PAVIRŠINĖS IR BIOLOGINĖS PAVIRŠIAUS AKTYVIOSIOS MEDŽIAGOS: KAM JI SKIRTA, PAVYZDŽIAI IR PANAUDOJIMAS - BIOLOGIJA - 2025

Paviršinio aktyvumo medžiaga yra cheminis junginys gali sumažinti paviršiaus įtempimą skysta medžiaga, veikiančios sąsajos arba kontaktinio paviršiaus tarp dviejų etapų, pavyzdžiui, vandens-oro arba vandens-aliejuje.

Sąvoka paviršinio aktyvumo medžiaga yra kilusi iš angliško žodžio surfactant, kuris savo ruožtu yra kilęs iš surf ace aktyviojo agento, kuris ispanų kalboje reiškia paviršinį ar paviršinį aktyvumą, akronimo.

1 pav. Paviršinių aktyviųjų medžiagų struktūra. Šaltinis: pagrindinė priemonė iš „Wikimedia Commons“

Ispanų kalboje naudojamas žodis „paviršiaus aktyvioji medžiaga“, nurodant cheminio junginio gebėjimą veikti paviršiaus ar paviršiaus įtempimą. Paviršiaus įtempimą galima apibūdinti kaip atsparumą, kurį skysčiai turi padidinti savo paviršiui.

Vanduo turi didelę paviršiaus įtempimą, nes jo molekulės yra labai sandariai surištos ir atsiskiria, kai jų paviršius patiria slėgį.

Pvz., Kai kurie vandens vabzdžiai, tokie kaip „voratinklis“ (Gerris lacustris), gali judėti vandenyje nenugrimzdami dėl vandens paviršiaus įtempimo, dėl kurio jo paviršiuje gali susidaryti plėvelė.

2 pav. Vabzdys, galintis judėti vandenyje. Šaltinis: „TimVickers“, iš „Wikimedia Commons“

Plieninė adata taip pat lieka ant vandens paviršiaus ir nenugrimzta dėl vandens paviršiaus įtempimo.

Paviršinių aktyviųjų medžiagų struktūra ir funkcijos

Visos paviršiaus aktyviosios arba aktyviosios paviršiaus cheminės medžiagos yra amfifilinio pobūdžio, tai yra, jos turi dvejopą elgesį dėl to, kad gali ištirpinti polinius ir nepolinius junginius. Paviršinio aktyvumo medžiagų struktūra yra dvi pagrindinės:

• Hidrofilinė polinė galva, panaši į vandenį ir polinius junginius.
• Lipofilinė, hidrofobinė nepolinė uodega, panaši į nepolinius junginius.

Polinė galva gali būti nejoninė arba joninė. Paviršinio aktyvumo medžiaga arba apoliarinė dalis gali būti alkilo arba alkilbenzeno anglies ir vandenilio grandinė.

Dėl šios ypatingos struktūros paviršinio aktyvumo cheminiai junginiai pasižymi dvejopu amfifiliniu elgesiu: afinitetas poliniams junginiams ar fazėms, tirpus vandenyje, taip pat afiniškumas nepoliniams junginiams, netirpstantiems vandenyje.

Apskritai, aktyviosios paviršiaus medžiagos mažina vandens paviršiaus įtempimą, leisdamos šiam skysčiui labiau išsiplėsti ir tekėti, sudrėkindamos kaimyninius paviršius ir fazes.

Kam skirtos paviršiaus aktyviosios medžiagos?

Cheminės paviršinio aktyvumo cheminės medžiagos veikia paviršių arba sąsajas.

Ištirpę vandenyje, jie migruoja, pavyzdžiui, į vandens-aliejaus arba vandens-oro sąsajas, kur jie gali veikti kaip:

• Netirpių ar mažai tirpstančių junginių dispergentai ir tirpikliai vandenyje.
• Drėkinamosios medžiagos, nes jos palaiko vandens patekimą į netirpias jo fazes.
• Vandenyje ir vandenyje netirpių junginių, tokių kaip aliejus ir vanduo iš majonezo, emulsijų stabilizatoriai.
• Kai kurios paviršiaus aktyviosios medžiagos skatina, o kitos apsaugo nuo putojimo.

Bioakumuliacinės medžiagos: biologinės kilmės paviršiaus aktyviosios medžiagos

Kai paviršiaus aktyvioji medžiaga gaunama iš gyvo organizmo, ji vadinama biologiškai aktyvia medžiaga.

Griežčiau tariant, biologiškai aktyviosios medžiagos laikomos amfifiliniais biologiniais junginiais (turinčiais dvejopą cheminį elgesį, tirpiais vandenyje ir riebaluose), kuriuos gamina mikroorganizmai, tokie kaip mielės, bakterijos ir gijiniai grybeliai.

