Pinta-aktiiviset aineet ja biosurfaktantit, mitä se on, esimerkkejä ja käyttötarkoituksia



pinta- on kemiallinen yhdiste, joka pystyy vähentämään nestemäisen aineen pintajännitystä, joka vaikuttaa rajapintaan tai kahden vaiheen väliseen kosketuspintaan, esimerkiksi vesi-ilma tai vesiöljy.

Termi pinta-aktiivinen aine tulee englanninkielisestä sanasta Pinta-aktiivinen aine, joka puolestaan ​​johdetaan lausekkeen lyhenteestä lainelautailuace-aktiivinen aine, mikä tarkoittaa espanjalaisessa aineessa, jolla on rajapinta- tai pinta-aktiivisuutta.

Espanjassa käytetään sanaa "pinta-aktiivinen aine", joka viittaa kemiallisen yhdisteen toimintakykyyn pinnan tai rajapinnan jännitteeseen. Pintajännitys voidaan määritellä sellaiseksi, että nesteiden täytyy lisätä pintaansa.

Vedellä on suuri pintajännitys, koska sen molekyylit sitoutuvat hyvin voimakkaasti ja vastustavat erottumista, kun painetta kohdistetaan sen pinnalle.

Esimerkiksi jotkut vesihyönteiset, kuten "cobbler" (Gerris lacustris), voi liikkua vedellä ilman uppoamista veden pintajännityksen ansiosta, mikä mahdollistaa kalvon muodostumisen sen pinnalle.

Myös teräsneula pidetään veden pinnan yläpuolella ja se ei upota veden pintajännityksen vuoksi.

indeksi

  • 1 Pinta-aktiivisten aineiden rakenne ja toiminta
  • 2 Mitkä ovat pinta-aktiiviset aineet??
  • 3 Biosurfaktantit: biologista alkuperää olevat pinta-aktiiviset aineet
    • 3.1 Esimerkkejä biosurfaktanteista
  • 4 Biosurfaktanttien ja esimerkkien luokittelu
    • 4.1 - Polaarisen tai pään osan sähkövarauksen luonteen mukaan
    • 4.2 - Kemiallisen luonteensa mukaan
    • 4.3 - Molekyylipainon mukaan
  • 5 Biosurfaktanttien tuotanto
  • 6 Biosurfaktanttien käyttö
    • 6.1 Öljyteollisuus
    • 6.2 Ympäristön puhtaanapito
    • 6.3 Teollisissa prosesseissa
    • 6.4 Kosmetiikka- ja lääketeollisuudessa
    • 6.5 Elintarviketeollisuudessa
    • 6.6 Maatalous
  • 7 Viitteet

Pinta-aktiivisten aineiden rakenne ja toiminta

Kaikki kemialliset pinta-aktiiviset aineet tai pinta-aktiiviset aineet ovat luonteeltaan luonnollisia amfifiilisiä, toisin sanoen niillä on kaksoiskäyttäytyminen, koska ne voivat liuottaa polaarisia ja ei-polaarisia yhdisteitä. Pinta-aktiivisilla aineilla on kaksi pääosaa:

  • Hydrofiilinen polaarinen pää, joka on samanlainen kuin vesi ja polaariset yhdisteet.
  • Ei-polaarinen hydrofobinen, lipofiilinen häntä, joka liittyy ei-polaarisiin yhdisteisiin.

Polaarinen pää voi olla ei-ioninen tai ioninen. Pinta-aktiivisen aineen tai apolaarisen osan häntä voi olla hiili- ja vetyalkyyli- tai alkyylibentseeniketju.

Tämä erityinen rakenne antaa pinta-aktiivisen aineen kemiallisille yhdisteille kaksi-, amfifiilistä käyttäytymistä: affiniteetti yhdisteitä tai polaarisia faaseja varten, liukenee veteen ja myös affiniteetti ei-polaarisiin yhdisteisiin, veteen liukenematon.

Yleensä pinta-aktiiviset aineet vähentävät veden pintajännitystä, joka mahdollistaa tämän nesteen laajenemisen ja virtaamisen suuremmalla määrällä, kostuttamalla viereisiä pintoja ja faaseja.

