Paviršinės medžiagos ir biosurfaktantai, kaip tai yra, pavyzdžiai ir naudojimo būdai



A paviršinio aktyvumo medžiaga cheminis junginys, galintis sumažinti skystos medžiagos paviršiaus įtampą, veikiančią tarp dviejų fazių, pvz., vandens ir oro arba vandens alyvos, sąsajos ar kontaktinio paviršiaus.

Terminas paviršinio aktyvumo medžiaga kilęs iš angliško žodžio paviršinio aktyvumo medžiaga, kuris, savo ruožtu, gaunamas iš išraiškos akronimo naršytiveikliosios medžiagos, tai reiškia, kad Ispanijos agentas turi interaktyvų arba paviršinį aktyvumą.

Ispanų kalba vartojamas žodis „paviršinio aktyvumo medžiaga“, nurodantis cheminio junginio veikimo gebą paviršiaus ar paviršinio įtempio atžvilgiu. Paviršiaus įtempis gali būti apibrėžiamas kaip atsparumas, kad skysčiai turi padidinti jų paviršių.

Vanduo turi didelę paviršiaus įtampą, nes jos molekulės yra labai stipriai susietos ir atsispindi atskiriant, kai jos paviršiui daromas spaudimas.

Pavyzdžiui, kai kurie vandens vabzdžiai, tokie kaipGerris lacustris), dėl vandens paviršiaus įtempimo, dėl kurio paviršiaus gali susidaryti plėvelė, jis gali judėti vandenyje be nusėdimo.

Be to, virš vandens paviršiaus laikoma plieninė adata, kuri dėl vandens paviršiaus įtempimo neprasiskverbia.

Indeksas

  • 1 Paviršinio aktyvumo medžiagų struktūra ir veikimas
  • 2 Kokios yra paviršinio aktyvumo medžiagos??
  • 3 Biosurfaktantai: biologinės kilmės paviršinio aktyvumo medžiagos
    • 3.1 Biosurfaktų pavyzdžiai
  • 4 Biosurfaktantų klasifikavimas ir pavyzdžiai
    • 4.1 - Atsižvelgiant į elektros įkrovos pobūdį poline arba galvos dalimi
    • 4.2 - Pagal jos cheminę prigimtį
    • 4.3 - Pagal jo molekulinę masę
  • 5 Biosurfaktantų gamyba
  • 6 Biosurfaktų panaudojimas
    • 6.1 Naftos pramonė
    • 6.2 Aplinkos sanitarija
    • 6.3 Pramoniniuose procesuose
    • 6.4 Kosmetikos ir farmacijos pramonėje
    • 6.5 Maisto pramonėje
    • 6.6 Žemės ūkyje
  • 7 Nuorodos

Paviršinio aktyvumo medžiagų struktūra ir veikimas

Visos cheminės paviršinio aktyvumo medžiagos arba paviršinio aktyvumo medžiagos yra gamtos amfifilinis, tai yra, jie turi dvigubą elgesį, nes jie gali ištirpinti polinius ir ne polinius junginius. Paviršiaus aktyviosios medžiagos struktūroje yra dvi pagrindinės dalys:

  • Hidrofilinė polinė galva, panaši į vandens ir poliarinius junginius.
  • Nepoliarinė hidrofobinė lipofilinė uodega, susijusi su ne poliniais junginiais.

Polinė galvutė gali būti nejoninė arba joninė. Paviršiaus aktyviosios medžiagos arba apolinės dalies uodegos gali būti anglies grandinė ir vandenilio alkilas arba alkilbenzenas.

Ši konkreti struktūra suteikia paviršinio aktyvumo cheminių junginių dvigubą, amfifilinį elgesį: afinitetą junginių arba polinių fazių atžvilgiu, tirpstantį vandenyje ir taip pat afinitetą ne poliniams junginiams, netirpius vandenyje.

Apskritai, paviršinio aktyvumo medžiagos sumažina vandens paviršiaus įtampą, kuri leidžia šiam skysčiui išplėsti ir tekėti didesniu mastu, sudrėkindamas gretimus paviršius ir fazes.

