Surfactants ו biosurfactants מה זה, דוגמאות ושימושים

א פעילי שטח הוא תרכובת כימית המסוגלת להקטין את מתח פני השטח של חומר נוזלי, הפועל על משטח או משטח מגע בין שני שלבים, למשל אוויר מים או שמן מים.

המונח פעילי שטח מגיע מהמילה האנגלית פעילי שטח, אשר בתורו נגזר ראשי תיבות של הביטוי לגלושסוכן פעיל, כלומר בסוכן ספרדית עם פעילות פנים או משטח.

בספרדית משתמשים במילה "פעילי שטח", המתייחסים ליכולת הפעולה של תרכובת כימית על פני השטח או על מתח בין-עיני. מתח הפנים ניתן להגדיר כהתנגדות כי נוזלים יש להגדיל את פני השטח שלהם.

למים יש מתח פנים גבוה כי המולקולות שלה קשורות מאוד חזק להתנגד הפרדה כאשר הלחץ מופעל על פני השטח שלה.

לדוגמה, כמה חרקים ימיים, כגון "סנדלר" (Gerris lacustris), יכול לנוע על המים בלי לשקוע, בזכות המתח של המים, אשר מאפשר היווצרות של הסרט על פני השטח שלה.

כמו כן, מחט פלדה מוחזק מעל פני המים ולא לשקוע, בשל המתח של המים של המים.

אינדקס

• 1 מבנה ותפעול של חומרים פעילי שטח
• 2 מה הם פעילי שטח עבור??
• 3 Biosurfactants: פעילי שטח ממקור ביולוגי
  • 3.1 דוגמאות של biosurfactants
• 4 סיווג של biosurfactants ודוגמאות
  • 4.1 - בהתאם לאופי המטען החשמלי בחלק הקוטב או הראש
  • 4.2 - על פי טבעו הכימי
  • 4.3 - בהתאם למשקל המולקולרי שלה
• ייצור של חומרים פעילים ביולוגית
• 6 יישומים של biosurfactants
  • 6.1 תעשיית נפט
  • 6.2 תברואה סביבתית
  • 6.3 בתהליכים תעשייתיים
  • 6.4 בענף הקוסמטיקה והפרמצבטיקה
  • 6.5 בענף המזון
  • 6.6 בחקלאות
• 7 הפניות

מבנה ותפעול של חומרים פעילי שטח

כל חומרים כימיים פעילי שטח או פעילי שטח הם הטבע amphiphilic, כלומר, יש להם התנהגות כפולה, משום שהם יכולים להמיס תרכובות קוטביות ולא קוטביות. את פעילי שטח יש שני חלקים עיקריים במבנה שלהם:

• ראש קוטב הידרופילי, בדומה לתרכובות מים וקוטב.
• זנב הידרופובי שאינו קוטבי, ליפופילי, הקשור לתרכובות שאינן קוטביות.

ראש הקוטב יכול להיות לא יונית או יונית. זנב של פעילי שטח או אפולרי, יכול להיות שרשרת של פחמן ומימן אלקיל או אלקילבנזן.

המבנה המסוים הזה נותן לתרכובות הכימיות פעילי שטח פעילות כפולה, אמפיפילית: זיקה לתרכובות או שלבי קוטב, מסיסים במים וגם זיקה למרכיבים שאינם קוטביים, בלתי מסיסים במים.

באופן כללי, פעילי שטח מורידים את מתח הפנים של המים, אשר מאפשר לנוזל זה להתרחב ולזרם במידה רבה יותר, הרטיבות משטחים שכנים ושלבים.

מה הם פעילי שטח עבור??

חומרים כימיים פעילי שטח מפעילים את פעילותם על משטחים או ממשקים.

כאשר הם מתמוססים במים, הם נודדים לממשקי שמן או מים-אוויר, למשל, שם הם יכולים לתפקד כ:

• מפזרי ו solubilizers של מסיסים מסיס או מסיס במים.
• Humectants, כי הם מעדיפים את המעבר של מים לשלבים מסיסים בזה.
• אמולסיות מייצבות של תרכובות מסיסות במים ומים, כגון שמן ומיונז.
• כמה פעילי שטח פעילי לטובת ואחרים למנוע היווצרות של קצף.

ביו-חומרים פעילים: חומרים פעילי שטח ממקור ביולוגי

כאשר סוכן פעילי שטח מגיע אורגניזם חי, זה נקרא biosurfactant.

במובן נוקשה יותר, biosurfactants נחשבים תרכובות ביולוגיות amphiphilic (של התנהגות כימית כפולה, מסיס במים בשומנים), המיוצר על ידי מיקרואורגניזמים כגון שמרים, חיידקים פטריות נימה..

Biosurfactants מופרשים או נשמרים כחלק קרום התא המיקרוביאלי.

גם כמה biosurfactants מיוצרים על ידי תהליכים ביוטכנולוגיים, באמצעות אנזימים הפועלים על תרכובת כימית ביולוגית או מוצר טבעי.