Mitkä ovat pinta-aktiiviset aineet??

Pinta-aktiiviset kemialliset yhdisteet toimivat aktiivisesti pinnoilla tai rajapinnoilla.

Kun ne liukenevat veteen, ne kulkeutuvat vesi- tai vesi-ilma-rajapintoihin esimerkiksi silloin, kun ne voivat toimia seuraavasti:

  • Liukenemattomien tai huonosti liukenevien yhdisteiden dispergointiaineet ja liuottimet vedessä.
  • Huuhteluaineet, koska ne edistävät veden kulkeutumista liukenemattomiin faaseihin tässä.
  • Emulsiot, jotka stabiloivat veteen ja veteen liukenemattomia yhdisteitä, kuten öljyä ja majoneesivettä.
  • Jotkut pinta-aktiiviset aineet suosivat ja toiset estävät vaahdon muodostumista.

Biosurfaktantit: biologista alkuperää olevat pinta-aktiiviset aineet

Kun pinta-aktiivinen aine on peräisin elävältä organismilta, sitä kutsutaan biosurfaktantiksi.

Tiukemmassa mielessä biosurfaktantteja pidetään amfifiilisinä biologisina yhdisteinä (kaksoiskemiallinen käyttäytyminen, liukoinen veteen ja rasvoihin), joita tuottavat mikro-organismit, kuten hiivat, bakteerit ja rihmasienet..

Biosurfaktantit erittyvät tai säilyvät osana mikrobisolukalvoa.

Myös jotkut biosurfaktantit tuotetaan bioteknologisilla prosesseilla käyttäen entsyymejä, jotka vaikuttavat biologiseen kemialliseen yhdisteeseen tai luonnolliseen tuotteeseen.

Esimerkkejä biosurfaktanteista

Luonnollisten biosurfaktanttien joukossa voidaan mainita kasvien saponiinit, kuten cayenne-kukka (Hibiscus sp.), lesitiini, nisäkkäiden sappimehut tai ihmisen keuhkojen pinta-aktiivinen aine (joilla on hyvin tärkeitä fysiologisia toimintoja).

Lisäksi aminohapot ja niiden johdannaiset, betaiinit ja fosfolipidit ovat kaikki biosurfaktantteja, kaikki nämä luonnon biologiset alkuperätuotteet.

Biosurfaktanttien ja esimerkkien luokittelu

-Polaarisen tai pään osan sähkövarauksen luonteen mukaan

Biosurfaktantit voidaan ryhmitellä seuraaviin luokkiin polaarisen pään sähköisen varauksen mukaan:

Anioniset biosurfaktantit

Niillä on negatiivinen varaus polaarisessa päässä, usein johtuen sulfonaattiryhmän -SO läsnäolosta3-.

Kationiset biosurfaktantit

Niillä on positiivinen varaus päähän, yleensä kvaternaarinen ammoniumryhmä NR4+, jossa R on hiili- ja vetyketju.

Amfoteeriset biosurfaktantit

Niillä on kaksi latausta, positiivinen ja negatiivinen samassa molekyylissä.

Ei-ioniset biosurfaktantit

Heillä ei ole ioneja tai sähkövarauksia päähänsä.

-Sen kemiallisen luonteen mukaan

Kemiallisen luonteensa mukaan biosurfaktantit luokitellaan seuraaviin tyyppeihin:

Glykolipidibiosurfaktantit

Glykolipidit ovat molekyylejä, joiden kemiallinen rakenne on osa lipidiä tai rasvaa ja osa sokeria. Tunnetuimmat biosurfaktantit ovat glykolipidejä. Jälkimmäinen koostuu sokereiden sulfaatista, kuten glukoosista, galaktoosista, mannoosista, ramnoosista ja galaktoosista..

Glykolipidien joukossa tunnetuimpia ovat ramnolipidit, bioemulgaattorit, joita on tutkittu hyvin, korkea emulgoiva aktiivisuus ja suuri affiniteetti hydrofobisille orgaanisille molekyyleille (jotka eivät liukene veteen)

Näitä pidetään tehokkaimpina pinta-aktiivisina aineina hydrofobisten yhdisteiden poistamiseksi saastuneesta maaperästä.

