??

Overfladeaktive kemiske forbindelser udøver deres aktivitet på overflader eller grænseflader.

Når de opløses i vand, migrerer de til vand- eller vand-luftgrænsefladerne, for eksempel hvor de kan fungere som:

  • Dispergeringsmidler og opløsningsmidler af uopløselige eller dårligt opløselige forbindelser i vand.
  • Fugtighedsbevarende stoffer, fordi de favoriserer vandets passage til uopløselige faser i dette.
  • Emulsioner stabilisatorer af forbindelser uopløselige i vand og vand, såsom olie og mayonnaise vand.
  • Nogle overfladeaktive stoffer favoriserer og andre forhindrer dannelsen af ​​skum.

Biosurfaktanter: Overfladeaktive stoffer af biologisk oprindelse

Når det overfladeaktive middel kommer fra en levende organisme, kaldes det en biosurfaktant.

I strengere forstand betragtes biosurfaktanter som amfifile biologiske forbindelser (med dobbelt kemisk adfærd, opløselig i vand og i fedtstoffer), der produceres af mikroorganismer som gær, bakterier og filamentøse svampe..

Biosurfaktanter udskilles eller tilbageholdes som en del af den mikrobielle cellemembran.

Også nogle biosurfaktanter fremstilles ved bioteknologiske processer ved anvendelse af enzymer, der virker på en biologisk kemisk forbindelse eller et naturligt produkt.

Eksempler på biosurfaktanter

Blandt de naturlige biosurfaktanter kan nævnes plantens saponiner som cayenneblomsten (Hibiscus sp.), lecithin, galdesaft af pattedyr eller menneskeligt pulmonalt overfladeaktivt stof (med meget vigtige fysiologiske funktioner).

Derudover er aminosyrer og deres derivater, betainer og phospholipider alle biosurfaktanter, alle disse naturlige produkter af biologisk oprindelse.

Klassificering af biosurfaktanter og eksempler

-I henhold til arten af ​​den elektriske ladning i polar- eller hoveddelen

Biosurfaktanter kan grupperes i følgende kategorier afhængigt af din polarhoveds elektriske ladning:

Anioniske biosurfaktanter

De har en negativ ladning ved polarenden, ofte på grund af tilstedeværelsen af ​​en sulfonatgruppe -SO3-.

Kationiske biosurfaktanter

De har positiv ladning på hovedet, normalt en kvaternær ammoniumgruppe NR4+, hvor R betegner en carbon- og hydrogenkæde.

Amfotere biosurfaktanter

De har de to ladninger, positive og negative i det samme molekyle.

Nonioniske biosurfaktanter

De har ikke ioner eller elektriske ladninger i deres hoveder.

-Ifølge sin kemiske natur

Ifølge deres kemiske karakter klassificeres biosurfaktanter i følgende typer:

Glycolipid biosurfactants

Glycolipiderne er molekyler, der i deres kemiske struktur er en del af lipid eller fedt og en del af sukker. Mest kendte biosurfaktanter er glycolipider. Sidstnævnte består af sulfater af sukkerarter såsom glucose, galactose, mannose, rhamnose og galactose.

Blandt glycolipiderne er de mest kendte rhamnolipiderne, bioemulgeringsmidlerne, der har været meget undersøgt, høj emulgerende aktivitet og høj affinitet for hydrofobe organiske molekyler (som ikke opløses i vand)

Disse betragtes som de mest effektive overfladeaktive midler til fjernelse af hydrofobe forbindelser i forurenet jord.

Som eksempler på rhamnolipider kan overfladeaktive stoffer, der producerer bakterier i slægten, nævnes Pseudomonas.

Der er andre glycolipider, produceret af Torulopsis sp., med biocid aktivitet og anvendt i kosmetik, anti-skæl, bakteriostatiske produkter og som organ deodoranter.

Biosurfaktanter lipoproteiner og lipopeptider

Lipoproteiner er kemiske forbindelser, der har en del af lipid eller fedt i deres struktur og en anden del af proteinet.

For eksempel, Bacillus subtilis er en bakterie der producerer lipopeptider kaldet surfactiner. Disse er de mest kraftfulde overfladespændinger, der reducerer biosurfaktanter.

Surfactinerne har evnen til at frembringe lys af erytrocytter (ruptur af røde blodlegemer) hos pattedyr. Derudover kan de bruges som skadedyrsbiotider som små gnavere.

Biosurfactants fedtsyrer

Nogle mikroorganismer kan oxidere alkaner (carbon- og hydrogenkæder) til fedtsyrer, der har overfladeaktive egenskaber.

Phospholipid biosurfaktanter

Phospholipider er kemiske forbindelser, der har fosfatgrupper (PO43-) fastgjort til en del med en lipidstruktur. De er en del af mikroorganismernes membraner.

Visse bakterier og gær, der føder på kulbrinter, når de vokser på alkanunderlag, øger mængden af ​​phospholipider i deres membran. For eksempel, Acinetobacter sp., Thiobacillus-Thioxans og Rhodococcus erythropolis.

