Povrchovo aktívne látky a biologicky aktívne látky sú to príklady, použitie a použitie



povrchovo aktívne látky je chemická zlúčenina schopná znižovať povrchové napätie kvapalnej látky, pôsobiacej na rozhranie alebo kontaktný povrch medzi dvoma fázami, napríklad vodou alebo vodným olejom..

Termín povrchovo aktívna látka pochádza z anglického slova povrchovo aktívne látky, ktorý je odvodený z akronymu výrazu surfovanieúčinné činidlo, čo znamená v španielskom činidle s medzifázovou alebo povrchovou aktivitou.

V španielčine sa používa slovo "povrchovo aktívna látka", ktoré odkazuje na akčnú kapacitu chemickej zlúčeniny na povrchové alebo medzifázové napätie. Povrchové napätie môže byť definované ako odpor, ktorý musia kvapaliny zväčšiť svoj povrch.

Voda má vysoké povrchové napätie, pretože jej molekuly sú veľmi silne viazané a odolávajú oddeľovaniu, keď sa na jeho povrch pôsobí tlak.

Napríklad niektorí vodný hmyz, ako napríklad „švec“ (Gerris lacustris), vďaka povrchovému napätiu vody, ktoré umožňuje tvorbu filmu na jeho povrchu, sa môže pohybovať po vode bez potopenia.

Tiež oceľová ihla je držaná nad hladinou vody a nie je klesajúca v dôsledku povrchového napätia vody.

index

  • 1 Štruktúra a činnosť povrchovo aktívnych látok
  • 2 Na čo sú povrchovo aktívne látky??
  • 3 Biosurfaktanty: povrchovo aktívne látky biologického pôvodu
    • 3.1 Príklady biologicky aktívnych látok
  • 4 Klasifikácia biologicky aktívnych látok a príkladov
    • 4.1 - Podľa charakteru elektrického náboja v polárnej alebo hlavovej časti
    • 4.2 - Podľa svojej chemickej povahy
    • 4.3 - Podľa molekulovej hmotnosti
  • 5 Výroba biologicky aktívnych látok
  • 6 Aplikácia biosurfaktantov
    • 6.1 Ropný priemysel
    • 6.2 Ochrana životného prostredia
    • 6.3 V priemyselných procesoch
    • 6.4 V kozmetickom a farmaceutickom priemysle
    • 6.5 V potravinárskom priemysle
    • 6.6 V poľnohospodárstve
  • 7 Referencie

Štruktúra a činnosť povrchovo aktívnych látok

Všetky chemické povrchovo aktívne látky alebo povrchovo aktívne látky sú povahy amfifilickej, to znamená, že majú duálne správanie, pretože môžu rozpúšťať polárne a nepolárne zlúčeniny. Povrchovo aktívne látky majú vo svojej štruktúre dve hlavné časti:

  • Hydrofilná polárna hlava, podobná vode a polárnym zlúčeninám.
  • Nepolárny hydrofóbny lipofilný chvost súvisiaci s nepolárnymi zlúčeninami.

Polárna hlava môže byť neiónová alebo iónová. Koncom povrchovo aktívnej látky alebo nepolárnej časti môže byť reťazec uhlíka a alkylu vodíka alebo alkylbenzénu.

Táto konkrétna štruktúra poskytuje povrchovo aktívnym látkam chemické zlúčeniny s dvojitým amfifilným správaním: afinita pre zlúčeniny alebo polárne fázy, rozpustná vo vode a tiež afinita pre nepolárne zlúčeniny, nerozpustná vo vode.

Vo všeobecnosti povrchovo aktívne látky znižujú povrchové napätie vody, čo umožňuje, aby táto kvapalina expandovala a prúdila do väčšej miery, zvlhčovala susedné povrchy a fázy..

Na čo sú povrchovo aktívne látky??

Povrchovo aktívne chemické zlúčeniny pôsobia na povrchy alebo rozhrania.

Keď sa rozpúšťajú vo vode, migrujú napríklad do rozhrania voda-olej alebo voda-vzduch, kde môžu fungovať ako:

  • Dispergátory a solubilizátory nerozpustných alebo zle rozpustných zlúčenín vo vode.
  • Zvlhčovadlá, pretože uprednostňujú prechod vody do nerozpustných fáz.
  • Emulzie stabilizátory zlúčenín nerozpustných vo vode a vo vode, ako je olej a majonéza.
  • Niektoré povrchovo aktívne látky uprednostňujú a iné bránia tvorbe peny.

Biosurfaktanty: povrchovo aktívne látky biologického pôvodu

Keď povrchovo aktívna látka pochádza zo živého organizmu, nazýva sa biosurfaktant.

V prísnejšom zmysle sa biosurfaktanty považujú za amfifilné biologické zlúčeniny (duálne chemické správanie, rozpustné vo vode av tukoch), produkované mikroorganizmami, ako sú kvasinky, baktérie a vláknité huby..

