Surfaktanter och biosurfaktanter vad är det för, exempel och användningsområden



en ytaktivt är en kemisk förening som kan reducera ytspänningen hos en flytande substans, som verkar på ett gränssnitt eller kontaktytan mellan två faser, exempelvis vattenluft eller vattenolja.

Termen ytaktivt ämne kommer från det engelska ordet tensid, som i sin tur härleds från uttryckets akronym surfingess aktiva medel, vilket betyder i spanska agenten med gränsytan eller ytaktiviteten.

På spanska används ordet "ytaktivt ämne", med hänvisning till verkanskapaciteten hos en kemisk förening på ytan eller gränsspänningen. Ytspänning kan definieras som ett motstånd att vätskor måste öka ytan.

Vatten har en hög ytspänning eftersom dess molekyler är starkt bundna ihop och motstår separering när tryck utövas på dess yta.

Exempelvis kan vissa vattenlevande insekter, såsom "skomakaren" (Gerris lacustris), kan flytta på vatten utan att sjunka, tack vare vattens ytspänning, vilket möjliggör bildning av en film på dess yta.

Dessutom hålls en stålnål över vattenytan och sjunker inte på grund av vattens ytspänning.

index

  • 1 Struktur och drift av ytaktiva ämnen
  • 2 Vad är de ytaktiva ämnena för??
  • 3 Biosurfaktanter: ytaktiva ämnen av biologiskt ursprung
    • 3.1 Exempel på biosurfaktanter
  • 4 Klassificering av biosurfaktanter och exempel
    • 4.1 - Enligt elladdningens art i polar eller huvuddel
    • 4.2 - Enligt sin kemiska natur
    • 4.3 - Enligt dess molekylvikt
  • 5 Produktion av biosurfaktanter
  • 6 Användningar av biosurfaktanter
    • 6.1 Oljebranschen
    • 6.2 Miljöhygien
    • 6.3 I industriella processer
    • 6.4 I kosmetisk och läkemedelsindustrin
    • 6,5 i livsmedelsindustrin
    • 6.6 I jordbruket
  • 7 referenser

Struktur och drift av ytaktiva ämnen

Alla kemiska ytaktiva ämnen eller ytaktiva ämnen är av natur amfifila, det vill säga de har dubbelt beteende, eftersom de kan lösa upp polära och icke-polära föreningar. De ytaktiva ämnena har två huvuddelar i sin struktur:

  • Ett hydrofilt polärt huvud, liknande vatten och polära föreningar.
  • En icke-polär hydrofob lipofil svans, relaterad till icke-polära föreningar.

Polarhuvudet kan vara nonjoniskt eller joniskt. Svansen på det ytaktiva ämnet eller den apolära delen kan vara en kedja av kol och vätealkyl eller alkylbensen.

Denna speciella struktur ger de kemiska föreningarna för ytaktiva ämnen ett dubbel, amfifilt beteende: affinitet för föreningar eller polära faser, lösliga i vatten och även affinitet för icke-polära föreningar, olösliga i vatten.

I allmänhet minskar ytaktiva ytvattens ytspänning, vilket medger att denna vätska expanderar och strömmar i högre grad, fuktande grannytor och faser.

Vad är ytaktiva ämnena för??

Kemiska föreningar med ytaktiva ämnen utövar sin aktivitet på ytor eller gränssnitt.

När de löser sig i vatten migrerar de till vatten- eller vattenluftsgränssnitt, till exempel där de kan fungera som:

  • Dispergeringsmedel och solubiliserande medel av olösliga eller dåligt lösliga föreningar i vatten.
  • Humectants, eftersom de gynnar passage av vatten till olösliga faser i detta.
  • Emulsionsstabilisatorer av föreningar olösliga i vatten och vatten, såsom olja och majonnäsvatten.
  • Vissa ytaktiva medel och andra förhindrar bildning av skum.

Biosurfaktanter: ytaktiva ämnen av biologiskt ursprung

När det ytaktiva medlet kommer från en levande organism kallas det en biosurfaktant.

I strängare bemärkelse betraktas biosurfaktanter som amfifila biologiska föreningar (av dubbel kemiskt beteende, lösliga i vatten och i fetter), som produceras av mikroorganismer såsom jäst, bakterier och filamentösa svampar..

Biosurfaktanter utsöndras eller bibehålls som en del av det mikrobiella cellmembranet.

