ZA środek powierzchniowo czynny jest związkiem chemicznym zdolnym do zmniejszania napięcia powierzchniowego substancji ciekłej, działającym na granicy faz lub powierzchni styku między dwiema fazami, na przykład woda-powietrze lub woda-olej.
Termin surfaktant pochodzi od angielskiego słowa środek powierzchniowo czynny, co z kolei pochodzi od akronimu wyrażenia surfowaćace aktywny środek, co oznacza w języku hiszpańskim środek o aktywności międzyfazowej lub powierzchniowej.
W języku hiszpańskim słowo „środek powierzchniowo czynny” jest używane w odniesieniu do zdolności związku chemicznego do działania na napięcie powierzchniowe lub międzyfazowe. Napięcie powierzchniowe można zdefiniować jako opór, jaki płyny muszą zwiększać swoją powierzchnię.
Woda ma wysokie napięcie powierzchniowe, ponieważ jej cząsteczki są bardzo mocno związane i nie rozdzielają się pod wpływem nacisku na ich powierzchnię..
Na przykład niektóre owady wodne, takie jak „szewc” (Gerris lacustris), mogą poruszać się po wodzie bez tonięcia, dzięki napięciu powierzchniowemu wody, które umożliwia tworzenie się filmu na jej powierzchni.
Ponadto stalowa igła pozostaje na powierzchni wody i nie tonie ze względu na napięcie powierzchniowe wody..
Indeks artykułów
Wszystkie środki powierzchniowo czynne lub chemiczne środki powierzchniowo czynne mają charakter naturalny. amfifilowy, to znaczy mają podwójne zachowanie, ponieważ mogą rozpuszczać związki polarne i niepolarne. W swojej strukturze surfaktanty składają się z dwóch głównych części:
Głowica polarna może być niejonowa lub jonowa. Ogon lub część niepolarna środka powierzchniowo czynnego może być łańcuchem węglowym i wodorowym alkilu lub alkilobenzenu.
Ta bardzo szczególna struktura nadaje surfaktantowym związkom chemicznym podwójne, amfifilowe zachowanie: powinowactwo do związków lub faz polarnych, rozpuszczalnych w wodzie, a także powinowactwo do związków niepolarnych, nierozpuszczalnych w wodzie..
Ogólnie rzecz biorąc, środki powierzchniowo czynne zmniejszają napięcie powierzchniowe wody, co pozwala tej cieczy rozszerzać się i płynąć w większym stopniu, zwilżając sąsiednie powierzchnie i fazy..
Chemikalia powierzchniowo czynne wywierają swoje działanie na powierzchnie lub interfejsy.
Rozpuszczone w wodzie migrują na przykład do powierzchni międzyfazowej woda-olej lub woda-powietrze, gdzie mogą funkcjonować jako:
Gdy środek powierzchniowo czynny pochodzi z żywego organizmu, nazywany jest biosurfaktantem..
W ściślejszym sensie za biosurfaktanty uważa się amfifilowe związki biologiczne (o podwójnym działaniu chemicznym, rozpuszczalne w wodzie i tłuszczu), wytwarzane przez mikroorganizmy, takie jak drożdże, bakterie i grzyby strzępkowe..
Biosurfaktanty są wydalane lub zatrzymywane jako część błony komórkowej drobnoustrojów.
Również niektóre biosurfaktanty są wytwarzane w procesach biotechnologicznych przy użyciu enzymów, które działają na biologiczny związek chemiczny lub produkt naturalny..
Naturalne biosurfaktanty obejmują saponiny z roślin, takich jak kwiat Cayenne (Poślubnik sp.), lecytyna, soki żółciowe ssaków lub surfaktant płucny człowieka (o bardzo ważnych funkcjach fizjologicznych).
Ponadto aminokwasy i ich pochodne, betainy i fosfolipidy to biosurfaktanty, wszystkie te naturalne produkty pochodzenia biologicznego..
Biosurfaktanty można podzielić na następujące kategorie, w zależności od ładunku elektrycznego ich głowy polarnej:
Mają ujemny ładunek na biegunowym końcu, często z powodu obecności grupy sulfonianowej -SO3-.
Mają na głowie ładunek dodatni, najczęściej czwartorzędową grupę amoniową NR4+, gdzie R oznacza łańcuch węgla i wodoru.
Mają ładunki dodatnie i ujemne na tej samej cząsteczce.
Nie mają w głowach jonów ani ładunków elektrycznych.
Ze względu na ich charakter chemiczny biosurfaktanty dzieli się na następujące typy:
Glikolipidy to cząsteczki, które w swojej strukturze chemicznej mają część lipidów lub tłuszczu oraz część cukru. Większość znanych biosurfaktantów to glikolipidy. Te ostatnie składają się z siarczanów cukrów, takich jak glukoza, galaktoza, mannoza, ramnoza i galaktoza..
Wśród glikolipidów najbardziej znane są ramnolipidy, szeroko badane bioemulgatory o wysokiej aktywności emulgującej i wysokim powinowactwie do hydrofobowych cząsteczek organicznych (które nie rozpuszczają się w wodzie).
Są one uważane za najskuteczniejsze środki powierzchniowo czynne do usuwania związków hydrofobowych w zanieczyszczonych glebach..
Przykłady ramnolipidów obejmują środki powierzchniowo czynne wytwarzane przez bakterie z rodzaju Pseudomonas.
Istnieją inne glikolipidy, produkowane przez Torulopsis sp., o działaniu biobójczym i stosowany w kosmetykach, produktach przeciwłupieżowych, bakteriostatykach oraz jako dezodoranty do ciała.