דוגמאות של biosurfactants

בין biosurfactants טבעי אנו יכולים להזכיר את saponins של צמחים כגון פרח קאיין (היביסקוס sp.), lecithin, מיצי מרה של יונקים או פעילי שטח ריאתי אנושיים (עם פונקציות פיזיולוגיות חשובות מאוד).

בנוסף, חומצות אמינו ונגזרותיהן, הבטן והפוספוליפידים הם כולם חומרים פעילים ביולוגית, כל אלה מוצרים טבעיים ממוצא ביולוגי.

סיווג של biosurfactants ודוגמאות

-בהתאם לאופי המטען החשמלי בחלק הקוטב או הראש

Biosurfactants ניתן מקובצים לקטגוריות הבאות, בהתאם המטען החשמלי של הראש הקוטב שלך:

ביו-חומרים פעילים

יש להם תשלום שלילי בקצה הקוטב, לעתים קרובות בשל נוכחות של קבוצת סולפונט -SO₃^-.

ביו-חומרים פעילים

יש להם חיוב חיובי על הראש, בדרך כלל קבוצת רבעוני אמוניום רבעוני₄⁺, כאשר R מייצג שרשרת פחמן ומימן.

ביו-ספקטקטורים אמפוטיים

יש להם את שני החיובים, חיובי ושלילי באותה מולקולה.

תרכובות ביולוגיות

אין להם יונים או מטענים חשמליים בראש.

-על פי הטבע הכימי שלו

על פי הטבע הכימי שלהם, biosurfactants מסווגים את הסוגים הבאים:

גליקוליפידים

הגליקוליפידים הם מולקולות שיש להן במבנה הכימי שלהן חלק מהשומנים או השומן וחלק מהסוכר. Biosurfactants הידוע ביותר הם גליקוליפידים. האחרון מורכב סולפטים של סוכרים כגון גלוקוז, גלקטוז, מנוז, rhamnose ו גלקטוז.

בין הגליקוליפידים, הידועים ביותר הם הרמנוליפידים, ביו-ממסים שנחקרו מאוד, פעילות מתחממת גבוהה וזיקה גבוהה למולקולות אורגניות הידרופוביות (שאינן מתמוססות במים)

אלה נחשבים פעילי שטח היעילה ביותר להסרת תרכובות הידרופובי באדמה מזוהמת.

כמו דוגמאות של rhamnolipids, פעילי שטח המייצרים חיידקים של הסוג ניתן להזכיר פסודומונס.

ישנם גליקוליפידים אחרים, המיוצרים על ידי טורולופס sp., עם פעילות ביוצידים בשימוש בקוסמטיקה, נגד קשקשים, מוצרים bacteriostatic וכדיאודורנטים הגוף.

Biosurfactants lipoproteins ו lipopeptides

ליפופרוטאינים הם חומרים כימיים שיש להם חלק משומנים או שומן במבנה שלהם וחלק אחר של חלבון.

לדוגמה, באסילוס תת הוא חיידק המייצר lipopeptides קרא surfactins. אלה הם מתח הפנים החזק ביותר הפחתת biosurfactants.

Surfactins יש את היכולת לייצר תמוגה של אריתרוציטים (קרע של כדוריות דם אדומות) של יונקים. בנוסף, הם יכולים לשמש biocides מזיקים כמו מכרסמים קטנים.

חומצות שומן Biosurfactants

כמה מיקרואורגניזמים יכולים לחמצן אלקאנים (פחמן ורשתות מימן) לחומצות שומן בעלות מאפיינים פעילי שטח.

Biosurfactants פוספוליפידים

פוספוליפידים הם חומרים כימיים בעלי קבוצות פוספט (PO₄^3-), המצורפת לחלק עם מבנה שומנים. הם חלק מממברנות המיקרואורגניזמים.

חיידקים מסוימים שמרים כי להאכיל על פחמימנים, כאשר הם גדלים על מצעים אלקן, להגדיל את כמות phospholipids בקרום שלהם. לדוגמה, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans ו Rhodococcus erythropolis.

פולימרים ביו-טבעיים

פולימרים biosurfactants הם מקרומולקולות של משקל מולקולרי גבוה. Biosurfactants ביותר של קבוצה זו הם: emulsan, liposan, mannoprotein ו polysaccharide חלבונים מתחמי.

לדוגמה, את החיידק חומצה מייצרת emulsan polyanionic (עם כמה חיובים שליליים), ביומולסיפר יעיל מאוד עבור פחמימנים במים. זה גם אחד מייצבי תחליב החזק ביותר הידוע.

Liposan הוא תחליב תאיים, מסיס במים, נוצר על ידי סוכרים וחלבון של קנדידה lipolytica.

Saccharomyces cereviseae מייצרת כמויות גדולות של mannoproteins עם פעילות emulsifying מעולה של שמנים, אלקנים ממיסים אורגניים.

