Surfactants dan biosurfactants apa, contoh dan kegunaannya



A surfactant adalah sebatian kimia yang mampu mengurangkan ketegangan permukaan bahan cair, yang bertindak pada antara muka atau permukaan sentuhan antara dua fasa, contohnya air udara atau minyak air.

Surfactant istilah berasal dari perkataan Inggeris surfactant, yang seterusnya diperoleh daripada akronim ungkapan tersebut melayariagen aktif ace, yang bermaksud dalam ejen Sepanyol dengan aktiviti interfasin atau permukaan.

Dalam bahasa Sepanyol perkataan "surfactant" digunakan, merujuk kepada keupayaan tindakan sebatian kimia pada permukaan atau ketegangan antara muka. Ketegangan permukaan boleh ditakrifkan sebagai rintangan yang perlu meningkatkan permukaan cecair mereka.

Air mempunyai ketegangan permukaan yang tinggi kerana molekul-molekulnya sangat terikat bersama-sama dan menentang pemisahan apabila tekanan dikenakan pada permukaannya.

Misalnya, beberapa serangga akuatik, seperti "tukang sepatu" (Gerris lacustris), boleh bergerak ke atas air tanpa tenggelam, terima kasih kepada ketegangan permukaan air, yang membolehkan pembentukan filem di permukaannya.

Juga, jarum keluli dipegang di atas permukaan air dan tidak tenggelam, disebabkan ketegangan permukaan air.

Indeks

  • 1 Struktur dan operasi surfaktan
  • 2 Apakah surfaktan??
  • 3 Biosurfactants: surfaktan dari asal biologi
    • 3.1 Contoh biosurfactants
  • 4 Klasifikasi biosurfactants dan contoh
    • 4.1 - Mengikut sifat cas elektrik di bahagian kutub atau bahagian kepala
    • 4.2 - Mengikut sifat kimianya
    • 4.3 - Mengikut berat molekulnya
  • 5 Pengeluaran biosurfactants
  • 6 Aplikasi biosurfactants
    • 6.1 Industri minyak
    • 6.2 Kebersihan alam sekitar
    • 6.3 Dalam proses perindustrian
    • 6.4 Dalam industri kosmetik dan farmaseutikal
    • 6.5 Dalam industri makanan
    • 6.6 Dalam pertanian
  • 7 Rujukan

Struktur dan operasi surfaktan

Semua surfaktan kimia atau surfaktan adalah sifat semula jadi amphiphilic, iaitu, mereka mempunyai tingkah laku ganda, kerana mereka boleh membubarkan sebatian kutub dan bukan kutub. Surfaktan mempunyai dua bahagian utama dalam strukturnya:

  • Kepala kutub hidrofilik, sama dengan sebatian air dan polar.
  • Ekstrak hidrofobik bukan kutub, ekor lipofilik, yang berkaitan dengan sebatian bukan kutub.

Kepala kutub boleh bukan ionik atau ionik. Ekor surfaktan atau bahagian apolar, boleh menjadi rantai karbon dan hidrogen alkil atau alkilbenzena.

Struktur tertentu ini memberikan sebatian kimia surfaktan sebagai tindak balas dua, amphipilik: afiniti untuk sebatian atau fasa polar, larut dalam air dan juga pertalian untuk sebatian bukan polar, tidak larut dalam air.

Secara umumnya, surfaktan mengurangkan ketegangan permukaan air, yang membolehkan cecair ini berkembang dan mengalir ke tahap yang lebih tinggi, melembapkan permukaan dan fasa jiran.

Apakah surfaktan??

Sebatian kimia surfaktan menguji aktiviti mereka pada permukaan atau antara muka.

Apabila mereka larut dalam air, mereka berhijrah ke antara muka minyak atau air udara, sebagai contoh, di mana mereka boleh berfungsi sebagai:

  • Penyakit penyamar dan pelarut yang tidak larut atau sebatian larut dalam air.
  • Humektan, kerana mereka memihak kepada laluan air untuk fasa tidak larut dalam ini.
  • Penstabil emulsi sebatian tidak larut dalam air dan air, seperti minyak dan air mayonis.
  • Sesetengah surfaktan suka dan lain-lain menghalang pembentukan busa.

Biosurfactants: surfactants dari asal biologi

Apabila agen surfaktan berasal dari organisma hidup, ia dipanggil biosurfaktan.

Dalam erti kata yang sempit, biosurfactants dianggap (dual kelakuan kimia larut, di dalam air dan lemak) sebatian biologi amphiphilic dihasilkan oleh mikroorganisma seperti yis, bakteria dan kulat berfilamen.

Biosurfaktan diekskresikan atau disimpan sebagai sebahagian daripada membran sel mikroba.