Kokios yra paviršinio aktyvumo medžiagos??

Paviršinio aktyvumo cheminiai junginiai veikia paviršiuose ar sąsajose.

Kai jie ištirpsta vandenyje, jie migruoja į vandens ir naftos ar vandens ir oro sąsajas, pavyzdžiui, kai jie gali veikti kaip:

  • Netirpių arba blogai tirpių junginių dispergatoriai ir tirpikliai vandenyje.
  • Drėkinamosios medžiagos, nes jos skatina vandens patekimą į netirpias fazes.
  • Emulsijos, stabilizuojančios vandenyje ir vandenyje netirpius junginius, pvz., Aliejų ir majonezo vandenį.
  • Kai kurios paviršinio aktyvumo medžiagos yra naudingos ir kitos neleidžia susidaryti putoms.

Biosurfaktantai: biologinės kilmės paviršinio aktyvumo medžiagos

Kai paviršinio aktyvumo medžiaga yra iš gyvo organizmo, ji vadinama biosurfaktantu.

Griežtesnėje prasme biosurfaktantai laikomi amfifiliniais biologiniais junginiais (dvigubu cheminiu elgesiu, tirpiais vandenyje ir riebaluose), kuriuos gamina mikroorganizmai, pvz., Mielės, bakterijos ir gijiniai grybai..

Biosurfaktantai išskiriami arba laikomi mikrobinės ląstelės membranos dalimi.

Be to, biotechnologiniais procesais gaminami kai kurie biosurfaktantai, naudojant fermentus, veikiančius biologinį cheminį junginį arba natūralų produktą..

Biosurfaktantų pavyzdžiai

Tarp natūralių biosurfaktantų galime paminėti augalų saponinus, tokius kaip Cayenne gėlės (Hibiscus sp.), lecitinas, žinduolių tulžies sultys arba žmogaus plaučių paviršinio aktyvumo medžiaga (su labai svarbiomis fiziologinėmis funkcijomis).

Be to, amino rūgštys ir jų dariniai, betainai ir fosfolipidai yra visos biologiškai aktyvios medžiagos, visos šios biologinės kilmės natūralios medžiagos.

Biosurfaktantų klasifikavimas ir pavyzdžiai

-Atsižvelgiant į elektros įkrovos poliariniame ar galiniame elemente pobūdį

Biosurfaktantai gali būti suskirstyti į šias kategorijas, priklausomai nuo jūsų polinės galvutės elektros įkrovos:

Anijoniniai biosurfaktantai

Jie turi neigiamą krūvį poliniame gale, dažnai dėl sulfonato grupės -SO buvimo3-.

Katijoniniai biosurfaktantai

Jie turi teigiamą krūvį ant galvos, paprastai ketvirtinės amonio grupės NR4+, kur R reiškia anglies ir vandenilio grandinę.

Amfoteriniai biosurfaktantai

Jie turi du įkrovimus, teigiamus ir neigiamus toje pačioje molekulėje.

Nejoniniai biosurfaktantai

Jie neturi jonų ar elektros įkrovos jų galvose.

-Pagal jos cheminę prigimtį

Pagal jų cheminę prigimtį biosurfaktantai klasifikuojami į šiuos tipus:

Glikolipidiniai biosurfaktantai

Glikolipidai yra molekulės, kurių cheminė struktūra yra lipidų arba riebalų ir cukraus dalies dalis. Labiausiai žinomi biosurfaktantai yra glikolipidai. Pastaruosius sudaro cukrų sulfatai, tokie kaip gliukozė, galaktozė, manozė, ramnozė ir galaktozė..

Tarp glikolipidų geriausiai žinomi ramnolipidai, bioemulsifikatoriai, kurie buvo labai tiriami, didelis emulsijos aktyvumas ir didelis afinitetas hidrofobinėms organinėms molekulėms (kurios neištirpsta vandenyje)

Jie laikomi efektyviausiomis paviršinio aktyvumo medžiagomis hidrofobinių junginių pašalinimui užterštame dirvožemyje.