Polymerbiosurfaktanter

De polymere biosurfaktanter er makromolekyler med høj molekylvægt. De mest undersøgte biosurfaktanter i denne gruppe er: emulsan-, liposan-, mannoprotein- og polysaccharid-proteinkomplekser.

For eksempel bakterien Acinetobacter calcoaceticus producerer polyanionisk emulsan (med flere negative ladninger), en meget effektiv bioemulsiver til kulbrinter i vand. Det er også en af ​​de mest kraftfulde emulsionsstabilisatorer, der er kendt.

Liposan er et ekstracellulært emulgeringsmiddel, opløseligt i vand, dannet af polysaccharider og protein af Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae producerer store mængder mannoproteiner med fremragende emulgerende aktivitet af olier, alkaner og organiske opløsningsmidler.

-I overensstemmelse med dens molekylvægt

Biosurfaktanter er klassificeret i to kategorier:

Biosurfaktanter med lav molekylvægt

Med mindre overflade- og grænsefladespændinger. For eksempel rhamnolipider.

Polymerbiosurfaktanter med høj molekylvægt

Det binder stærkt til overflader, som f.eks. Bioemulsiver til fødevarer.

Produktion af biosurfaktanter

Til produktion af biosurfaktanter anvendes kulturer af mikroorganismer i bioreaktorer. De fleste af disse mikroorganismer isoleres fra forurenede medier, såsom industriaffaldssider eller kulbrintegrave kasseret af olieindustrien.

Den effektive produktion af biosurfaktanter afhænger af adskillige faktorer, såsom naturen af ​​substratet eller carbonkilden, der anvendes som dyrkningsmedium og dets saltholdighedsgrad. Derudover afhænger det af faktorer som temperatur, pH og ilt tilgængelighed.

Anvendelser af biosurfaktanter

I øjeblikket er der en stor kommerciel efterspørgsel efter biosurfaktanter, fordi de overfladeaktive stoffer, der opnås ved kemisk syntese (fra petroleumderivater) er giftige, ikke-bionedbrydelige og derfor har miljøbestemmelser til deres anvendelse.

Disse problemer har genereret stor interesse for biosurfaktanter som biologisk nedbrydelige, ikke-toksiske alternativer.

Biosurfaktanter har applikationer på mange områder, såsom:

Olieindustrien

Biosurfaktanter anvendes til olieudvinding og bioremediering (dekontaminering med levende organismer) af kulbrinter; Eksempel: Biosurfaktanten af Arthrobacter sp.

De anvendes også i processer med biodesulfurisering (eliminering af svovl ved anvendelse af mikroorganismer) af petroleum. Arter af slægten er blevet brugt Rhodococcus.

Miljømæssig sanitet

Biosurfaktanter anvendes til bioremediering af jordforureninger, der er forurenet med giftige metaller, såsom uran, cadmium og bly (biosurfaktanter fra Pseudomonas spp. og Rhodococcus spp.).

De bruges også i bioremedieringsprocesser af jordbund og vand forurenet af benzin eller olieudslip.

For eksempel, Aeromonas sp. producerer biosurfaktanter, der tillader nedbrydning af olie eller reduktion af store molekyler til mindre, der tjener som næringsstoffer til mikroorganismer bakterier og svampe.

I industrielle processer

Biosurfaktanter anvendes i vaskemidler og rengøringsindustrien, da de forbedrer rengøringsarbejdet ved at opløse de fedtstoffer, der forurener tøj eller overflader i vaskevandet.

De bruges også som hjælpekemikalier i tekstil-, papir- og garverierhvervene.

I kosmetisk og farmaceutisk industri

I kosmetikindustrien, Bacillus licheniformis producerer biosurfaktanter, der anvendes som antidandruff, bakteriostatiske og deodorante produkter.

Nogle biosurfaktanter anvendes i den farmaceutiske og biomedicinske industri til deres antimikrobielle og / eller antifungal aktivitet.

I fødevareindustrien

I fødevareindustrien anvendes biosurfaktanter til fremstilling af mayonnaise (som er en emulsion af ægvand og olie). Disse biosurfaktanter kommer fra lectiner og deres derivater, hvilket forbedrer kvaliteten og desuden smagen.

I landbruget

I landbruget anvendes biosurfaktanter til biologisk kontrol af patogener (svampe, bakterier, vira) af afgrøder.

En anden anvendelse af biosurfaktanter i landbruget er stigningen i jordens mikronæringsstoftilgængelighed.

referencer

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. og Cameotra, S. (2000). Potentielle kommercielle anvendelser af mikrobielle overfladeaktive stoffer. Anvendt Mikrobiologi Teknologi. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. og Makkar, R.S. (2004). Nylige anvendelser af biosurfaktanter som biologiske og immunologiske molekyler. Nuværende udtalelser i mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. og Chang, J.S. (2007). Gentagen pH-stat fed-batch fermentering til rhamnolipid produktion med oprindelige Pseudomonas aeruginosa Anvendt mikrobiologi bioteknologi. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Miljømæssige anvendelser for biosurfaktanter. Miljøforurening. 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 forbedrede fjernelse af tungmetaller fra slam i den elektrokinetiske behandling. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.