- Estructura i funcionament dels surfactants
- Per a què serveixen els surfactants?
- Biosurfactantes: surfactants d'origen biològic
- Exemples d'biosurfactantes
- Classificació dels biosurfactantes i exemples
- -Segons la naturalesa de la càrrega elèctrica a la part polar o cap
- Biosurfactantes aniònics
- Biosurfactantes catiònics
- Biosurfactantes amfòters
- Biosurfactantes no iònics
- -De acord a la seva naturalesa química
- Biosurfactantes glicolípids
- Biosurfactantes lipoproteïnes i lipopèptids
- Biosurfactantes àcids grassos
- Biosurfactantes fosfolípids
- Biosurfactantes polimèrics
- sanejament ambiental
- En processos industrials
- En la indústria cosmètica i farmacèutica
- En la indústria d'aliments
- En l'agricultura
- referències
Un surfactante és un compost químic capaç de reduir la tensió superficial d'una substància líquida, actuant en una interfase o superfície de contacte entre dues fases, per exemple aigua-aire o aigua-oli.
El terme surfactant prové de la paraula anglesa surfactant, el qual al seu torn es deriva de l'acrònim de l'expressió surf ace activi agent, que significa en espanyol agent amb activitat interfacial o de superfície.
Figura 1. Estructura dels surfactants. Font: Major measure, from Wikimedia Commons
En espanyol es fa servir la paraula "tensioactiu" referida a la capacitat d'acció d'un compost químic sobre la tensió superficial o interfacial. La tensió superficial pot definir-se com una resistència que posseeixen els líquids a augmentar la seva superfície.
L'aigua té una alta tensió superficial perquè les seves molècules estan unides molt fortament i es resisteixen a separar-se quan s'exerceix pressió sobre la seva superfície.
Per exemple, alguns insectes aquàtics, com "el sabater" (Gerris lacustris), es poden moure sobre l'aigua sense enfonsar-se, gràcies a la tensió superficial de l'aigua, que permet la formació d'una pel·lícula en la seva superfície.
Figura 2. Insecte capaç de moure sobre l'aigua. Font: TimVickers, from Wikimedia Commons
També, una agulla d'acer es manté sobre la superfície de l'aigua i no s'enfonsa, a causa de la tensió superficial de l'aigua.
Estructura i funcionament dels surfactants
Tots els agents químics surfactants o tensioactius són de naturalesa anfifílica, és a dir, tenen un comportament dual, pel fet que poden dissoldre compostos polars i no polars. Els surfactants posseeixen en la seva estructura dues parts principals:
- Un cap polar hidrofílica, afí a l'aigua ja compostos polars.
- Una cua no polar hidrofòbica, lipofílica, afí a compostos no polars.
El cap polar pot ser no iònica o iònica. La cua de l'surfactant o part apolar, pot ser una cadena de carboni i hidrogen alquil o alquilbenceno.
Aquesta estructura tan particular li confereix als compostos químics surfactants un comportament dual, anfifílico: afinitat per compostos o fases polars, solubles en aigua i també afinitat per compostos no polars, insolubles en aigua.
En general, els agents surfactants redueixen la tensió superficial de l'aigua, el que permet que aquest líquid pugui expandir-se i fluir en major grau, humitejant superfícies i fases veïnes.
Per a què serveixen els surfactants?
Els compostos químics surfactants exerceixen la seva activitat en superfícies o interfases.
A l'dissoldre en aigua, migren a les interfases aigua-oli o aigua-aire per exemple, on poden funcionar com:
- Dispersants i solubilitzants de compostos insolubles o poc solubles en aigua.
- Humectants, doncs afavoreixen el pas d'aigua a fases insolubles en aquesta.
- Estabilitzants d'emulsions de compostos insolubles en aigua i aigua, com ara oli i aigua de la maionesa.
- Alguns surfactants afavoreixen i altres impedeixen la formació d'escuma.
Biosurfactantes: surfactants d'origen biològic
Quan l'agent surfactant prové d'un organisme viu, es denomina biosurfactante.
En un sentit més estricte, els biosurfactantes són considerats com a compostos biològics anfifílicos (de comportament químic dual, solubles en aigua i en greixos), produïts per microorganismes com llevats, bacteris i fongs filamentosos.
Els biosurfactantes són excretats o retinguts com a part de la membrana cel·lular microbiana.
També alguns biosurfactantes són produïts per processos biotecnològics, usant enzims que actuen sobre un compost químic biològic o producte natural.
Exemples d'biosurfactantes
Entre els biosurfactantes naturals es poden esmentar les saponines de les plantes com la flor de caiena (Hibiscus sp.), La lecitina, els sucs biliars dels mamífers o el surfactant pulmonar humà (amb funcions fisiològiques molt importants).
Addicionalment, són biosurfactantes els aminoàcids i els seus derivats, les betaïnes i els fosfolípids, tots aquests productes naturals d'origen biològic.
Classificació dels biosurfactantes i exemples
-Segons la naturalesa de la càrrega elèctrica a la part polar o cap
Els biosurfactantes poden agrupar-se en les següents categories, segons la càrrega elèctrica del seu cap polar:
Biosurfactantes aniònics
Posseeixen càrrega negativa en l'extrem polar, freqüentment causa de la presència d'un grup sulfonat -SO 3 -.
Biosurfactantes catiònics
Tenen càrrega positiva al cap, generalment un grup amoni quaternari NR 4 +, on R representa una cadena de carboni i hidrogen.
Biosurfactantes amfòters
Posseeixen les dues càrregues, positiva i negativa en la mateixa molècula.
