A felületaktív anyagok és a bioszulfatánsok, milyenek, példák és felhasználások

egy felületaktív egy vegyi vegyület, amely képes csökkenteni egy folyékony anyag felületi feszültségét, amely két fázis, például víz-levegő vagy vízolaj közötti interfészen vagy érintkezési felületen hat..

A felületaktív anyag az angol szóból származik felületaktív, ami a kifejezés rövidítéséből származik szörfözésász hatóanyag, ami azt jelenti, hogy a spanyol ágens határfelületi vagy felületi aktivitással rendelkezik.

Spanyolul a "felületaktív anyag" szót használják, ami egy kémiai vegyületnek a felületi vagy felületi feszültségre gyakorolt ​​hatására utal. A felületi feszültség úgy határozható meg, hogy a folyadékoknak meg kell növelniük a felületüket.

A víz magas felületi feszültséggel rendelkezik, mert molekulái erősen kötődnek egymáshoz, és ellenállnak a szétválasztásnak, amikor a felületre gyakorolt ​​nyomás hatására van.

Például egyes vízi rovarok, mint például a "cobbler" (Gerris lacustris), A víz felületi feszültségének köszönhetően a víz felületi feszültségének köszönhetően víz nélkül mozoghat, ami lehetővé teszi a film felszínén kialakuló film kialakulását.

Továbbá, a víz felszíne fölött egy acél tűt tartanak, és a víz felületi feszültsége miatt nem süllyed.

index

• 1 A felületaktív anyagok szerkezete és működése
• 2 Melyek a felületaktív anyagok??
• 3 Biosurfaktánsok: biológiai eredetű felületaktív anyagok
  • 3.1 Példák a biosurfaktánsokra
• 4 A biosurfaktánsok és példák osztályozása
  • 4.1 - A poláris vagy fejrész elektromos töltésének jellege szerint
  • 4.2 - Kémiai jellege szerint
  • 4.3 - Molekulatömege szerint
• 5 Biosurfaktánsok előállítása
• 6 Bioszúrószerek alkalmazása
  • 6.1 Az olajipar
  • 6.2 Környezeti higiénia
  • 6.3 Az ipari folyamatokban
  • 6.4 A kozmetikai és gyógyszeriparban
  • 6.5 Az élelmiszeriparban
  • 6.6 A mezőgazdaságban
• 7 Referenciák

A felületaktív anyagok szerkezete és működése

Minden kémiai felületaktív anyag vagy felületaktív anyag természetű amfifil, azaz kettős viselkedésük van, mert feloldhatják a poláris és nem poláris vegyületeket. A felületaktív anyagok szerkezete két fő részből áll:

• Hidrofil poláris fej, hasonló a vízhez és a poláris vegyületekhez.
• Nem poláros hidrofób, lipofil farok, amely nem poláros vegyületekhez kapcsolódik.

A poláris fej nemionos vagy ionos lehet. A felületaktív anyag vagy az apoláris rész farka lehet szén- és hidrogén-alkil- vagy alkil-benzol-lánc.

Ez a konkrét szerkezet a felületaktív anyagok kémiai vegyületeinek kettős, amfifil viselkedést eredményez: affinitás a vegyületekre vagy poláris fázisokra, vízben oldódik és affinitás a nem poláros vegyületekre, vízben oldhatatlan.

Általában a felületaktív anyagok csökkentik a víz felületi feszültségét, amely lehetővé teszi, hogy ez a folyadék nagyobb mértékben áramoljon és folyik, nedvesítve a szomszédos felületeket és fázisokat.

Melyek a felületaktív anyagok??

A felületaktív anyagok kémiai vegyületei felületre vagy interfészekre hatnak.

Amikor vízben oldódnak, a víz-olaj vagy a víz-levegő interfészekbe költöznek, például, ahol:

• Oldhatatlan vagy rosszul oldódó vegyületek diszpergáiószerek és szolubilizálószerek vízben.
• Humektánsok, mert a vízben oldhatatlan fázisokba jutnak.
• Emulziók vízben és vízben oldhatatlan vegyületek, például olaj és majonéz víz stabilizátorai.
• Néhány felületaktív anyag kedvez és mások megakadályozzák a hab képződését.

Biosurfaktánsok: biológiai eredetű felületaktív anyagok

Amikor a felületaktív anyag egy élő szervezetből származik, akkor ezt biosurfaktánsnak nevezzük.

Szigorúbb értelemben a biosurfaktánsokat amfifil biológiai vegyületeknek (kettős kémiai viselkedésnek, vízben és zsírban oldódnak) tekintik, amelyeket mikroorganizmusok, például élesztők, baktériumok és szálas gombák termelnek..

A biosurfaktánsok a mikrobiális sejtmembrán részeként kiválasztódnak vagy megmaradnak.

Bizonyos biológiai tisztítószereket biotechnológiai eljárásokkal állítanak elő, biológiai kémiai vegyületre vagy természetes termékre ható enzimeket használva..