Kaip ramnolipidų pavyzdžius, galima paminėti paviršinio aktyvumo medžiagas, kurios gamina genties bakterijas Pseudomonas.

Yra ir kitų glikolipidų Torulopsis sp., su biocidiniu aktyvumu ir naudojami kosmetikoje, pleiskanoje, bakteriostatiniuose produktuose ir kūno dezodorantuose.

Biosurfaktantai lipoproteinai ir lipopeptidai

Lipoproteinai yra cheminiai junginiai, kurių sudėtyje yra lipidų arba riebalų dalis ir kita baltymų dalis.

Pavyzdžiui, Bacillus subtilis yra bakterija, gaminanti lipopeptidus, vadinamus surfaktinais. Tai yra galingiausia paviršiaus įtampa, mažinanti biosurfaktantus.

Surfaktinai turi galimybę gaminti žinduolių eritrocitų (raudonųjų kraujo kūnelių plyšimą) lizę. Be to, jie gali būti naudojami kaip kenkėjų biocidai kaip maži graužikai.

Biosurfaktantų riebalų rūgštys

Kai kurie mikroorganizmai gali oksiduoti alkanus (anglies ir vandenilio grandines) į riebalų rūgštis, turinčias paviršinio aktyvumo savybes.

Fosfolipidiniai biosurfaktantai

Fosfolipidai yra cheminiai junginiai, turintys fosfatų grupių (PO43-), pritvirtinta prie lipidinės struktūros dalies. Jie yra mikroorganizmų membranų dalis.

Tam tikros bakterijos ir mielės, kurios maitina angliavandenilius, kai jos auga ant alkano substratų, padidina fosfolipidų kiekį savo membranoje. Pavyzdžiui, Acinetobacter sp., Thiobacillus tioxidans ir Rhodococcus erythropolis.

Polimeriniai biosurfaktantai

Polimeriniai biosurfaktantai yra didelės molekulinės masės makromolekulės. Labiausiai tiriami šios grupės biosurfaktantai yra: emulsija, lipozanas, mannoproteinas ir polisacharidų-baltymų kompleksai..

Pavyzdžiui, bakterija Acinetobacter calcoaceticus gamina polianioninį emulsaną (su keliais neigiamais įkrovimais), labai efektyvų angliavandenilių bioemulsifikatorių vandenyje. Jis taip pat yra vienas iš galingiausių žinomų emulsijų stabilizatorių.

Lipozanas yra ekstraląstelinis emulsiklis, tirpus vandenyje, susidaręs iš polisacharidų ir baltymų Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae gamina didelius kiekius mannoproteinų, pasižyminčius puikiu alyvų, alkanų ir organinių tirpiklių emulsikliu.

-Pagal jo molekulinę masę

Biosurfaktantai skirstomi į dvi kategorijas:

Mažos molekulinės masės biosurfaktantai

Su nedideliais paviršiaus ir paviršiaus įtempimais. Pavyzdžiui, ramnolipidai.

Didelės molekulinės masės polimeriniai biosurfaktantai

Tai stipriai siejasi su paviršiais, pvz., Maisto bioemulsifikatoriais.

Biosurfaktantų gamyba

Biosurfaktantų gamybai bioreaktoriuose naudojamos mikroorganizmų kultūros. Dauguma šių mikroorganizmų yra izoliuoti nuo užterštų terpių, pvz., Pramoninių atliekų ar angliavandenilių duobių, kuriuos išmeta naftos pramonė.

Veiksminga biosurfaktantų gamyba priklauso nuo kelių veiksnių, tokių kaip substrato ar anglies šaltinio, naudojamo kaip kultūros terpė, pobūdis ir jo druskingumo laipsnis. Be to, tai priklauso nuo tokių veiksnių kaip temperatūra, pH ir deguonies prieinamumas.