Lipoproteiny to związki chemiczne, które w swojej strukturze mają część lipidową lub tłuszczową, a drugą część białka.
Na przykład, Bacillus subtilis jest to bakteria produkująca lipopeptydy zwane surfaktynami. Są to jedne z najsilniejszych biosurfaktantów redukujących napięcie powierzchniowe..
Surfaktyny mają zdolność wywoływania lizy erytrocytów (rozpadu czerwonych krwinek) u ssaków. Ponadto mogą być stosowane jako biocydy dla szkodników, takich jak małe gryzonie..
Niektóre mikroorganizmy mogą utleniać alkany (łańcuchy węglowe i wodorowe) do kwasów tłuszczowych, które mają właściwości powierzchniowo czynne..
Fosfolipidy to związki chemiczne zawierające grupy fosforanowe (PO43-), przymocowany do części o strukturze lipidowej. Są częścią błon mikroorganizmów.
Niektóre bakterie i drożdże żywiące się węglowodorami, gdy rosną na podłożach alkanowych, zwiększają ilość fosfolipidów w swojej błonie. Na przykład, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans i Rhodococcus erythropolis.
Polimerowe biosurfaktanty to makrocząsteczki o dużej masie cząsteczkowej. Najbardziej przebadanymi biosurfaktantami z tej grupy są: emulgatory, liposany, kompleksy mannoproteinowe i polisacharydowo-białkowe.
Na przykład bakterie Acinetobacter calcoaceticus wytwarza emulgator polianionowy (z różnymi ładunkami ujemnymi), bardzo skuteczny bioemulgator węglowodorów w wodzie. Jest to również jeden z najsilniejszych znanych stabilizatorów emulsji..
Liposan jest pozakomórkowym emulgatorem rozpuszczalnym w wodzie, utworzonym przez polisacharydy i białko Candida lipolytica.
Saccharomyces cereviseae wytwarza duże ilości mannoprotein o doskonałych właściwościach emulgujących do olejów, alkanów i rozpuszczalników organicznych.
Biosurfaktanty dzieli się na dwie kategorie:
Z niższymi napięciami powierzchniowymi i międzyfazowymi. Na przykład ramnolipidy.
Silnie wiążą się z powierzchniami, takimi jak bioemulgatory spożywcze.
Do produkcji biosurfaktantów wykorzystuje się hodowle mikroorganizmów w bioreaktorach. Większość tych mikroorganizmów jest izolowana z zanieczyszczonych środowisk, takich jak wysypiska odpadów przemysłowych lub doły węglowodorów usuwane przez przemysł naftowy..
Wydajna produkcja biosurfaktantów zależy od kilku czynników, takich jak rodzaj podłoża lub źródło węgla używanego jako pożywka hodowlana oraz stopień jego zasolenia. Ponadto zależy to od takich czynników, jak temperatura, pH i dostępność tlenu..
Obecnie istnieje ogromne komercyjne zapotrzebowanie na biosurfaktanty, ponieważ surfaktanty otrzymywane w drodze syntezy chemicznej (z pochodnych ropy naftowej) są toksyczne, nie ulegają biodegradacji i dlatego ich stosowanie podlega przepisom środowiskowym..
Kwestie te wywołały duże zainteresowanie biosurfaktantami jako nietoksycznymi, biodegradowalnymi alternatywami..
Biosurfaktanty mają zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak:
Biosurfaktanty są używane do wydobywania ropy naftowej i bioremediacji (odkażanie żywymi organizmami) węglowodorów; przykład: biosurfaktant z Arthrobacter sp.
Znajdują również zastosowanie w procesach biodsiarczania (usuwanie siarki za pomocą mikroorganizmów) z ropy naftowej. Wykorzystano gatunki z rodzaju Rhodococcus.
Biosurfaktanty są stosowane w bioremediacji gleb zanieczyszczonych metalami toksycznymi, takimi jak uran, kadm i ołów (biosurfaktanty Pseudomonas spp. Y Rhodococcus spp.).
Znajdują również zastosowanie w procesach bioremediacji gleb i wód zanieczyszczonych wyciekami benzyny lub ropy..
Na przykład, Aeromonas sp. wytwarza biosurfaktanty, które umożliwiają degradację oleju lub redukcję dużych cząsteczek do mniejszych, które służą jako składniki odżywcze dla mikroorganizmów, bakterii i grzybów.
Biosurfaktanty są stosowane w przemyśle detergentów i środków czyszczących, ponieważ wzmacniają działanie czyszczące, rozpuszczając w wodzie do prania tłuszcze, które brudzą ubrania lub powierzchnie..
Wykorzystywane są również jako pomocnicze związki chemiczne w przemyśle tekstylnym, papierniczym i garbarskim..
W branży kosmetycznej, Bacillus licheniformis produkuje biosurfaktanty, które są stosowane jako produkty przeciwłupieżowe, bakteriostatyczne i dezodorujące.
Niektóre biosurfaktanty są stosowane w przemyśle farmaceutycznym i biomedycznym ze względu na ich działanie przeciwdrobnoustrojowe i / lub przeciwgrzybicze..
W przemyśle spożywczym biosurfaktanty są używane do produkcji majonezu (będącego emulsją wody i oleju jajecznego). Te biosurfaktanty pochodzą z lektyn i ich pochodnych, które poprawiają jakość i dodatkowo smak..
W rolnictwie biosurfaktanty są stosowane do biologicznego zwalczania patogenów (grzybów, bakterii, wirusów) w uprawach.
Innym zastosowaniem biosurfaktantów w rolnictwie jest zwiększenie dostępności mikroelementów z gleby..
Jeszcze bez komentarzy