SURFACTANȚI ȘI BIOSURFACTANȚI: PENTRU CE ESTE, EXEMPLE ȘI UTILIZĂRI - BIOLOGIE - 2025

Un agent tensioactiv este un compus chimic capabil să reducă tensiunea superficială a unei substanțe lichide, acționând la o interfață sau suprafață de contact între două faze, de exemplu apă-aer sau ulei-apă.

Termenul surfactant provine de la cuvântul englez surfactant, care la rândul său este derivat din acronimul expresiei surf ace activ agent, care înseamnă în spaniolă agent cu activitate de suprafață sau de suprafață.

Figura 1. Structura surfactanților. Sursa: Măsură majoră, de la Wikimedia Commons

În spaniolă se folosește cuvântul "agent tensioactiv", referindu-se la capacitatea unui compus chimic de a acționa asupra tensiunii superficiale sau interfațiale. Tensiunea de suprafață poate fi definită ca o rezistență pentru care lichidele trebuie să-și crească suprafața.

Apa are o tensiune de suprafață ridicată, deoarece moleculele sale sunt foarte strâns legate și rezistă la separare atunci când se exercită presiune pe suprafața lor.

De exemplu, unele insecte acvatice, precum „cobbler” (Gerris lacustris), se pot deplasa pe apă fără să se scufunde, datorită tensiunii superficiale a apei, ceea ce permite formarea unei pelicule pe suprafața sa.

Figura 2. Insectă capabilă să se deplaseze pe apă. Sursa: TimVickers, de la Wikimedia Commons

De asemenea, un ac de oțel rămâne pe suprafața apei și nu se scufundă, din cauza tensiunii de suprafață a apei.

Structura și funcția agenților tensioactivi

Toți agenții chimici tensioactivi sau tensioactivi sunt de natură amfifilă, adică au un comportament dublu, deoarece pot dizolva compuși polari și nepolari. Surfactanții au două părți principale în structura lor:

• Un cap polar polar hidrofil, asemănător apei și compușilor polari.
• O coadă lipofilă, hidrofobă nonpolară, asemănătoare compușilor nepolari.

Capul polar poate fi neionic sau ionic. Coada agentului tensioactiv, sau partea apolară, poate fi un lanț carbonic alchil sau alchilbenzen și hidrogen.

Această structură foarte particulară conferă compușilor chimici tensioactivi un comportament dublu, amfifil: afinitate pentru compuși sau faze polare, solubilă în apă și, de asemenea, afinitate pentru compuși nepolari, insolubilă în apă.

În general, agenții tensioactivi reduc tensiunea de suprafață a apei, permițând acestui lichid să se extindă și să curgă într-un grad mai mare, umezind suprafețele și fazele vecine.

Pentru ce sunt tensioactivi?

Produsele chimice surfactante își exercită activitatea pe suprafețe sau interfețe.

Când sunt dizolvați în apă, aceștia migrează spre interfețele apă-ulei sau apă-aer, de exemplu, unde pot funcționa ca:

• Dispersanți și solubilizanți ai compușilor insolubili sau slab solubili în apă.
• Humectanții, deoarece favorizează trecerea apei în faze insolubile din ea.
• Stabilizatori pentru emulsii de compuși insolubili în apă și apă, cum ar fi uleiul și apa din maioneză.
• Unii tensioactivi promovează, iar alții previn spumarea.

Biosurfactanți: surfactanți de origine biologică

Când agentul tensioactiv provine dintr-un organism viu, acesta se numește biosurfactant.

Într-un sens mai strict, biosurfactanții sunt considerați ca compuși biologici amfifili (cu comportament chimic dublu, solubil în apă și grăsimi), produse de microorganisme precum drojdia, bacteriile și ciupercile filamentoase.

Biosurfactanții sunt excretați sau păstrați ca parte a membranei celulare microbiene.

De asemenea, unii biosurfactanți sunt produși prin procese biotehnologice, folosind enzime care acționează asupra unui compus chimic biologic sau produs natural.

Exemple de biosurfactanți

Biosurfactanții naturali includ saponine vegetale, cum ar fi floarea de cayenne (Hibiscus sp.), Lecitină, sucuri biliare de la mamifere sau tensioactiv pulmonar uman (cu funcții fiziologice foarte importante).

În plus, aminoacizii și derivații lor, betainele și fosfolipidele, toate aceste produse naturale de origine biologică, sunt biosurfactanți.

Clasificarea biosurfactanților și exemple

-Conform naturii încărcării electrice din partea polară sau cap

Biosurfactanții pot fi grupați în următoarele categorii, pe baza sarcinii electrice a capului lor polar:

Biosurfactanți anionici

Ei au o sarcină negativă la capătul polar, în mod frecvent datorită prezenței unei grupări sulfonat -SO ₃ ^- .

Biosurfactanți cationici

Au o încărcare pozitivă asupra capului, de obicei o grupare cuaternară de amoniu NR ₄ ⁺ , unde R reprezintă un lanț de carbon și hidrogen.

Biosurfactanți amfoteri

Au sarcini pozitive și negative asupra aceleiași molecule.

Biosurfactanți neionici

Nu au ioni sau sarcini electrice în cap.

-În funcție de natura sa chimică

În funcție de natura lor chimică, biosurfactanții sunt clasificați în următoarele tipuri:

Biosurfactanți glicolipidici

Glicolipidele sunt molecule care au în structura lor chimică o parte din lipide sau grăsimi și o parte din zahăr. Majoritatea biosurfactanților cunoscuți sunt glicolipidele. Acestea din urmă constau din sulfați de zaharuri, cum ar fi glucoza, galactoza, manoza, rannoza și galactoza.