Juga beberapa biosurfaktan dihasilkan oleh proses bioteknologi, menggunakan enzim yang bertindak pada sebatian kimia biologi atau produk semulajadi.

Contoh-contoh biosurfactants

Di antara biosurfactants semulajadi kita boleh menyebutkan saponin tumbuhan seperti bunga cayenne (Hibiscus sp.), lesitin, jus hempedu mamalia atau surfaktan paru manusia (dengan fungsi fisiologi yang sangat penting).

Selain itu, asid amino dan derivatifnya, betina dan fosfolipid adalah semua biosurfaktan, semua produk semulajadi dari asal biologi.

Klasifikasi biosurfactants dan contoh

-Mengikut sifat cas elektrik di bahagian kutub atau bahagian kepala

Biosurfaktan boleh dikelompokkan ke dalam kategori berikut, bergantung kepada caj elektrik kepala kutub anda:

Biosurfactants anionik

Mereka mempunyai caj negatif pada akhir kutub, sering disebabkan oleh kehadiran kumpulan sulphonate -SO3-.

Biosurfactants kationik

Mereka mempunyai tuduhan positif pada kepala, biasanya satu kumpulan ammonium kuarum NR4+, di mana R mewakili rantai karbon dan hidrogen.

Biosurfactants Amphoteric

Mereka mempunyai dua caj, positif dan negatif dalam molekul yang sama.

Biosurfactants bukanionik

Mereka tidak mempunyai ion atau caj elektrik di kepala mereka.

-Mengikut sifat kimianya

Mengikut sifat kimia mereka, biosurfactants dikelaskan kepada jenis berikut:

Biosurfactants Glycolipid

Glikolipid adalah molekul yang mempunyai struktur kimia mereka sebagai bahagian lipid atau lemak dan sebahagian daripada gula. Biosurfaktan yang paling dikenali adalah glikolipid. Yang terakhir terdiri daripada sulfat gula seperti glukosa, galaktosa, mannose, rhamnose dan galaktosa.

Antara glycolipids, yang terbaik yang diketahui adalah rhamnolipids, bioemulsificantes yang telah dikaji, emulsifier tinggi dan aktiviti pertalian yang tinggi oleh molekul organik hidrofobik (yang tidak larut dalam air)

Ini dianggap surfaktan yang paling berkesan untuk menghilangkan sebatian hidrofobik di tanah yang tercemar.

Sebagai contoh rhamnolipid, surfaktan yang menghasilkan bakteria genus boleh disebutkan Pseudomonas.

Terdapat glikolipid lain yang dihasilkan oleh Torulopsis sp., dengan aktiviti biocidal dan digunakan dalam kosmetik, anti-kelemumur, produk bakterostatik dan sebagai penyembur badan.

Biosurfaktan lipoprotein dan lipopeptida

Lipoprotein adalah sebatian kimia yang mempunyai sebahagian lipid atau lemak dalam strukturnya dan satu lagi protein.

Contohnya, Bacillus subtilis adalah bakteria yang menghasilkan lipopeptida dipanggil surfaktin. Ini adalah ketegangan permukaan paling kuat yang mengurangkan biosurfaktan.

Surfaktan mempunyai keupayaan untuk menghasilkan lesi eritrosit (pecah sel darah merah) mamalia. Di samping itu, mereka boleh digunakan sebagai biokid perosak sebagai tikus kecil.

Biosurfaktan asid lemak

Sesetengah mikroorganisma boleh mengoksidakan alkana (rantai karbon dan hidrogen) kepada asid lemak yang mempunyai sifat surfaktan.

Biosurfactants Phospholipid

Phospholipid adalah sebatian kimia yang mempunyai kumpulan fosfat (PO43-), dilampirkan pada bahagian dengan struktur lipid. Mereka adalah sebahagian daripada membran mikroorganisma.

Bakteria dan ragi tertentu yang memakan hidrokarbon, apabila mereka tumbuh pada substrat alkana, meningkatkan jumlah fosfolipid dalam membran mereka. Contohnya, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans dan Rhodococcus erythropolis.

Biosurfactants polimer

Biosurfactants polimer adalah makromolekul berat molekul yang tinggi. Biosurfaktan yang paling dikaji dalam kumpulan ini adalah: emulsan, liposan, mannoprotein dan kompleks protein polysaccharide.

Sebagai contoh, bakteria Acinetobacter calcoaceticus menghasilkan emulsan polyanionik (dengan beberapa caj negatif), bioemulsifier sangat berkesan untuk hidrokarbon dalam air. Ia juga salah satu penstabil emulsi yang paling kuat yang diketahui.

Liposan adalah pengemulsi ekstraselular, larut dalam air, yang terbentuk oleh polisakarida dan protein Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae menghasilkan sejumlah besar mannoprotein dengan aktiviti pengemulsi minyak, alkana dan pelarut organik yang sangat baik.