Esimerkkeinä ramnolipideistä voidaan mainita pinta-aktiiviset aineet, jotka tuottavat suvun bakteereita pseudomonas.

On muitakin glykolipidejä, joita tuottaa Torulopsis- sp., jossa on biosidista toimintaa ja jota käytetään kosmetiikassa, hilseessä, bakteriostaattisissa tuotteissa ja kehon deodoranteina.

Biosurfaktantit lipoproteiinit ja lipopeptidit

Lipoproteiinit ovat kemiallisia yhdisteitä, joiden rakenteessa on osa lipidiä tai rasvaa ja toinen proteiiniosa.

Esimerkiksi, Bacillus subtilis on bakteeri, joka tuottaa lipopeptidejä, joita kutsutaan surfaktiineiksi. Nämä ovat tehokkain pintajännitys, joka vähentää biosurfaktantteja.

Surfaktiinien kyky tuottaa nisäkkäiden erytrosyyttien (punaisen verisolujen repeämä) hajoamista. Lisäksi niitä voidaan käyttää tuholaisten biosideinä pieninä jyrsijöinä.

Biosurfaktantit rasvahapot

Jotkut mikro-organismit voivat hapettaa alkaanit (hiili- ja vetyketjut) rasvahappoiksi, joilla on pinta-aktiivisia ominaisuuksia.

Fosfolipidien biosurfaktantit

Fosfolipidit ovat kemiallisia yhdisteitä, joissa on fosfaatti- ryhmiä (PO43-), joka on kiinnitetty osaan, jossa on lipidirakenne. Ne ovat osa mikro-organismien kalvoja.

Tietyt bakteerit ja hiivat, jotka ruokkivat hiilivetyjä, kun ne kasvavat alkaanialustoilla, lisäävät fosfolipidien määrää kalvossaan. Esimerkiksi, Acinetobacter sp., Thiobacillus-dioksidaanit ja Rhodococcus erythropolis.

Polymeeriset biosurfaktantit

Polymeeriset biosurfaktantit ovat makromolekyylejä, joilla on suuri molekyylipaino. Tämän ryhmän eniten tutkitut biosurfaktantit ovat: emulsaani-, liposaani-, mannoproteiini- ja polysakkaridi- proteiinikompleksit.

Esimerkiksi bakteeri Acinetobacter calcoaceticus tuottaa polyanionista emulttia (jossa on useita negatiivisia varauksia), joka on erittäin tehokas bioemulgaattori hiilivetyille vedessä. Se on myös yksi tunnetuimmista tunnetuista emulsiostabilisaattoreista.

Liposaani on ekstrasellulaarinen emulgaattori, joka liukenee veteen ja joka muodostuu polysakkarideista ja proteiinista Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae tuottaa suuria määriä mannoproteiineja, joilla on erinomainen öljyjen, alkaanien ja orgaanisten liuottimien emulgointiaktiivisuus.

-Molekyylipainon mukaan

Biosurfaktantit luokitellaan kahteen ryhmään:

Molekyylipainoiset biosurfaktantit

Pienet pinta- ja rajapinnat. Esimerkiksi ramnolipidit.

Suuren molekyylipainon omaavat polymeeriset biosurfaktantit

Se sitoutuu voimakkaasti pintoihin, kuten elintarvikkeiden bioemulgaattoreihin.

Biosurfaktanttien tuotanto

Biosurfaktanttien valmistuksessa käytetään mikro-organismiviljelmiä bioreaktoreissa. Suurin osa näistä mikro-organismeista eristetään saastuneista väliaineista, kuten teollisuusjätteen sijoituspaikoista tai öljyteollisuuden hylkäämistä hiilivetypaloista.

Biosurfaktanttien tehokas tuotanto riippuu useista tekijöistä, kuten kasvualustana käytetyn substraatin tai hiililähteen luonteesta ja sen suolapitoisuudesta. Lisäksi se riippuu tekijöistä, kuten lämpötilasta, pH: sta ja hapen saatavuudesta.