Biosurfaktanty sa vylučujú alebo zadržiavajú ako súčasť mikrobiálnej bunkovej membrány.

Niektoré biosurfaktanty sa tiež vyrábajú biotechnologickými procesmi s použitím enzýmov, ktoré pôsobia na biologickú chemickú zlúčeninu alebo prírodný produkt..

Príklady biosurfaktantov

Z prírodných biosurfaktantov môžeme spomenúť saponíny rastlín, ako napríklad kajenský kvet (ibištek sp.), lecitín, žlčové šťavy cicavcov alebo ľudský pľúcny surfaktant (s veľmi dôležitými fyziologickými funkciami).

Aminokyseliny a ich deriváty, betainy a fosfolipidy sú navyše biosurfaktanty, všetky tieto prírodné produkty biologického pôvodu.

Klasifikácia biosurfaktantov a príkladov

-Podľa povahy elektrického náboja v polárnej alebo hlavovej časti

Biosurfaktanty môžu byť zoskupené do nasledujúcich kategórií v závislosti od elektrického náboja vašej polárnej hlavy:

Aniónové biosurfanty

Majú záporný náboj na polárnom konci, často kvôli prítomnosti sulfonátovej skupiny -SO3-.

Katiónové biosurfanty

Majú kladný náboj na hlave, zvyčajne kvartérna amóniová skupina NR4+, kde R predstavuje uhlíkový a vodíkový reťazec.

Amfoterné biosurfaktanty

Majú dve náboje, pozitívne a negatívne v tej istej molekule.

Neiónové biosurfanty

V hlavách nemajú anióny ani elektrické náboje.

-Podľa svojej chemickej povahy

Podľa ich chemickej povahy sa biologicky aktívne látky klasifikujú do týchto typov:

Glykolipidové biosurfaktanty

Glykolipidy sú molekuly, ktoré majú vo svojej chemickej štruktúre časť lipidu alebo tuku a časť cukru. Najznámejšie biosurfaktanty sú glykolipidy. Pozostávajú zo síranov cukrov, ako je glukóza, galaktóza, manóza, ramnóza a galaktóza.

Z glykolipidov sú najznámejšie ramnolipidy, bioemulgátory, ktoré boli veľmi študované, vysoká emulgačná aktivita a vysoká afinita k hydrofóbnym organickým molekulám (ktoré sa nerozpúšťajú vo vode).

Tieto sa považujú za najefektívnejšie povrchovo aktívne látky na odstraňovanie hydrofóbnych zlúčenín v kontaminovanej pôde.

Ako príklady ramnolipidov je možné uviesť povrchovo aktívne látky, ktoré produkujú baktérie rodu Pseudomonas.

Existujú aj iné glykolipidy, ktoré produkuje Torulopsis sp., s biocídnou aktivitou a používa sa v kozmetike, proti lupinám, bakteriostatickým produktom a ako telesné deodoranty.

Biosurfaktanty lipoproteíny a lipopeptidy

Lipoproteíny sú chemické zlúčeniny, ktoré majú časť lipidov alebo tukov v ich štruktúre a ďalšiu časť proteínu.

Napríklad, Bacillus subtilis je baktéria, ktorá produkuje lipopeptidy nazývané povrchovo aktívne látky. Ide o najvýkonnejšie biosurfanty znižujúce povrchové napätie.

Povrchovo aktívne látky majú schopnosť produkovať lýzu erytrocytov (ruptúra ​​červených krviniek) cicavcov. Okrem toho sa môžu používať ako škodlivé biocídy ako malé hlodavce.

Biosurfaktanty mastné kyseliny

Niektoré mikroorganizmy môžu oxidovať alkány (uhlíkové a vodíkové reťazce) na mastné kyseliny, ktoré majú povrchovo aktívne vlastnosti.

Fosfolipidové biosurfanty

Fosfolipidy sú chemické zlúčeniny, ktoré majú fosfátové skupiny (PO43-), pripojené k časti s lipidovou štruktúrou. Sú súčasťou membrán mikroorganizmov.

Niektoré baktérie a kvasinky, ktoré sa živia uhľovodíkmi, keď rastú na alkánových substrátoch, zvyšujú množstvo fosfolipidov v ich membráne. Napríklad, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans a Rhodococcus erythropolis.

Polymerné bioaktívne látky

Polymérne biosurfaktanty sú makromolekuly s vysokou molekulovou hmotnosťou. Najviac študovanými biosurfaktantmi tejto skupiny sú: emulzné, lipozanové, mannoproteínové a polysacharidové komplexy proteínov.

Napríklad baktéria Acinetobacter calcoaceticus vyrába polyaniónový emulz (s niekoľkými negatívnymi nábojmi), veľmi účinný bioemulgátor pre uhľovodíky vo vode. Je to tiež jeden z najsilnejších známych stabilizátorov emulzie.