-Mengikut berat molekulnya

Biosurfaktan dikelaskan dalam dua kategori:

Biosurfaktan berat molekul rendah

Dengan permukaan yang ketara dan ketegangan antara muka. Sebagai contoh, rhamnolipids.

Biosurfaktan polimer berat berat molekul yang tinggi

Yang mengikat kuat ke permukaan, seperti bioemulsif makanan.

Pengeluaran biosurfactants

Untuk pengeluaran biosurfactants, budaya mikroorganisma digunakan dalam bioreaktor. Kebanyakan mikroorganisma ini diasingkan daripada media yang tercemar, seperti tapak sisa industri atau lubang hidrokarbon yang dibuang oleh industri minyak.

Pengeluaran biosurfaktan yang cekap bergantung kepada beberapa faktor, seperti sifat substrat atau sumber karbon yang digunakan sebagai medium kebudayaan dan tahap kemasinannya. Di samping itu, ia bergantung kepada faktor-faktor seperti suhu, pH dan ketersediaan oksigen.

Permohonan biosurfactants

Pada masa ini terdapat permintaan komersil yang besar untuk biosurfactants, kerana surfaktan yang diperolehi oleh sintesis kimia (dari derivatif petroleum) adalah toksik, tidak biodegradable dan oleh itu mempunyai peraturan alam sekitar untuk penggunaannya.

Masalah ini telah menimbulkan minat yang besar dalam biosurfactants sebagai alternatif biodegradable, bukan toksik.

Biosurfaktan mempunyai aplikasi dalam banyak bidang, seperti:

Industri minyak

Biosurfaktan digunakan dalam pengekstraksi minyak dan bioremediasi (dekontaminasi dengan organisma hidup) hidrokarbon; Contoh: biosurfactant of Arthrobacter sp.

Mereka juga digunakan dalam proses biodesulfurization (penghapusan belerang menggunakan mikroorganisma) petroleum. Spesies genus telah digunakan Rhodococcus.

Sanitasi alam sekitar

Biosurfactants digunakan dalam bioremediasi tanah yang tercemar oleh logam toksik, seperti uranium, kadmium dan plumbum (biosurfactants dari Pseudomonas spp. dan Rhodococcus spp.).

Mereka juga digunakan dalam proses bioremediasi tanah dan air yang tercemar oleh petrol atau tumpahan minyak.

Contohnya, Aeromonas sp. menghasilkan biosurfaktan yang membolehkan penurunan minyak atau pengurangan molekul besar kepada yang lebih kecil, yang berfungsi sebagai nutrien untuk bakteria dan kulat mikroorganisma.

Dalam proses perindustrian

Biosurfactants digunakan dalam industri pencuci dan pembersih, memandangkan ia meningkatkan tindakan pembersihan dengan melarutkan lemak yang mencemarkan pakaian atau permukaan, di dalam air basuh.

Mereka juga digunakan sebagai bahan kimia tambahan dalam industri tekstil, kertas dan tanner.

Dalam industri kosmetik dan farmaseutikal

Dalam industri kosmetik, Bacillus licheniformis menghasilkan biosurfactants yang digunakan sebagai produk antidon, bakteriostatik dan deodoran.

Sesetengah biosurfactants digunakan dalam industri farmaseutikal dan bioperubatan untuk aktiviti antimikrob dan / atau antikulat mereka.

Dalam industri makanan

Dalam industri makanan, biosurfactants digunakan dalam pembuatan mayonis (yang merupakan emulsi air telur dan minyak). Biosurfactants ini berasal dari lectins dan derivatif mereka, yang meningkatkan kualiti dan tambahan rasa.

Dalam bidang pertanian

Dalam bidang pertanian, biosurfaktan digunakan untuk kawalan biologi patogen (kulat, bakteria, virus) tanaman.

Satu lagi penggunaan biosurfactants dalam pertanian adalah peningkatan ketersediaan mikronutrien tanah.

Rujukan

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. dan Cameotra, AS (2000). Aplikasi komersil yang berpotensi untuk surfaktan mikrob. Teknologi Mikrobiologi Terapan. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. dan Makkar, R.S. (2004). Aplikasi terkini biosurfactants sebagai molekul biologi dan imunologi. Pendapat Semasa dalam Mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. dan Chang, A.S. (2007). Berulang pH-stat fed-batch fermentation untuk pengeluaran rhamnolipid dengan asli Pseudomonas aeruginosa Bioteknologi Mikrobiologi Terapan. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Aplikasi alam sekitar untuk biosurfactants. Pencemaran Alam Sekitar. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. dan Liu, T. (2018). Biosurfaktan meningkatkan penyingkiran logam berat dari enapcemar dalam rawatan elektrokinetikal. Jurnal Kejuruteraan Kimia. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.