FELÜLETAKTÍV ÉS BIO-FELÜLETAKTÍV ANYAGOK: MIRE KÉSZÜL, PÉLDÁK ÉS FELHASZNÁLÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

A felületaktív anyag egy kémiai vegyület, amely képes csökkenteni a folyékony anyag felületi feszültségét, és a két fázis, például víz-levegő vagy víz-olaj közötti határfelületen vagy érintkezési felületen hat.

A felületaktív anyag kifejezés az angol felületaktív anyag szóból származik, amely viszont a surf ace active agent kifejezés betűszójából származik, amely spanyol ágensben felület- vagy felületi aktivitással rendelkezik.

1. ábra. A felületaktív anyagok szerkezete. Forrás: Fő intézkedés, a Wikimedia Commonsból

Spanyolul a "felületaktív anyag" szót használják, utalva egy kémiai vegyület azon képességére, hogy hatjon a felületi vagy a felületek közötti feszültségre. A felületi feszültség úgy definiálható, mint egy ellenállás, amelyet a folyadékoknak meg kell növelniük felületüket.

A víz magas felületi feszültséggel rendelkezik, mivel molekulái nagyon szorosan kötődnek és ellenállnak az elválasztásnak, amikor a felületükre nyomást gyakorolnak.

Például egyes vízi rovarok, mint például a „macskaköves” (Gerris lacustris), a víz felületi feszültségének köszönhetően, a víz felületi feszültségének köszönhetően, elsüllyedés nélkül mozoghatnak a vízen, amely lehetővé teszi a film felületén képződését.

2. ábra Rovar, amely képes mozogni a vízen. Forrás: TimVickers, a Wikimedia Commonsból

Ezenkívül egy acéltű a víz felületén marad és nem süllyed a víz felületi feszültsége miatt.

A felületaktív anyagok felépítése és funkciója

Az összes felületaktív vagy felületaktív anyag kémiai anyag amfifil jellegű, azaz kettős viselkedéssel bírnak, mivel oldhatják a poláris és nem poláros vegyületeket. A felületaktív anyagok felépítése két fő részből áll:

• Hidrofil poláris fej, hasonló a vízhez és a poláris vegyületekhez.
• Lipofil, hidrofób, nem poláris farok, hasonló a nem poláris vegyületekhez.

A poláris fej lehet nem ionos vagy ionos. A felületaktív anyag farok vagy apoláris rész lehet alkil- vagy alkil-benzol-szén- és hidrogénlánc.

Ez a nagyon különleges szerkezet a felületaktív kémiai vegyületek kettős, amfifil viselkedését eredményezi: affinitás a poláris vegyületekhez vagy fázisokhoz, vízben oldódik, és affinitás a nem poláris vegyületekhez, vízben nem oldódik.

Általában a felületaktív anyagok csökkentik a víz felületi feszültségét, lehetővé téve ennek a folyadéknak a nagyobb mértékű kiszélesedését és áramlását, nedvesítve a szomszédos felületeket és fázisokat.

Mire szolgálnak felületaktív anyagok?

A felületaktív vegyi anyagok a felületeken vagy a felületeken hatnak.

Vízben való feloldódáskor például a víz-olaj vagy a víz-levegő határfelületre vándorolnak, ahol a következőképpen működhetnek:

• Oldhatatlan vagy rosszul oldódó vegyületek diszpergálószerei és oldószerei vízben.
• Nedvesítőszerek, mivel elősegítik a víz átjutását az oldhatatlan fázisokba.
• Stabilizátorok vízben és vízben nem oldódó vegyületek, például olaj és víz majonézből származó emulziókhoz.
• Egyes felületaktív anyagok elősegítik, mások megakadályozzák a habképződést.

Bioszimek: biológiai eredetű felületaktív anyagok

Amikor a felületaktív anyag élő organizmusból származik, azt bio-felületaktív anyagnak nevezik.

Szigorúbb értelemben a biológiai felületaktív anyagokat amfifil biológiai vegyületeknek kell tekinteni (kettős kémiai viselkedésű, vízben és zsírban oldódó), amelyeket mikroorganizmusok, például élesztő, baktériumok és fonalas gombák termesztnek.