Dintre glicolipide, cele mai cunoscute sunt ramnolipidele, bioemulsifiantele care au fost studiate pe larg, cu activitate emulsionantă ridicată și afinitate ridicată pentru moleculele organice hidrofobe (care nu se dizolvă în apă).

Aceștia sunt considerați cei mai eficienți agenți tensioactivi pentru îndepărtarea compușilor hidrofobi din solurile contaminate.

Exemple de ramnolipide includ agenți tensioactivi produși de bacteriile din genul Pseudomonas.

Există și alte glicolipide, produse de Torulopsis sp., Cu activitate biocidă și utilizate în produse cosmetice, anti-matreata, bacteriostate și ca deodorante corporale.

Biosurfactanți ai lipoproteinei și lipopeptidelor

Lipoproteinele sunt compuși chimici care au în structura lor o parte din lipide sau grăsimi și o altă parte din proteine.

De exemplu, Bacillus subtilis este o bacterie care produce lipopeptide numite surfactine. Acestea sunt printre cele mai puternice biosurfactante care reduc tensiunea superficială.

Surfactinele au capacitatea de a produce liza eritrocitelor (descompunerea globulelor roșii) la mamifere. În plus, ele pot fi folosite ca biocide pentru dăunători, precum rozătoarele mici.

Biosurfactanți acizi grași

Unele microorganisme pot oxida alcani (lanțuri de carbon și hidrogen) la acizi grași care au proprietăți tensioactive.

Biosurfactanți fosfolipidici

Fosfolipidele sunt compuși chimici care au grupe de fosfați (PO ₄ ^3- ), atașați la o parte cu o structură lipidică. Ele fac parte din membranele microorganismelor.

Anumite bacterii și drojdii care se hrănesc cu hidrocarburi, atunci când cresc pe substraturi alcane, cresc cantitatea de fosfolipide din membrana lor. De exemplu, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans și Rhodococcus eritropolis.

Biosurfactanți polimerici

Biosurfactanții polimerici sunt macromolecule cu greutate moleculară mare. Cei mai studiați biosurfactanți din această grupă sunt: ​​emulsifiant, liposucție, manopopoteină și complexe proteice polizaharidice.

De exemplu, bacteria Acinetobacter calcoaceticus produce emulgator polianionic (cu diverse sarcini negative), un bioemulsificator foarte eficient pentru hidrocarburile din apă. Este, de asemenea, unul dintre cei mai puternici stabilizatori de emulsie cunoscuți.

Liposanul este un emulgator extracelular solubil în apă, format din polizaharide și proteine ​​Candida lipolytica.

Salubrizarea mediului

Biosurfactanții sunt utilizați în bioremedierea solurilor contaminate cu metale toxice, precum uraniu, cadmiu și plumb (biosurfactanți ai Pseudomonas spp. Și Rhodococcus spp.).

De asemenea, sunt utilizate în procesele de bioremediere a solurilor și apei contaminate de scurgeri de benzină sau ulei.

Figura 3. Biosurfactanții sunt folosiți în procesele de salubrizare a mediului din cauza vărsărilor de ulei. Sursa: Ecuador Ministerul de Externe, prin Wikimedia Commons

De exemplu, Aeromonas sp. produce biosurfactanți care permit degradarea uleiului sau reducerea moleculelor mari la cele mai mici, care servesc ca nutrienți pentru microorganisme, bacterii și ciuperci.

În procesele industriale

Biosurfactanții sunt folosiți în industria de detergenți și mai curați, deoarece îmbunătățesc acțiunea de curățare dizolvând grăsimile care murdăresc hainele sau suprafețele din apa de spălare.

De asemenea, sunt folosiți ca compuși chimici auxiliari în industria textilă, hârtie și tăbăcărie.

În industria cosmetică și farmaceutică

În industria cosmetică, Bacillus licheniformis produce biosurfactanți care sunt folosiți ca anti-matreata, bacteriostatice și deodorante.

Unii biosurfactanți sunt folosiți în industria farmaceutică și biomedicală pentru activitatea lor antimicrobiană și / sau antifungică.

În industria alimentară

În industria alimentară, biosurfactanții sunt folosiți la fabricarea maionezei (care este o emulsie de apă de ou și ulei). Acești biosurfactanți provin din lectine și derivații lor, care îmbunătățesc calitatea și în plus gustul.

În agricultură

În agricultură, biosurfactanții sunt folosiți pentru controlul biologic al agenților patogeni (ciuperci, bacterii, viruși) din culturi.

O altă utilizare a biosurfactanților în agricultură este creșterea disponibilității micronutrienților din sol.

Referințe

1. Banat, IM, Makkar, RS și Cameotra, SS (2000). Aplicații comerciale potențiale de surfactanți microbieni. Tehnologia de microbiologie aplicată. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS și Makkar, RS (2004). Aplicații recente ale biosurfactanților ca molecule biologice și imunologice. Opiniile actuale în microbiologie. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH și Chang, JS (2007). Fermentare repetată la nivel de pH-stat pentru producția de rannolipid cu Pseudomonas aeruginosa Biotehnologie aplicată. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Aplicații de mediu pentru biosurfactanți. Poluarea mediului. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. și Liu, T. (2018). Biosurfactanții au îmbunătățit eliminarea metalelor grele din nămol în tratamentul electrokinetic. Jurnalul de inginerie chimică. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.