Повърхностноактивни вещества и биоповърхностно-активни вещества, за какво се използват, примери и приложения



а повърхностноактивно е химично съединение, способно да намали повърхностното напрежение на течно вещество, действащо върху повърхността или контактната повърхност между две фази, например вода-въздух или вода-масло.

Терминът повърхностноактивно вещество идва от английската дума Повърхностно активно вещество, което от своя страна произтича от акронима на израза сърфингАсе активен агент, което означава в испански агент с повърхностна или повърхностна активност.

В испански се използва думата "повърхностноактивно вещество", отнасяща се до способността за действие на химичното съединение върху повърхностно или междуфазово напрежение. Повърхностното напрежение може да се определи като съпротивление, което течностите трябва да увеличат повърхността си.

Водата има високо повърхностно напрежение, тъй като молекулите му са много силно свързани и се противопоставят на отделянето, когато върху повърхността му се упражнява натиск.

Например, някои водни насекоми, като "обущар" (Герис Лакустрис, може да се движи по вода без потъване, благодарение на повърхностното напрежение на водата, което позволява образуването на филм по повърхността му.

Също така, стоманена игла се държи над повърхността на водата и не потъва поради повърхностното напрежение на водата.

индекс

  • 1 Структура и работа на повърхностноактивни вещества
  • За какво са повърхностноактивните вещества??
  • 3 Биологично активни вещества: повърхностноактивни вещества с биологичен произход
    • 3.1 Примери за биоспорителни вещества
  • 4 Класификация на биотърговещите вещества и примери
    • 4.1 - Според естеството на електрическия заряд в полярната или главата част
    • 4.2 - Според химическата си същност
    • 4.3 - Според неговото молекулно тегло
  • 5 Производство на биоактивни вещества
  • 6 Приложения на биотърговещи вещества
    • 6.1 Нефтената промишленост
    • 6.2 Екологични санитарни условия
    • 6.3 В промишлените процеси
    • 6.4 В козметичната и фармацевтичната промишленост
    • 6.5 В хранително-вкусовата промишленост
    • 6.6 В селското стопанство
  • 7 Препратки

Структура и работа на повърхностноактивни вещества

Всички химически повърхностноактивни вещества или повърхностноактивни вещества са от природата амфифилната, те имат двойно поведение, защото могат да разтворят полярни и неполярни съединения. Повърхностноактивните вещества имат две основни части в тяхната структура:

  • Хидрофилна полярна глава, подобна на вода и полярни съединения.
  • Неполярна хидрофобна, липофилна опашка, свързана с неполярни съединения.

Полярната глава може да бъде нейонна или йонна. Опашката на сърфактанта или аполарната част може да бъде верига от въглерод и водороден алкил или алкилбензен.

Тази специфична структура дава на химичните съединения на повърхностно активно вещество двойно, амфифилно поведение: афинитет за съединения или полярни фази, разтворими във вода и също афинитет за неполярни съединения, неразтворими във вода..

Като цяло, повърхностноактивните вещества намаляват повърхностното напрежение на водата, което позволява на тази течност да се разширява и тече в по-голяма степен, овлажнявайки съседните повърхности и фази..

За какво са повърхностноактивните вещества??

Химичните съединения на повърхностно активното вещество проявяват своята активност върху повърхности или интерфейси.

Когато се разтварят във вода, те мигрират към водни-маслени или водно-въздушни интерфейси, например, където могат да функционират като:

  • Диспергиращи вещества и разтворители на неразтворими или слабо разтворими съединения във вода.
  • Овлажнители, защото те благоприятстват преминаването на вода в неразтворими фази.
  • Емулсии стабилизатори на съединения, неразтворими във вода и вода, като масло и майонезна вода.
  • Някои повърхностноактивни вещества благоприятстват, а други предотвратяват образуването на пяна.

Биологично активни вещества: повърхностно активни вещества с биологичен произход

Когато повърхностноактивното вещество идва от жив организъм, то се нарича биосърфактант.

В по-строг смисъл, биосърфактантите се считат за амфифилни биологични съединения (с двойно химично поведение, разтворими във вода и в мазнини), произведени от микроорганизми като дрожди, бактерии и филаментозни гъби..

Биосорфактантите се екскретират или задържат като част от микробната клетъчна мембрана.