Även vissa biosurfaktanter produceras genom biotekniska processer, med användning av enzymer som verkar på en biologisk kemisk förening eller naturlig produkt.

Exempel på biosurfaktanter

Bland de naturliga biosurfaktanterna kan vi nämna plantens saponiner som cayenneblomman (Hibiscus sp.), lecitin, gallsaft av däggdjur eller humant pulmonellt ytaktivt ämne (med väldigt viktiga fysiologiska funktioner).

Dessutom är aminosyror och deras derivat, betainer och fosfolipider alla biosurfaktanter, alla dessa naturliga produkter med biologiskt ursprung.

Klassificering av biosurfaktanter och exempel

-Enligt typen av den elektriska laddningen i polar- eller huvuddelen

Biosurfaktanter kan grupperas i följande kategorier, beroende på din polarhuvuds elektriska laddning:

Anjoniska biosurfaktanter

De har en negativ laddning vid polaränden, ofta på grund av närvaron av en sulfonatgrupp -SO3-.

Katjoniska biosurfaktanter

De har positiv laddning på huvudet, vanligtvis en kvaternär ammoniumgrupp NR4+, där R representerar en kol- och vätekedja.

Amfotera biosurfaktanter

De har de två laddningarna, positiva och negativa i samma molekyl.

Nonjoniska biosurfaktanter

De har inte joner eller elektriska laddningar i huvudet.

-Enligt dess kemiska natur

Enligt deras kemiska natur klassificeras biosurfaktanter i följande typer:

Glykolipidbiosurfaktanter

Glykolipiderna är molekyler som i sin kemiska struktur har en del av lipid eller fett och en del av socker. Mest kända biosurfaktanter är glykolipider. Den senare består av sulfater av sockerarter såsom glukos, galaktos, mannos, rhamnos och galaktos.

Bland glykolipiderna är de mest kända rhamnolipiderna, bioemulsifierare som har studerats mycket, hög emulgerande aktivitet och hög affinitet för hydrofoba organiska molekyler (som inte löser sig i vatten)

Dessa anses vara de mest effektiva ytaktiva ämnena för avlägsnande av hydrofoba föreningar i förorenad jord.

Som exempel på rhamnolipider kan ytaktiva ämnen som producerar bakterier av släktet nämnas pseudomonas.

Det finns andra glykolipider, som produceras av Torulopsis sp., med biocidaktivitet och användes i kosmetika, anti-mjäll, bakteriostatiska produkter och som kroppsdeodoranter.

Biosurfaktanter lipoproteiner och lipopeptider

Lipoproteiner är kemiska föreningar som har en del av lipid eller fett i sin struktur och en annan del av proteinet.

Till exempel, Bacillus subtilis är en bakterie som producerar lipopeptider som kallas surfactiner. Dessa är de mest kraftfulla ytspänningar som minskar biosurfaktanter.

Surfactinerna har förmågan att framkalla lys av erytrocyter (ruptur av röda blodkroppar) hos däggdjur. Dessutom kan de användas som skadedjur biocider som små gnagare.

Biosurfaktanter fettsyror

Vissa mikroorganismer kan oxidera alkaner (kol- och vätekedjor) till fettsyror som har ytaktiva egenskaper.

Fosfolipid biosurfaktanter

Fosfolipider är kemiska föreningar som har fosfatgrupper (PO43-) bunden till en del med en lipidstruktur. De är en del av mikroorganismernas membran.

Vissa bakterier och jästar som matas på kolväten, när de växer på alkansubstrat, ökar mängden fosfolipider i deras membran. Till exempel, Acinetobacter sp., Thiobacillus-Thioxans och Rhodococcus erytropolis.

Polymera biosurfaktanter

De polymera biosurfaktanterna är makromolekyler med hög molekylvikt. De mest studerade biosurfaktanterna i denna grupp är: emulsan, liposan, mannoprotein och polysackarid-proteinkomplex.

Till exempel bakterien Acinetobacter calcoaceticus producerar polyanjonisk emulsan (med flera negativa laddningar), en mycket effektiv bioemulsifierare för kolväten i vatten. Det är också en av de mest kraftfulla emulsionsstabilisatorer som är kända.

Liposan är en extracellulär emulgator, löslig i vatten, bildad av polysackarider och protein av Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae producerar stora mängder mannoproteiner med utmärkt emulgerande aktivitet av oljor, alkaner och organiska lösningsmedel.