Biosurfactantes no iònics
No posseeixen ions o càrregues elèctriques en els seus caps.
-De acord a la seva naturalesa química
Segons la seva naturalesa química, els biosurfactantes es classifiquen en els següents tipus:
Biosurfactantes glicolípids
Els glucolípids són molècules que tenen en la seva estructura química una part de lípid o greix i una part de sucre. La majoria dels biosurfactantes coneguts són glicolípids. Aquests últims consisteixen en sulfats de sucres com glucosa, galactosa, mannosa, ramnosa i galactosa.
Entre els glicolípids, els més coneguts són els ramnolípidos, bioemulsificantes que han estat molt estudiats, d'alta activitat emulsificant i alta afinitat per molècules orgàniques hidrofòbiques (que no es dissolen en aigua)
Aquests són considerats els surfactants més efectius per a la remoció de compostos hidrofòbics en sòls contaminats.
Com a exemples d'ramnolípidos es poden esmentar els surfactants que produeixen els bacteris de l'gènere Pseudomonas.
Hi ha altres glucolípids, produïts per Torulopsis sp., Amb activitat biocida i usats en cosmètics, productes anticaspa, bacteriostàtics i com desodorants corporals.
Biosurfactantes lipoproteïnes i lipopèptids
Les lipoproteïnes són compostos químics que tenen en la seva estructura una part de lípid o greix i una altra part de proteïna.
Per exemple, Bacillus subtilis és un bacteri que produeix lipopèptids anomenats surfactinas. Aquests són dels més poderosos biosurfactantes reductors de tensió superficial.
Les surfactinas tenen la capacitat de produir lisi d'eritròcits (ruptura de glòbuls vermells) de mamífers. A més, poden ser usades com biocides de plagues com petits rosegadors.
Biosurfactantes àcids grassos
Alguns microorganismes poden oxidar alcans (cadenes de carboni i hidrogen) a àcids grassos que tenen propietats surfactants.
Biosurfactantes fosfolípids
Els fosfolípids són compostos químics que tenen grups fosfat (PO 4 3-), units a una part amb estructura de lípid. Formen part de les membranes dels microorganismes.
Certs bacteris i llevats que s'alimenten d'hidrocarburs, quan creixen en substrats d'alcans, incrementen la quantitat de fosfolípids en la seva membrana. Per exemple, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans i Rhodococcus erythropolis.
Biosurfactantes polimèrics
Els biosurfactantes polimèrics són macromolècules d'alt pes molecular. Els biosurfactantes més estudiats d'aquest grup són: emulsan, liposan, mannoproteína i complexos de polisacàrids-proteïnes.
Per exemple, el bacteri Acinetobacter calcoaceticus produeix emulsan polianiónico (amb diverses càrregues negatives), un bioemulsificante molt efectiu per a hidrocarburs en aigua. També és un dels més potents estabilitzants d'emulsió coneguts.
Liposan és un emulsificant extracel·lular, soluble en aigua, format per polisacàrids i proteïna de Candida lipolytica.
sanejament ambiental
Els biosurfactantes s'usen en la bioremediació de sòls contaminats per metalls tòxics, com urani, cadmi i plom (biosurfactantes de Pseudomonas spp. I Rhodococcus spp.).
També són usats en processos de bioremediació de sòls i aigües contaminades per vessaments de gasolina o petroli.
Figura 3. En processos de sanejament ambiental per vessaments de petroli s'usen biosurfactantes. Font: Cancelleria Equador, via Wikimedia Commons
Per exemple, Aeromonas sp. produeix biosurfactantes que permeten la degradació de petroli o reducció de molècules grans a unes més petites, que serveixen de nutrients per als microorganismes bacteris i fongs.
En processos industrials
Els biosurfactantes són utilitzats en la indústria de detergents i netejadors, ja que potencien l'acció netejadora a l'dissoldre els greixos que embruten la roba o superfícies, en l'aigua de rentat.
També són usats com a compostos químics auxiliars a la indústria tèxtil, de paper i en adoberies.
En la indústria cosmètica i farmacèutica
En la indústria de cosmètics, Bacillus licheniformis produeix biosurfactantes que s'empren com a productes anticaspa, bacteriostàtics i desodorants.
Alguns biosurfactantes són usats en la indústria farmacèutica i biomèdica per la seva activitat antimicrobiana i / o antifúngica.
En la indústria d'aliments
En la indústria d'aliments, s'utilitzen biosurfactantes en la fabricació de maionesa (que és una emulsió de l'aigua de l'ou i oli). Aquests biosurfactantes provenen de lectines i els seus derivats, els quals milloren la qualitat i addicionalment el sabor.
En l'agricultura
En agricultura s'empren biosurfactantes per al control biològic de patògens (fongs, bacteris, virus) dels cultius.
Un altre ús dels biosurfactantes en agricultura és l'increment de la disponibilitat de micronutrients de terra.
referències
- Banat, IM, Makkar, RS and Cameotra, SS (2000). Potential commercial applications of microbial surfactants. Applied Microbiology Technology. 53 (5): 495-508.
- Cameotra, SS and Makkar, RS (2004). Recent applications of biosurfactants es biological and immunological molecules. Current Opinions in Microbiology. 7 (3): 262-266.
- Chen, SI, Wei, IH and Chang, JS (2007). Repeated pH-stat fed-batch Fermentation for rhamnolipid production with indigenous Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology. 76 (1): 67-74.
- Mulligan, CN (2005). Environmental applications for biosurfactants. Environmental Pollution. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
- Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. and Liu, T. (2018). Biosurfactants enhanced heavy metals removal from sludge in the electrokinetical treatment. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.