Също така някои биотъргови вещества се произвеждат чрез биотехнологични процеси, като се използват ензими, които действат върху биологично химично съединение или натурален продукт..

Примери на биоспориватели

Сред естествените биологични повърхностно-активни вещества можем да споменем сапонините от растения като кайенското цвете (хибискус sp.), лецитин, жлъчни сокове от бозайници или човешки белодробен сърфактант (с много важни физиологични функции).

Освен това, всички аминокиселини и техните производни, бетаини и фосфолипиди са всички биологични вещества, всички тези естествени продукти с биологичен произход..

Класификация на биотърговещите вещества и примери

-Според естеството на електрическия заряд в полярната или главната част

Биофлуидните вещества могат да бъдат групирани в следните категории, в зависимост от електрическия заряд на полярната глава:

Анионни биофункционални вещества

Те имат отрицателен заряд на полярния край, често поради присъствието на сулфонатна група -SO3-.

Катионни биосъдържащи вещества

Те имат положителен заряд върху главата, обикновено кватернерна амониева група NR4+, където R представлява въглеродна и водородна верига.

Амфотерни биосъдържащи вещества

Те имат двете заряди, положителни и отрицателни в една и съща молекула.

Нейоногенни биофункционални вещества

Те нямат йони или електрически заряди в главите си.

-Според химическата си природа

Според тяхната химична природа биоактивните вещества се класифицират в следните видове:

Гликолипидни биологични повърхностно-активни вещества

Гликолипидите са молекули, които имат химическа структура като част от липид или мазнина и част от захарта. Най-известните биологични повърхностно-активни вещества са гликолипиди. Последните се състоят от сулфати на захари като глюкоза, галактоза, маноза, рамноза и галактоза.

Сред гликолипидите, най-известните са рамнолипидите, биоемулсификаторите, които са много изучени, високата емулгираща активност и високия афинитет към хидрофобни органични молекули (които не се разтварят във вода).

Те се считат за най-ефективни повърхностно активни вещества за отстраняване на хидрофобни съединения в замърсена почва.

Като примери за рамнолипиди могат да се споменат повърхностноактивни вещества, които произвеждат бактерии от рода Pseudomonas.

Има и други гликолипиди, произведени от Torulopsis sp., с биоцидна активност и използван в козметиката, против пърхот, бактериостатични продукти и като дезодоранти за тялото.

Биосорфактанти липопротеини и липопептиди

Липопротеините са химични съединения, които имат част от липидите или мазнините в тяхната структура и друга част от протеина.

Например, Bacillus subtilis е бактерия, която произвежда липопептиди, наречени сърфактини. Това са най-мощните повърхностни напрежения, които намаляват повърхностно-активните вещества.

Повърхностните вещества имат способността да произвеждат лизис на еритроцити (разкъсване на червени кръвни клетки) на бозайници. Освен това те могат да се използват като биоциди за вредители като малки гризачи.

Биосорфакта мастни киселини

Някои микроорганизми могат да окисляват алканите (въглеродни и водородни вериги) до мастни киселини, които притежават повърхностноактивни свойства.

Фосфолипидни биосъдържащи вещества

Фосфолипидите са химични съединения, които имат фосфатни групи (РО43-), прикрепен към част с липидна структура. Те са част от мембраните на микроорганизмите.

Някои бактерии и дрожди, които се хранят с въглеводороди, когато растат на алканови субстрати, увеличават количеството на фосфолипидите в тяхната мембрана. Например, Acinetobacter SP., Thiobacillus tioxidans и Rhodococcus erythropolis.

Полимерни биофункционални вещества

Полимерните биофункционални вещества са макромолекули с високо молекулно тегло. Най-изучени биосърфактанти от тази група са: емулсан, липосан, манопротеин и полизахарид-протеинови комплекси..

Например, бактерията Acinetobacter calcoaceticus произвежда полианионни емулсани (с няколко отрицателни заряда), много ефективен биоемулсификатор за въглеводороди във вода. Също така е един от най-мощните известни стабилизатори на емулсията.

Липозан е екстрацелуларен емулгатор, разтворим във вода, образуван от полизахариди и протеин на Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae произвежда големи количества манопротеини с отлична емулгираща активност на масла, алкани и органични разтворители.