-Enligt dess molekylvikt

Biosurfaktanter klassificeras i två kategorier:

Biosurfaktanter med låg molekylvikt

Med mindre ytor och gränssnitt. Till exempel rhamnolipider.

Högmolekylära polymera biosurfaktanter

Det binder starkt till ytor, som livsmedel bioemulsifierare.

Produktion av biosurfaktanter

För framställning av biosurfaktanter används kulturer av mikroorganismer i bioreaktorer. De flesta av dessa mikroorganismer är isolerade från förorenade medier, såsom industriavfallsstationer eller kolvätekasser som kasseras av oljeindustrin.

Den effektiva produktionen av biosurfaktanter beror på flera faktorer, såsom substratets eller kolkällans beskaffenhet som används som odlingsmedium och dess salthalt. Dessutom beror det på faktorer som temperatur, pH och syre tillgänglighet.

Användning av biosurfaktanter

För närvarande finns det en stor kommersiell efterfrågan på biosurfaktanter, eftersom de ytaktiva ämnena som erhållits genom kemisk syntes (från petroleumderivat) är toxiska, icke-biologiska nedbrytbara och därför har miljöregler för användning.

Dessa problem har genererat ett stort intresse för biosurfaktanter som biologiskt nedbrytbara, icke-toxiska alternativ.

Biosurfaktanter har applikationer på många områden, såsom:

Oljeindustrin

Biosurfaktanter används vid oljeutvinning och bioremediering (dekontaminering med levande organismer) av kolväten; exempel: biosurfaktanten av Arthrobacter sp.

De tillämpas också i processer för biodesulfurisering (eliminering av svavel med användning av mikroorganismer) av petroleum. Ämnen av släktet har använts Rhodococcus.

Miljöhygien

Biosurfaktanter används i bioremediering av jordar förorenade av giftiga metaller, såsom uran, kadmium och bly (biosurfaktanter från pseudomonas spp. och Rhodococcus spp.).

De används också i bioremedieringsprocesser av mark och vatten förorenade av bensin eller oljespill.

Till exempel, Aeromonas sp. producerar biosurfaktanter som tillåter nedbrytning av olja eller reduktion av stora molekyler till mindre, vilka tjänar som näringsämnen för mikroorganismer bakterier och svampar.

I industriella processer

Biosurfaktanter används i tvätt- och rengöringsindustrin, eftersom de förbättrar rengöringsverkan genom att lösa de fetter som förorenar kläder eller ytor i tvättvattnet.

De används också som hjälpämnen i textil-, pappers- och garverierindustrin.

I kosmetik och läkemedelsindustrin

I kosmetikindustrin, Bacillus licheniformis producerar biosurfaktanter som används som antidandruff, bakteriostatiska och deodorantprodukter.

Vissa biosurfaktanter används i den farmaceutiska och biomedicinska industrin för deras antimikrobiella och / eller antifungal aktivitet.

I livsmedelsindustrin

I livsmedelsindustrin används biosurfaktanter vid tillverkning av majonnäs (som är en emulsion av äggvatten och olja). Dessa biosurfaktanter kommer från lectiner och deras derivat, vilket förbättrar kvaliteten och dessutom smaken.

I jordbruket

I jordbruket används biosurfaktanter för biologisk kontroll av patogener (svampar, bakterier, virus) av grödor.

En annan användning av biosurfaktanter i jordbruket är ökningen av tillgången på jordmikronäringsämnen.

referenser

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. och Cameotra, S.S. (2000). Potentiella kommersiella tillämpningar av mikrobiella ytaktiva ämnen. Applied Microbiology Technology. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. och Makkar, R.S. (2004). Nya tillämpningar av biosurfaktanter som biologiska och immunologiska molekyler. Nuvarande yttranden i mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. och Chang, J.S. (2007). Upprepad pH-stat matad satsvis fermentering för rhamnolipidproduktion med inhemska Pseudomonas aeruginosa Tillämpad mikrobiologi bioteknik. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Miljöansökningar för biosurfaktanter. Miljöförorening. 133 (2): 183-198.doi: 10,1016 / j.sv.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. och Liu, T. (2018). Biosurfaktanter förbättrade tungmetaller avlägsnande från slam i elektrokinetisk behandling. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10,1016 / j.cej.2017.12.010.