A biológiai felületaktív anyagok kiválasztódnak vagy visszatartódnak a mikrobiális sejtmembrán részeként.

Néhány biológiai felületaktív anyagot biotechnológiai eljárásokkal állítanak elő olyan enzimek felhasználásával, amelyek biológiai kémiai vegyületre vagy természetes termékre hatnak.

Példák biológiai felületaktív anyagokra

A természetes biológiai felületaktív anyagok magukban foglalják a növényi szaponinokat, például a cayenne virágot (Hibiscus sp.), A lecitint, az emlősökből származó epeleveket vagy az emberi tüdőben lévő felületaktív anyagot (nagyon fontos élettani funkciókkal).

Ezenkívül az aminosavak és származékaik, a betainok és a foszfolipidek, ezek a biológiai eredetű természetes termékek, bio-felületaktív anyagok.

A biológiai felületaktív anyagok osztályozása és példák

-A sarki részben vagy a fejben lévő elektromos töltés jellegének megfelelően

A biológiai felületaktív anyagokat a következő kategóriákba lehet sorolni, a poláris fejük elektromos töltése alapján:

Anionos biológiai felületaktív anyagok

Van egy negatív töltést a poláris végével, gyakran jelenléte miatt egy szulfonátcsoport -SO ₃ ^-.

Kationos biológiai felületaktív anyagok

A fejükön pozitív töltésük van, általában egy NR ₄ ⁺ kvaterner ammóniumcsoport, ahol R jelentése szén- és hidrogénlánc.

Amfoter biológiai felületaktív anyagok

Ugyanazon molekula pozitív és negatív töltéssel is rendelkezik.

Nemionos bio-felületaktív anyagok

Nincsenek ionok vagy elektromos töltések a fejükben.

-Kémiai jellegének megfelelően

A bio-felületaktív anyagokat kémiai természetük szerint a következő típusokba sorolják:

Glikolipid bio-felületaktív anyagok

A glikolipidek olyan molekulák, amelyek kémiai szerkezetükben a lipid vagy zsír egy részét és a cukor egy részét tartalmazzák. Az ismert bio-felületaktív anyagok legtöbbje glikolipidek. Az utóbbi cukor-szulfátokból, például glükózból, galaktózból, mannózból, ramnózból és galaktózból áll.

A glikolipidek közül a legismertebbek a ramnolipidek, bioemulgeáló szerek, amelyeket széles körben tanulmányoztak, nagy emulgeáló aktivitással és nagy affinitással a hidrofób szerves molekulákkal szemben (amelyek nem oldódnak vízben).

Ezeket tekintik a leghatékonyabb felületaktív anyagoknak a hidrofób vegyületek szennyezett talajokban történő eltávolítására.

A ramnolipidekre példa a Pseudomonas nemzetségbe tartozó baktériumok által termelt felületaktív anyagok.

Vannak más, a Torulopsis sp. Által termelt, biocid aktivitású glikolipidek is, amelyeket kozmetikumokban, korpásodásgátló termékekben, bakteriosztatikumokban és testdezodorokként használnak.

A lipoproteinek és a lipopeptid bioszimek

A lipoproteinek olyan kémiai vegyületek, amelyek szerkezetében lipid vagy zsír egy részét és egy másik részét a fehérje tartalmazza.

Például a Bacillus subtilis olyan baktérium, amely felületaktív néven ismert lipopeptideket termel. Ezek a legerősebb felületi feszültséget csökkentő bio-felületaktív anyagok.

A surfaktinek képesek emlősökben eritrociták lízisét (a vörösvértestek lebontását) előidézni. Ezen felül biocidként felhasználhatók kártevők, például kis rágcsálók számára.

Zsírsav-biológiai felületaktív anyagok

Egyes mikroorganizmusok képesek oxidálni az alkánokat (szén- és hidrogénláncok) zsírsavakká, amelyek felületaktív tulajdonságokkal rendelkeznek.

Foszfolipid bio-felületaktív anyagok

A foszfolipidek olyan kémiai vegyületek, amelyek foszfátcsoportokkal (PO ₄ ³) kapcsolódnak egy lipid szerkezetű részhez. A mikroorganizmusok membránjainak részei.