Példák a biosurfaktánsokra

A természetes biosurfaktánsok közül megemlíthetjük a növények szaponinjait, mint például a cayenne-virágot.hibiszkusz sp.), lecitin, emlősök epe-leve vagy emberi tüdő felületaktív anyag (nagyon fontos fiziológiai funkciókkal).

Emellett az aminosavak és származékaik, a betainok és a foszfolipidek mind biosurfaktánsok, mindezek biológiai eredetű természetes termékek..

Biosurfaktánsok és példák osztályozása

-A poláris vagy fejrész elektromos töltésének jellege szerint

A biológiai tisztítószereket a poláris fej elektromos töltésétől függően a következő kategóriákba lehet csoportosítani:

Anionos biosurfaktánsok

A poláris végén negatív töltésük van, gyakran egy szulfonsav -SO jelenléte miatt₃^-.

Kationos biosurfaktánsok

Pozitív töltésük van a fejen, általában egy NR kvaterner ammóniumcsoporton₄⁺, ahol R jelentése szén- és hidrogén-lánc.

Amfoter biosurfaktánsok

A két töltés ugyanazon molekulában pozitív és negatív.

Nemionos biosurfaktánsok

A fejükben nincsenek ionok vagy elektromos töltések.

-Kémiai jellege szerint

Kémiai természetüknek megfelelően a bioszfaktánsok a következő típusokba sorolhatók:

Glikolipid biosurfaktánsok

A glikolipidek olyan molekulák, amelyek kémiai szerkezetében lipid vagy zsír és egy cukor egy része van. A legismertebb biosurfaktánsok a glikolipidek. Ez utóbbi cukrok szulfátjaiból, például glükózból, galaktózból, mannózból, ramnózból és galaktózból áll..

A glikolipidek közül a legismertebbek a rhamnolipidek, a bioemulifikátorok, amelyek nagyon tanulmányoztak, magas emulgeáló aktivitás és nagy affinitás a hidrofób szerves molekulákhoz (amelyek nem oldódnak vízben)

Ezek a leghatékonyabb felületaktív anyagok a szennyezett talajban lévő hidrofób vegyületek eltávolításához.

Rhamnolipidekként említhetjük a nemzetség baktériumokat előállító felületaktív anyagokat Pseudomonas.

Vannak más glikolipidek is, amelyeket a Torulopsis sp., biocid hatású és kozmetikumokban, korpásodás elleni, bakteriosztatikus termékekben és testdezodorokban használatos.

Biosurfaktánsok lipoproteinek és lipopeptidek

A lipoproteinek olyan kémiai vegyületek, amelyek szerkezetében és a fehérje egy másik részében a lipid vagy zsír egy része van.

Például, Bacillus subtilis egy olyan baktérium, amely lipopeptideket termel, amit surfaktineknek neveznek. Ezek a leghatékonyabb felületi feszültségek, amelyek csökkentik a biosurfaktánsokat.

A surfaktinok képesek az emlősök eritrocitáinak (vörösvérsejtek törése) lízisére. Ezenkívül kártevő biocidként használhatók kis rágcsálókként.

Biosurfaktáns zsírsavak

Egyes mikroorganizmusok az alkánokat (szén- és hidrogénláncokat) felületaktív tulajdonságokkal rendelkező zsírsavakká oxidálhatják.

Foszfolipid bioszulfatánsok

A foszfolipidek olyan kémiai vegyületek, amelyek foszfátcsoportokat tartalmaznak (PO₄^3-), amely egy lipidszerkezetű részhez kapcsolódik. Ezek a mikroorganizmusok membránjai.

Bizonyos baktériumok és élesztők, amelyek szénhidrogénekből táplálkoznak, amikor az alkán szubsztrátokon növekszik, növelik a foszfolipidek mennyiségét a membránjukban. Például, Acinetobacter sp., Tiobacillus-tioxidánok és Rhodococcus erythropolis.

Polimer biosurfaktánsok

A polimer biosurfaktánsok nagy molekulatömegű makromolekulák. A csoport leggyakrabban vizsgált biosurfaktánsai: emulzán, lipozán, mannoprotein és poliszacharid-fehérje komplexek..

Például a baktérium Acinetobacter calcoaceticus polianionos emulziót termel (több negatív töltéssel), ami nagyon hatékony bioemulifikálószer a vízben lévő szénhidrogének számára. Emellett az egyik legerősebb emulziós stabilizátor.

A lipozán egy extracelluláris emulgeálószer, amely vízben oldható, a poliszacharidok és a fehérje által képződött Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae nagy mennyiségű mannoproteint termel az olajok, alkánok és szerves oldószerek kiváló emulgeáló hatásával.

-Molekulatömege szerint

A bioszfaktánsokat két kategóriába sorolják:

Kis molekulatömegű biosurfaktánsok

Kis felületi és felületi feszültségekkel. Például a ramnolipidek.