Biosurfaktų panaudojimas

Šiuo metu biosurfaktantų paklausa yra didžiulė, nes cheminės sintezės būdu gautos paviršinio aktyvumo medžiagos (iš naftos produktų) yra toksiškos, biologiškai neskaidomos ir todėl turi aplinkos apsaugos taisykles jų naudojimui..

Šios problemos sukėlė didelį susidomėjimą biosurfaktantais kaip biologiškai skaidomos, netoksiškos alternatyvos.

Biosurfaktantai turi programų daugelyje sričių, pavyzdžiui:

Naftos pramonė

Biosurfaktantai naudojami naftos gavyboje ir angliavandenilių bioremediatūroje (dezaktyvuojant gyvus organizmus); pavyzdys: Biosurfaktantas Arthrobacter sp.

Jie taip pat naudojami naftos biodesulfuracijos procesuose (sieros pašalinimas naudojant mikroorganizmus). Buvo naudojamos genties rūšys Rhodococcus.

Aplinkos sanitarija

Biosurfaktantai naudojami dirvožemio, užteršto nuodingais metalais, pvz., Uranu, kadmiu ir švinu (biosurfaktantų iš Pseudomonas spp. ir Rhodococcus spp.).

Jie taip pat naudojami bioremediacijos procesuose dirvožemyje ir vandenyje, užterštame benzinu ar naftos išsiliejimu.

Pavyzdžiui, Aeromonas sp. gamina biosurfaktantus, kurie leidžia mažinti alyvą arba mažinti mažas molekules, kurios tarnauja kaip mikroorganizmų bakterijų ir grybų maistinės medžiagos..

Pramoniniuose procesuose

Biosurfaktantai naudojami ploviklių ir valiklių pramonėje, nes jie pagerina valymo veiksmus, ištirpindami drabužius ar paviršius užterštus riebalus..

Jie taip pat naudojami kaip pagalbiniai cheminiai junginiai tekstilės, popieriaus ir odų rauginimo pramonėje.

Kosmetikos ir farmacijos pramonėje

Kosmetikos pramonėje, Bacillus licheniformis gamina biosurfaktantus, kurie naudojami kaip priešpriešiniai, bakteriostatiniai ir dezodorantai.

Kai kurie biosurfaktantai yra naudojami farmacijos ir biomedicinos pramonėje antimikrobiniam ir (arba) priešgrybeliniam poveikiui..

Maisto pramonėje

Maisto pramonėje biosurfaktantai naudojami majonezui gaminti (tai yra kiaušinių vandens ir aliejaus emulsija). Šie biosurfaktantai yra pagaminti iš lektinų ir jų darinių, kurie gerina kokybę ir papildomai skonį.

Žemės ūkyje

Žemės ūkyje biosurfaktantai naudojami biologiškai kontroliuojant augalų patogenus (grybus, bakterijas, virusus)..

Kitas biosurfaktų naudojimas žemės ūkyje yra dirvožemio mikroelementų prieinamumo padidėjimas.

Nuorodos

  1. Banatas, I.M., Makkar, R.S. ir Cameotra, S.S. (2000). Galimas komercinis mikrobų paviršinio aktyvumo naudojimas. Taikomosios mikrobiologijos technologijos. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. ir Makkar, R.S. (2004). Naujausi biosurfaktantai kaip biologinės ir imunologinės molekulės. Dabartinės nuomonės apie mikrobiologiją. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. ir Chang, J.S. (2007). Pakartotinis fermentinis fermentacijos fermentų fermentų apdorojimas pH-stat įkrovoje su vietiniais Pseudomonas aeruginosa Taikomosios mikrobiologijos biotechnologijos. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Biosurfaktantų naudojimas aplinkai. Aplinkos tarša. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tangas, J., He, J., Xin, X., Hu, H. ir Liu, T. (2018). Biosurfaktantai padidino sunkiųjų metalų pašalinimą iš dumblo elektrokokinetiniame gydyme. Chemijos inžinerijos žurnalas. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.