-על פי המשקל המולקולרי שלה

Biosurfactants מסווגים בשתי קטגוריות:

נמוך biosurfactants משקל מולקולרי

עם משטחים קלים ומתחים בין-אישיים. לדוגמה, rhamnolipids.

משקל מולקולרי גבוה biosurfactants פולימריים

זה לאגד חזק למשטחים, כגון ביו-ממכר מזון.

ייצור של חומרים פעילים ביולוגית

עבור ייצור של biosurfactants, תרבויות של מיקרואורגניזמים משמשים bioreactors. רוב המיקרואורגניזמים הללו מבודדים ממדיה מזוהמת, כגון אתרי פסולת תעשייתית או בורות פחמימנים שנזרקו על ידי תעשיית הנפט.

ייצור יעיל של biosurfactants תלוי במספר גורמים, כגון אופיו של המצע או מקור פחמן המשמש מדיום תרבות מידת המליחות שלה. בנוסף, זה תלוי בגורמים כגון טמפרטורה, pH וזמינות החמצן.

יישומים של biosurfactants

כיום יש ביקוש מסחרי עצום עבור biosurfactants, כי פעילי שטח המתקבלים על ידי סינתזה כימית (נגזרות נפט) הם רעילים, לא מתכלה ולכן יש תקנות סביבתיות לשימוש שלהם.

בעיות אלה יצרו עניין רב biosurfactants כחלופות מתכלה, לא רעילים.

Biosurfactants יש יישומים בתחומים רבים, כגון:

תעשיית הנפט

Biosurfactants משמשים מיצוי שמן bioremediation (טיהור עם אורגניזמים חיים) של פחמימנים; לדוגמה: biosurfactant של Arthrobacter sp.

הם מיושמים גם בתהליכים של biodesulfurization (חיסול גופרית באמצעות מיקרואורגניזמים) של נפט. מינים של הסוג שימשו רודוקוקוס.

תברואה סביבתי

Biosurfactants משמשים bioremediation של קרקעות מזוהמים על ידי מתכות רעילות, כגון אורניום, קדמיום ועופרת (biosurfactants מ פסודומונס spp. ו רודוקוקוס spp.).

הם משמשים גם תהליכים bioremediation של קרקעות ומים מזוהמים על ידי בנזין או נשפך שמן.

לדוגמה, ארומונות sp. מייצרת biosurfactants המאפשרים השפלה של שמן או הפחתה של מולקולות גדולות קטנות יותר, אשר משמשים חומרים מזינים עבור מיקרואורגניזמים חיידקים ופטריות.

בתהליכים תעשייתיים

Biosurfactants משמשים דטרגנטים תעשיית הניקוי, שכן הם לשפר את פעולת הניקוי על ידי המסת השומנים כי לזהם בגדים או משטחים, במים כביסה.

הם משמשים גם תרכובות כימיות עזר בתעשיות טקסטיל, נייר בורסקאות.

בענף הקוסמטיקה והפרמצבטיקה

בתחום הקוסמטיקה, באצילוס ליצניפורמיס מייצרת biosurfactants המשמשים antidandruff, bacteriostatic ו דאודורנט מוצרים.

כמה biosurfactants משמשים בתעשיית התרופות והביו-רפואית לפעילותם האנטי-מיקרוביאלית ו / או הפטרייה.

בענף המזון

בתעשיית המזון, biosurfactants משמשים לייצור מיונז (שהוא תחליב של מי ביצים ושמן). אלה biosurfactants באים לקטינים ונגזרותיהם, אשר לשפר את איכות בנוסף הטעם.

בחקלאות

בחקלאות, biosurfactants משמשים לשליטה ביולוגית של פתוגנים (פטריות, חיידקים, וירוסים) של יבולים.

שימוש נוסף של biosurfactants בחקלאות היא הגידול זמינות micronutrient אדמה.

הפניות

1. בנט, א"מ, מככר, ר. ו Cameotra, S.S. (2000). פוטנציאל מסחרי יישומים של פעילי שטח חיידקים. טכנולוגיה מיקרוביולוגית יישומית. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, S.S. ו Makkar, R.S. (2004). יישומים אחרונים של biosurfactants כמו מולקולות ביולוגיות וחיסונית. הדעות הנוכחיות במיקרוביולוגיה. 7 (3): 262-266.
3. חן, י ', ווי, י' י. ו Chang, J.S. (2007). חזרה חוזרת של pH-stat-fed-batch batch עבור ייצור rhamnolipid עם הילידים Pseudomonas aeruginosa מיקרוביולוגיה יישומית ביוטכנולוגיה. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, C.N. (2005). יישומים סביבתיים עבור biosurfactants. זיהום סביבתי. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. טנג, ג ', הוא, ג', שין, X., הו, H. ו ליו, T. (2018). Biosurfactants משופרת הסרת מתכות כבדות מן בוצה בטיפול electrokinetical. הנדסה כימית. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.