СУРФАКТАНТИ И БИОСУРФАКТАНТИ: ЧЕМУ СЛУЖИ, ПРИМЕРИ И УПОТРЕБА - БИОЛОГИЈА - 2025

Сурфактант је хемијско једињење које смањује површински напон течности супстанце, делујући при површини интерфејса или контакт између две фазе, на пример воду ваздуха или вода-уље.

Израз сурфактант долази од енглеске речи сурфактант, која заузврат потиче од акроним експресивног сурф аце активног средства, што на шпанском значи интерфацијално или површинско деловање.

Слика 1. Структура сурфактаната. Извор: Главна мера, из Викимедиа Цоммонс

На шпанском се користи реч "површински активно средство", која се односи на способност хемијског једињења да делује на површинску или интерфацијалну напетост. Површинска напетост може се дефинисати као отпор који течности морају да повећају своју површину.

Вода има високу површинску напетост, јер су њени молекули веома чврсто везани и одупиру се одвајању када се врши притисак на њихову површину.

На пример, неки водени инсекти, попут "калдрме" (Геррис лацустрис), могу се кретати по води без потонућа, захваљујући површинској напетости воде, која омогућава формирање филма на њиховој површини.

Слика 2. Инсект који се може кретати водом. Извор: ТимВицкерс, из Викимедиа Цоммонс

Такође, челична игла остаје на површини воде и не тоне, због површинске напетости воде.

Структура и функција површински активних материја

Сва хемијска средства сурфактаната или сурфактаната су амфифилне природе, односно имају двоструко понашање, због чињенице да могу да растварају поларна и неполарна једињења. Сурфактанти имају два главна дела у својој структури:

• Хидрофилна поларна глава, слична води и поларним једињењима.
• Липофилни, хидрофобни неполарни реп, сличан неполарним једињењима.

Поларна глава може бити неионска или јонска. Реак сурфактанта, или аполарни део, може бити алкил или алкилбензен угљеник и водоник ланац.

Ова веома специфична структура даје хемијским једињењима сурфактаната двоструко, амфифилно понашање: афинитет за поларним једињењима или фазама, растворљивим у води, а такође и афинитет за неполарна једињења, нерастворљива у води.

Генерално, површински активна средства смањују површинску напетост воде, омогућујући овој течности да се шири и тече у већем степену, влажећи суседне површине и фазе.

За шта су површински активне материје?

Површински активне хемикалије врше своју активност на површинама или површинама.

Када се растварају у води, они прелазе на интерфејс вода-уље или вода-ваздух, где могу функционисати као:

• Дисперзива и растварачи нетопљивих или слабо растворљивих једињења у води.
• Хумецтантс, јер фаворизују пролазак воде до нерастворљивих фаза у њој.
• Стабилизатори за емулзије једињења нерастворљивих у води и води, као што су уље и вода из мајонеза.
• Неки тензиди промовишу, а други спречавају пјењење.

Биосурфактанти: површински активне материје биолошког порекла

Када површински активно средство потиче из живог организма, то се назива биосурфактантом.

У строжем смислу, биосурфактанти се сматрају амфифилним биолошким једињењима (двоструког хемијског понашања, растворљивим у води и масти), произведена од микроорганизама попут квасца, бактерија и нитастих гљивица.

Биосурфактанти се излучују или задржавају као део микробне ћелијске мембране.

Такође неки биосурфактанти се производе биотехнолошким процесима, користећи ензиме који делују на биолошко хемијско једињење или природни производ.

Примери биосурфактаната

Природни био-сурфактанти укључују биљне сапонине попут цвијета кајене (Хибисцус сп.), Лецитина, жучних сокова сисара или хумане сурфактанте плућа (са врло важним физиолошким функцијама).

Поред тога, аминокиселине и њихови деривати, бетаини и фосфолипиди, сви ови природни производи биолошког порекла, су биосурфактанти.

Класификација биосурфактаната и примери

-У складу с природом електричног набоја у поларном делу или глави

Биосурфактанти се могу груписати у следеће категорије, на основу електричног набоја њихове поларне главе:

Анионски биосурфактанти

Имају негативно наелектрисање на поларне крају, често услед присуства сулфонат групе -СО ₃ ^- .

Катионски биосурфактанти

Имају позитивно наелектрисање у главу, обично кватернарна амонијум група НР ₄ ⁺ , где Р представља ланац угљеника и водоника.

Амфотеријски биосурфактанти

Имају и позитивне и негативне набоје на истом молекулу.

Неионски биосурфактанти

У глави немају јоне или електричне набоје.

-С обзиром на његову хемијску природу

Према својој хемијској природи, биосурфактанти се класификују у следеће врсте:

Биосурфактанти гликолипида

Гликолипиди су молекули који у својој хемијској структури имају део липида или масти и део шећера. Већина познатих биосурфактаната су гликолипиди. Потоњи се састоје од сулфата шећера као што су глукоза, галактоза, маноза, рамноза и галактоза.

Међу гликолипидима најпознатији су рамнолипиди, биоемулгатори који су добро проучени, са високом емулгаторском активношћу и високим афинитетом хидрофобних органских молекула (који се не растварају у води).