-Според неговото молекулно тегло

Биосорфактите са класифицирани в две категории:

Биоспорители с ниско молекулно тегло

С малки повърхностни и междуфазови напрежения. Например, рамнолипиди.

Високомолекулни полимерни повърхностно-активни вещества

Това се свързва силно с повърхности, като хранителни биоемулгатори.

Производство на биотърговещи вещества

За производството на био-повърхностно активни вещества в биореакторите се използват култури от микроорганизми. Повечето от тези микроорганизми са изолирани от замърсени среди, като например индустриални отпадъци или въглеводородни ями, изхвърлени от нефтената промишленост..

Ефективното производство на биоповърхностно-активни вещества зависи от няколко фактора, като например естеството на субстрата или въглеродния източник, използван като културална среда и неговата степен на соленост. В допълнение, това зависи от фактори като температура, рН и наличие на кислород.

Приложения на биотърговещи вещества

Понастоящем има огромно търговско търсене за биоповърхностно-активни вещества, тъй като повърхностноактивните вещества, получени чрез химичен синтез (от нефтени производни), са токсични, не са биоразградими и поради това имат екологични разпоредби за тяхното използване..

Тези проблеми предизвикаха значителен интерес към биотърговията като биоразградими, нетоксични алтернативи.

Биофункционалните вещества имат приложения в много области, като:

Нефт

Биосорфактите се използват при извличане на нефт и биоремедиация (обеззаразяване с живи организми) на въглеводороди; например: биотърговещото вещество на Arthrobacter SP.

Те се прилагат и в процесите на биодесулфуризация (елиминиране на сяра с помощта на микроорганизми) от петрол. Използвани са видове от рода Rhodococcus.

Екологична хигиена

Биосорфактите се използват в биоремедиацията на почви, замърсени с токсични метали, като уран, кадмий и олово (биотърговещи вещества от Pseudomonas SPP. и Rhodococcus SPP.).

Те се използват и в процесите на биоремедиация на почви и води, замърсени с разливи на бензин или петрол.

Например, Aeromonas Sp. произвежда биоповърхностно-активни вещества, които позволяват разграждането на маслото или намаляването на големите молекули до по-малки, които служат като хранителни вещества за бактерии и гъбички на микроорганизми..

В промишлените процеси

Биосорфактите се използват в промишлеността за почистващи препарати и почистващи препарати, тъй като подобряват почистването чрез разтваряне на мазнините, които замърсяват дрехите или повърхностите, в промивната вода..

Те се използват и като спомагателни химически съединения в текстилната, хартиената и кожарската промишленост.

В козметичната и фармацевтичната промишленост

В козметичната индустрия, Bacillus licheniformis произвежда биоповърхностно-активни вещества, които се използват като противопрахови, бактериостатични и дезодориращи продукти.

Някои биосърфактанти се използват във фармацевтичната и биомедицинската индустрия за тяхната антимикробна и / или противогъбична активност.

В хранително-вкусовата промишленост

В хранително-вкусовата промишленост биосфактанти се използват при производството на майонеза (която е емулсия от яйчна вода и масло). Тези биофункционални вещества идват от лектини и техните производни, които подобряват качеството и допълнително аромата.

В селското стопанство

В селското стопанство биологичните вещества се използват за биологичен контрол на патогени (гъбички, бактерии, вируси) на културите.

Друга употреба на биологични повърхностно-активни вещества в селското стопанство е увеличаването на наличността на почвени микроелементи.

препратки

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. и Cameotra, S.S. (2000 г.). Потенциални търговски приложения на микробни сърфактанти. Технология на приложната микробиология. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. и Makkar, R.S. (2004 г.). Последните приложения на биотърговията като биологични и имунологични молекули. Текущи становища в микробиологията. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. и Chang, J.S. (2007 г.). Повтаряща се ферментация на хранене с рН-стадий за производство на рамнолипид с местни Pseudomonas aeruginosa Приложна микробиология Биотехнология. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005 г.). Приложения за околната среда за биоактивни вещества. Замърсяване на околната среда. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. и Liu, T. (2018). Биосорфактантите повишават отделянето на тежки метали от утайките при електрокинетичната обработка. Вестник за химическо инженерство. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.