Bizonyos baktériumok és élesztők, amelyek szénhidrogének táplálkoznak, amikor alkán szubsztrátumokon növekednek, növelik a membránjuk foszfolipidek mennyiségét. Például Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans és Rhodococcus erythropolis.

Polimer bioszfaktorok

A polimer bio-felületaktív anyagok nagy molekulatömegű makromolekulák. Ebben a csoportban a leginkább tanulmányozott bio-felületaktív anyagok: emulgeálószer, zsírleszívás, mannoprotein és poliszacharid-protein komplexek.

Például az Acinetobacter calcoaceticus baktérium polianionos emulgeálószert (különféle negatív töltésekkel) állít elő, amely nagyon hatékony bioemulgeálószer a vízben lévő szénhidrogének számára. Ez az egyik legismertebb emulziós stabilizátor.

A liposan vízoldható extracelluláris emulgeálószer, amely poliszacharidokból és Candida lipolytica fehérjéből áll.

Környezeti higiénia

A biológiai felületaktív anyagokat mérgező fémekkel, például uránnal, kadmiummal és ólommal szennyezett talajok (a Pseudomonas spp. És a Rhodococcus spp. Biológiai felületaktív anyagai) bio-rehabilitációjában használják.

A talajok és a víz benzin- vagy olajszennyezéssel szennyezett talajok és vízének bio-rehabilitációs folyamataiban is felhasználják.

3. ábra. A biológiai felületaktív anyagokat az olajszennyezés miatt a környezeti szennyvízkezelési folyamatokban használják. Forrás: Ecuador Külügyminisztériuma, a Wikimedia Commons segítségével

Például az Aeromonas sp. Olyan biofelületaktív anyagokat állít elő, amelyek lehetővé teszik az olaj lebontását vagy a nagy molekulák kisebb méretre redukálását, amelyek tápanyagként szolgálnak a mikroorganizmusok, baktériumok és gombák számára.

Ipari folyamatokban

A biológiai felületaktív anyagokat a mosó- és tisztítószeriparban használják, mivel javítják a tisztítóhatást azáltal, hogy feloldják a mosóvízben piszkos ruhákat vagy felületeket zsírokat.

Kémiai segédanyagokként is felhasználják a textil-, papír- és cserzőiparban.

A kozmetikai és gyógyszeriparban

A kozmetikai iparban a Bacillus licheniformis biológiai felületaktív anyagokat állít elő, amelyeket korpásodásgátló, bakteriosztatikus és dezodoráló termékekként használnak.

Néhány biológiai felületaktív anyagot a gyógyszeriparban és az orvostudományban használnak antimikrobiális és / vagy gombaellenes aktivitásuk érdekében.

Az élelmiszeriparban

Az élelmiszeriparban a bio-felületaktív anyagokat majonéz gyártására használják (amely tojásvíz és olaj emulziója). Ezek a bio-felületaktív anyagok lektinekből és származékaikból származnak, amelyek javítják a minőséget és emellett az ízét.

A mezőgazdaságban

A mezőgazdaságban a biológiai felületaktív anyagokat a patogének (gombák, baktériumok, vírusok) biológiai leküzdésére használják a növényekben.

A bio-felületaktív anyagok másik felhasználása a mezőgazdaságban a mikrotápanyagok talajból való elérhetőségének javítása.

Irodalom

1. Banat, IM, Makkar, RS és Cameotra, SS (2000). A mikrobiális felületaktív anyagok lehetséges kereskedelmi felhasználása. Alkalmazott mikrobiológiai technológia. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS és Makkar, RS (2004). A biológiai felületaktív anyagok biológiai és immunológiai molekulákként történő legújabb alkalmazásai. Jelenlegi vélemények a mikrobiológiában. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH és Chang, JS (2007). Ismételt pH-stat táplált-szakaszos fermentáció a rhamnolipid termeléshez őslakos Pseudomonas aeruginosa alkalmazásával Mikrobiológiai Biotechnológia. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Környezeti alkalmazások a bio-felületaktív anyagok számára. Környezetszennyezés. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. és Liu, T. (2018). A biológiai felületaktív anyagok elősegítették a nehézfémek eltávolítását az iszapból az elektrokinetikai kezelés során. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.