Nagy molekulatömegű polimer biosurfaktánsok

Ez erősen kötődik a felületekhez, például az élelmiszer-bioemulifikátorokhoz.

Biosurfaktánsok előállítása

A bioszulfatánsok előállításához a mikroorganizmusok kultúráit bioreaktorokban használják. Ezeknek a mikroorganizmusoknak a többsége szennyezett közegből, például ipari hulladékokból vagy az olajipar által dobott szénhidrogén gödrökből izolálódik..

A biosurfaktánsok hatékony előállítása számos tényezőtől függ, például a szubsztrát vagy a szénforrás természetétől, amelyet tápközegként használnak, és a sótartalom mértékét. Ezenkívül olyan tényezőktől függ, mint a hőmérséklet, a pH és az oxigén rendelkezésre állása.

Biosurfaktánsok alkalmazása

Jelenleg hatalmas kereskedelmi igény mutatkozik a biosurfaktánsok iránt, mivel a kémiai szintézissel nyert felületaktív anyagok (kőolajszármazékokból) mérgezőek, nem biológiailag lebonthatók, és ezért környezetvédelmi előírásokkal rendelkeznek a használatukhoz.

Ezek a problémák jelentős érdeklődést mutattak a biosurfaktánsok iránt, mint biológiailag lebontható, nem toxikus alternatívák.

A biosurfaktánsok számos területen alkalmazhatók, például:

Olajipar

A biosurfaktánsokat szénhidrogének olajkitermelésében és bioremediációjában (élő szervezetekkel való fertőtlenítés) használják; példa: a Biosurfaktáns Arthrobacter sp.

Ezeket alkalmazzák a biodeszulfurizációs folyamatokban (kéntartalmú mikroorganizmusok eltávolítása) is. A nemzetség fajait használták Rhodococcus.

Környezeti higiénia

A bioszulfaktánsokat mérgező fémekkel szennyezett talajok bioremediációjában használják, mint például az urán, a kadmium és az ólom (biosurfaktánsok a \ t Pseudomonas spp. és Rhodococcus spp.).

Ezeket a talajok és a benzin vagy olajfoltok által szennyezett víz bioremediációs folyamataiban is használják.

Például, Aeromonas sp. olyan biológiai tisztítószereket állít elő, amelyek lehetővé teszik az olaj lebomlását vagy a nagyobb molekulák kisebbekké történő csökkentését, amelyek tápanyagként szolgálnak a mikroorganizmusok baktériumaihoz és gombáihoz.

Az ipari folyamatokban

A mosó- és tisztítószerekben a bioszfaktánsokat használják, mivel a ruhákat vagy felületeket szennyező zsírok feloldásával fokozzák a tisztító hatást a mosóvízben..

Kiegészítő kémiai vegyületekként is használják a textil-, papír- és cserzőipari iparágakban.

A kozmetikai és gyógyszeriparban

A kozmetikai iparban, Bacillus licheniformis olyan biosurfaktánsokat állít elő, amelyeket antidandruff, bakteriosztatikus és dezodoráló termékekként használnak.

Bizonyos biosurfaktánsokat használnak a gyógyszeriparban és az orvosbiológiai ágazatban antimikrobiális és / vagy gombaellenes hatásukra..

Az élelmiszeriparban

Az élelmiszeriparban a biosurfaktánsokat majonéz gyártására használják (amely egy tojás- és olajemulzió). Ezek a biosurfaktánsok lektinekből és származékaikból származnak, amelyek javítják a minőséget és az ízét.

A mezőgazdaságban

A mezőgazdaságban a biológiai tisztítószereket a növények kórokozóinak (gombák, baktériumok, vírusok) biológiai ellenőrzésére használják..

A mezőgazdaságban a bioszfaktánsok másik felhasználása a talaj mikrotápanyag-tartalmának növelése.

referenciák

1. Banat, I.M., Makkar, R.S. és Cameotra, S.S. (2000). A mikrobiális felületaktív anyagok potenciális kereskedelmi alkalmazása. Alkalmazott mikrobiológiai technológia. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, S.S. és Makkar, R.S. (2004). A biosurfaktánsok legújabb alkalmazásai biológiai és immunológiai molekulákként. Jelenlegi vélemények a mikrobiológiában. 7 (3): 262-266.
3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. és Chang, J.S. (2007). Ismétlődő pH-stat táplálék-szakaszos fermentáció a rhamnolipid előállításához őshonos Pseudomonas aeruginosa Alkalmazott mikrobiológiai biotechnológia. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, C.N. (2005). Környezeti alkalmazások a biosurfaktánsok számára. Környezeti szennyezés. 133 (2): 183-198.doi: 10,016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. és Liu, T. (2018). A biológiai tisztítószerek fokozták a nehézfémek eltávolítását az iszapból az elektrokémiai kezelés során. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.