Biosurfaktanttien käyttö

Tällä hetkellä biosurfaktanteille on valtava kaupallinen kysyntä, koska kemiallisella synteesillä saadut pinta-aktiiviset aineet (petrolijohdannaisista) ovat myrkyllisiä, biologisesti hajoamattomia ja siksi niillä on ympäristösäännöt niiden käyttöön.

Nämä ongelmat ovat herättäneet huomattavaa kiinnostusta biosurfaktantteihin biologisesti hajoavina, myrkyttöminä vaihtoehdoina.

Biosurfaktanteissa on sovelluksia monilla aloilla, kuten:

Öljyteollisuus

Biosurfaktantteja käytetään öljyn uuttamisessa ja hiilivetyjen biologisessa puhdistuksessa (puhdistaminen elävillä organismeilla); esimerkki: Biosurfaktantti Arthrobacter sp.

Niitä käytetään myös bioöljyn prosessoinnissa (rikin poistaminen mikro-organismien avulla). Perheitä on käytetty Rhodococcus.

Ympäristön puhtaanapito

Biosurfaktantteja käytetään myrkyllisten metallien, kuten uraanin, kadmiumin ja lyijyn saastuttamien maaperien bioremediointiin (biosurfaktantit pseudomonas spp. ja Rhodococcus spp.).

Niitä käytetään myös maaperän ja bensiinin tai öljyvuotojen saastuttaman veden bioremediaatioprosesseissa.

Esimerkiksi, Aeromonas sp. tuottaa biosurfaktantteja, jotka mahdollistavat öljyn hajoamisen tai suurten molekyylien pienenemisen pienempiin, jotka toimivat mikro-organismien bakteerien ja sienien ravintoaineina.

Teollisissa prosesseissa

Biosurfaktantteja käytetään pesuaineiden ja puhdistusaineiden teollisuudessa, koska ne parantavat puhdistustoimia liuottamalla vaatteita tai pintoja saastuttavia rasvoja pesuvedessä..

Niitä käytetään myös kemiallisina lisäaineina tekstiili-, paperi- ja parkitusalojen teollisuudessa.

Kosmetiikka- ja lääketeollisuudessa

Kosmetiikkateollisuudessa, Bacillus licheniformis tuottaa biosurfaktantteja, joita käytetään masennuslääkkeinä, bakteriostaattisina ja deodoranttina.

Joitakin biosurfaktantteja käytetään farmaseuttisessa ja biolääketieteellisessä teollisuudessa antimikrobisten ja / tai sienilääkkeiden vaikutusta varten.

Elintarviketeollisuudessa

Elintarviketeollisuudessa biosurfaktantteja käytetään majoneesin valmistuksessa (joka on muna- ja öljyemulsio). Nämä biosurfaktantit ovat peräisin lektiineistä ja niiden johdannaisista, jotka parantavat laatua ja lisäksi makua.

Maataloudessa

Maataloudessa biosurfaktantteja käytetään viljelykasvien taudinaiheuttajien (sienien, bakteerien, virusten) biologiseen torjuntaan.

Toinen biosurfaktanttien käyttö maataloudessa on maaperän mikroravinteiden saatavuuden lisääntyminen.

viittaukset

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. ja Cameotra, S.S. (2000). Mikrobien pinta-aktiivisten aineiden mahdolliset kaupalliset sovellukset. Sovellettu mikrobiologia. 53 (5): 495 - 508.
  2. Cameotra, S.S. ja Makkar, R.S. (2004). Biosurfaktanttien äskettäiset sovellukset biologisina ja immunologisina molekyyleinä. Nykyiset mielipiteet mikrobiologiassa. 7 (3): 262 - 266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. ja Chang, J.S. (2007). Toistuva pH-stat-syöttöerän fermentointi ramnolipidituotannolle kotoperäisten kanssa Pseudomonas aeruginosa Sovellettu mikrobiologian biotekniikka. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Biosurfaktanttien ympäristösovellukset. Ympäristön pilaantuminen. 133 (2): 183-198.doi: 10,016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. ja Liu, T. (2018). Biosurfaktantit tehostivat raskasmetallien poistamista lietteestä elektrokineettisessä hoidossa. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.