Liposan je extracelulárny emulgátor, rozpustný vo vode, tvorený polysacharidmi a proteínmi z Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae produkuje veľké množstvá manoproteínov s vynikajúcou emulgačnou aktivitou olejov, alkánov a organických rozpúšťadiel.

-Podľa jeho molekulovej hmotnosti

Biosurfaktanty sú klasifikované do dvoch kategórií:

Nízkomolekulárne biosurfanty

S menším povrchovým a medzifázovým napätím. Napríklad ramnolipidy.

Polymérne bioaktívne látky s vysokou molekulovou hmotnosťou

Tie sa silne viažu na povrchy, ako sú potravinárske bioemulgátory.

Výroba biosurfaktantov

Na výrobu biosurfaktantov sa v bioreaktoroch používajú kultúry mikroorganizmov. Väčšina z týchto mikroorganizmov je izolovaná z kontaminovaných médií, ako sú priemyselné skládky odpadu alebo uhľovodíkové šachty, ktoré ropný priemysel zlikviduje..

Účinná produkcia biosurfaktantov závisí od niekoľkých faktorov, ako je povaha substrátu alebo zdroja uhlíka použitého ako kultivačné médium a stupeň jeho slanosti. Okrem toho závisí od faktorov, ako je teplota, pH a dostupnosť kyslíka.

Aplikácia biosurfaktantov

V súčasnosti existuje obrovský komerčný dopyt po biologicky aktívnych látkach, pretože povrchovo aktívne látky získané chemickou syntézou (z ropných derivátov) sú toxické, biologicky neodbúrateľné a preto majú environmentálne predpisy na ich použitie..

Tieto problémy vyvolali značný záujem o biologicky aktívne látky ako biologicky odbúrateľné, netoxické alternatívy.

Biosurfaktanty majú aplikácie v mnohých oblastiach, ako napríklad:

Ropný priemysel

Biosurfaktanty sa používajú pri ťažbe ropy a bioremediácii (dekontaminácia živými organizmami) uhľovodíkov; príklad: biosurfaktant Arthrobacter sp.

Aplikujú sa aj v procesoch biodesírenia (eliminácia síry pomocou mikroorganizmov) ropy. Použili sa druhy rodu Rhodococcus.

Environmentálna hygiena

Biosurfaktanty sa používajú pri bioremediácii pôd kontaminovaných toxickými kovmi, ako je urán, kadmium a olovo (biosurfakty z \ t Pseudomonas spp. a Rhodococcus spp.).

Používajú sa aj pri bioremediačných procesoch pôd a vôd kontaminovaných benzínovými alebo ropnými škvrnami.

Napríklad, Aeromonas sp. produkuje biosurfakty, ktoré umožňujú degradáciu oleja alebo redukciu veľkých molekúl na menšie, ktoré slúžia ako živiny pre baktérie a huby mikroorganizmov.

V priemyselných procesoch

Biosurfaktanty sa používajú v priemysle detergentov a čistiacich prostriedkov, pretože zvyšujú čistiaci účinok rozpustením tukov, ktoré kontaminujú oblečenie alebo povrchy, v umývacej vode..

Používajú sa aj ako pomocné chemické látky v textilnom, papierenskom a koželužskom priemysle.

V kozmetickom a farmaceutickom priemysle

V kozmetickom priemysle, Bacillus licheniformis produkuje biosurfakty, ktoré sa používajú ako produkty proti lupinám, bakteriostatickým a deodorantom.

Niektoré biosurfaktanty sa používajú vo farmaceutickom a biomedicínskom priemysle na ich antimikrobiálnu a / alebo antifungálnu aktivitu..

V potravinárskom priemysle

V potravinárskom priemysle sa biosurfakty používajú pri výrobe majonézy (čo je emulzia vaječnej vody a oleja). Tieto biosurfakty pochádzajú z lektínov a ich derivátov, ktoré zlepšujú kvalitu a navyše chuť.

V poľnohospodárstve

V poľnohospodárstve sa biosurfakty používajú na biologickú kontrolu patogénov (húb, baktérií, vírusov) plodín.

Ďalším použitím biosurfaktantov v poľnohospodárstve je zvýšenie dostupnosti mikroživín v pôde.

referencie

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. a Cameotra, S.S. (2000). Potenciálne komerčné aplikácie mikrobiálnych povrchovo aktívnych látok. Aplikovaná mikrobiologická technológia. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. a Makkar, R.S. (2004). Nedávne aplikácie biosurfaktantov ako biologických a imunologických molekúl. Aktuálne názory v mikrobiológii. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. a Chang, J.S. (2007). Opakovaná pH-stat fed-batch fermentácia pre produkciu ramnolipidov s pôvodnými Pseudomonas aeruginosa Biotechnológia aplikovanej mikrobiológie. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Environmentálne aplikácie biosurfaktantov. Znečistenie životného prostredia. 133 (2): 183-198.doi: 10,1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. a Liu, T. (2018). Biosurfaktanty zlepšili odstraňovanie ťažkých kovov z kalu pri elektrokinetickom spracovaní. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.