Они се сматрају најефикаснијим површински активним средствима за уклањање хидрофобних једињења на контаминираном земљишту.

Примери рамнолипида укључују сурфактанте које производе бактерије рода Псеудомонас.

Постоје и други гликолипиди, произведени од стране Торулопсис сп., Који имају биоцидну активност и користе се у козметици, производима против перути, бактериостатима и као дезодоранси за тело.

Био-сурфактанти липопротеина и липопептида

Липопротеини су хемијска једињења која у својој структури имају део липида или масти и други део протеина.

На пример, Бациллус субтилис је бактерија која производи липопептиде који се називају сурфактини. Ово су једни од најмоћнијих површинских напетости који смањују биосурфактанте.

Сурфактини имају способност стварања лизе еритроцита (распада црвених крвних зрнаца) код сисара. Поред тога, могу се користити као биоциди за штеточине, попут малих глодара.

Биосурфактанти масне киселине

Неки микроорганизми могу да оксидирају алкане (угљеник и водоник у ланцима) до масних киселина које имају својства тензида.

Биосурфактанти фосфолипида

Фосфолипиди су хемијска једињења која имају фосфатне групе (ПО ₄ ^3- ), везана за део са липидном структуром. Они су део мембране микроорганизама.

Одређене бактерије и квасци који се хране угљоводоницима, када расту на алканским супстратима, повећавају количину фосфолипида у својој мембрани. На пример, Ацинетобацтер сп., Тхиобациллус тиоксиданс и Рходоцоццус еритрополис.

Полимерни биосурфактанти

Полимерни биосурфактанти су макромолекуле велике молекулске масе. Највише проучавани биосурфактанти у овој групи су: емулгатори, липосукција, маннопротеин и полисахаридно-протеински комплекси.

На пример, бактерија Ацинетобацтер цалцоацетицус производи полианијски емулгатор (са разним негативним набојима), веома ефикасан биоемулгатор за угљоводонике у води. Такође је један од најмоћнијих познатих стабилизатора емулзије.

Липосан је у води растворљив ванћелијски емулгатор који се састоји од полисахарида и протеина Цандида липолитица.

Санација животне средине

Био-сурфактанти се користе у биоремедијацији тла загађених токсичним металима, као што су уранијум, кадмијум и олово (биосурфактанти Псеудомонас спп. И Рходоцоццус спп.).

Такође се користе у процесима биоремедијације тла и воде контаминиране изливањем бензина или нафте.

Слика 3. Биосурфактанти се користе у процесима санације животне средине услед изливања нафте. Извор: Министарство спољних послова Еквадора, путем Викимедиа Цоммонса

На пример, Аеромонас сп. производи биосурфактанте који омогућавају разградњу уља или редукцију великих молекула на мање, који служе као храњиве материје за микроорганизме, бактерије и гљивице.

У индустријским процесима

Биосурфактанти се користе у индустрији детерџената и чистијих средстава, јер појачавају дјеловање чишћења растварајући масти које прљаву одјећу или површине прљају у води за прање.

Такође се користе као помоћна хемијска једињења у текстилној, папирној и кожарској индустрији.

У козметичкој и фармацеутској индустрији

У козметичкој индустрији, Бациллус лицхениформис производи биосурфактанте који се користе као производи против перути, бактериостатски и дезодоранси.

Неки био-сурфактанти се користе у фармацеутској и биомедицинској индустрији ради њиховог антимикробног и / или антифунгалног деловања.

У прехрамбеној индустрији

У прехрамбеној индустрији биосурфактанти се користе у производњи мајонеза (која представља емулзију јајне воде и уља). Ови биоурфактанти потичу од лектина и њихових деривата, који побољшавају квалитет и додатно имају укус.

У пољопривреди

У пољопривреди се биосурфактанти користе за биолошку контролу патогена (гљивица, бактерија, вируса) у усевима.

Друга употреба био-сурфактаната у пољопривреди је повећавање доступности микронутријената из тла.

Референце

1. Банат, ИМ, Маккар, РС и Цамеотра, СС (2000). Потенцијалне комерцијалне примјене микробних сурфактаната. Примењена микробиолошка технологија. 53 (5): 495-508.
2. Цамеотра, СС и Маккар, РС (2004). Најновије примјене биосурфактаната као биолошких и имунолошких молекула. Тренутна мишљења у микробиологији. 7 (3): 262-266.
3. Цхен, СИ, Веи, ИХ и Цханг, ЈС (2007). Понављајућа ферментацијска пХ-шаржа у ферментацији за производњу рамнолипида са аутохтоном Псеудомонас аеругиноса Примењена микробиолошка биотехнологија. 76 (1): 67-74.
4. Муллиган, ЦН (2005). Еколошка примјена биосурфактаната. Загађење животне средине. 133 (2): 183-198.дои: 10.1016 / ј.енв.пол.2004.06.009
5. Танг, Ј., Хе, Ј., Ксин, Кс., Ху, Х. и Лиу, Т. (2018). Биосурфактанти су побољшали уклањање тешких метала из муља приликом електрокинетичке обраде. Јоурнал оф Цхемицал Енгинееринг. 334 (15): 2579-2592. дои: 10.1016 / ј.цеј.2017.12.010.