Biologiškai aktyviosios medžiagos pašalinamos arba sulaikomos kaip mikrobinių ląstelių membranos dalis.

Be to, kai kurie biologiškai aktyviosios medžiagos gaminamos biotechnologiniais procesais, naudojant fermentus, veikiančius biologinį cheminį junginį ar natūralų produktą.

Biologiškai aktyviųjų medžiagų pavyzdžiai

Natūralioms biologiškai aktyvioms paviršiaus medžiagoms priskiriami augalų saponinai, tokie kaip kajeno žiedas (Hibiscus sp.), Lecitinas, žinduolių tulžies sultys arba žmogaus plaučių paviršiaus aktyvioji medžiaga (turinčios labai svarbias fiziologines funkcijas).

Be to, amino rūgštys ir jų dariniai, betainai ir fosfolipidai, visi šie natūralūs biologinės kilmės produktai, yra biologiškai aktyviosios paviršiaus medžiagos.

Biologiškai aktyviųjų medžiagų klasifikacija ir pavyzdžiai

- atsižvelgiant į elektros krūvio polinėje dalyje ar galvoje pobūdį

Biologiškai aktyviąsias medžiagas galima suskirstyti į šias kategorijas, atsižvelgiant į jų polinės galvos elektrinį krūvį:

Anijoniniai biologiniai paviršinio aktyvumo medžiagos

Jie turi neigiamą krūvį tuo polinio pabaigoje, dažnai dėl to, kad sulfonatas grupės -SO buvimo ₃ ^- .

Katijoninės biologiškai aktyviosios paviršiaus medžiagos

Jie turi teigiamą krūvį ant galvos, paprastai tai yra ketvirtinė amonio grupė NR ₄ ⁺ , kur R reiškia anglies ir vandenilio grandinę.

Amfoteriniai biologiniai paviršinio aktyvumo vaistai

Ta pati molekulė turi ir teigiamus, ir neigiamus krūvius.

Nejoninės biologinės paviršiaus aktyviosios medžiagos

Jų galvose nėra jonų ar elektros krūvių.

- atsižvelgiant į jo cheminį pobūdį

Pagal jų cheminį pobūdį biosurfaktantai skirstomi į šias rūšis:

Glikolipidų biosurfaktantai

Glikolipidai yra molekulės, kurių cheminė struktūra yra dalis lipidų ar riebalų ir dalis cukraus. Daugelis žinomų biosugerinių medžiagų yra glikolipidai. Pastarąjį sudaro cukrų sulfatai, tokie kaip gliukozė, galaktozė, manozė, ramnozė ir galaktozė.

Tarp glikolipidų labiausiai žinomi ramnolipidai, bioemulsikliai, kurie buvo išsamiai ištirti, pasižymintys dideliu emulsinimo aktyvumu ir dideliu afiniškumu hidrofobinėms organinėms molekulėms (kurios netirpsta vandenyje).

Tai laikomos veiksmingiausiomis paviršiaus aktyviosiomis medžiagomis hidrofobiniams junginiams pašalinti užterštame dirvožemyje.

Ramnolipidų pavyzdžiai yra paviršinio aktyvumo medžiagos, kurias gamina Pseudomonas genties bakterijos.

Yra ir kitų „Torulopsis sp.“ Gaminamų glikolipidų, turinčių biocidinį aktyvumą ir naudojamų kosmetikoje, gaminiuose nuo pleiskanų, bakteriostatuose ir kaip kūno dezodorantus.

Lipoproteinai ir lipopeptidiniai bioveikliosios medžiagos

Lipoproteinai yra cheminiai junginiai, kurių struktūroje yra dalis lipidų ar riebalų ir kita baltymų dalis.

Pavyzdžiui, Bacillus subtilis yra bakterija, gaminanti lipopeptidus, vadinamus surfaktinais. Tai yra vienos iš galingiausių paviršiaus įtempimą mažinančių biologiškai aktyviųjų paviršiaus medžiagų.

Surfaktinai turi galimybę žinduoliams sukelti eritrocitų lizę (raudonųjų kraujo kūnelių suskaidymą). Be to, jie gali būti naudojami kaip kenkėjų, tokių kaip maži graužikai, biocidai.

Riebalų rūgščių bioįveikliosios medžiagos

Kai kurie mikroorganizmai gali oksiduoti alkanus (anglies ir vandenilio grandines) iki riebalų rūgščių, turinčių paviršiaus aktyviųjų savybių.

Fosfolipidų biosurfaktantai

Fosfolipidai yra cheminiai junginiai, turintys fosfato grupes (PO ₄ ^3- ), prijungtas prie lipidų turinčios dalies. Jie yra mikroorganizmų membranų dalis.

Kai kurios bakterijos ir mielės, maitinančios angliavandenilius, augdamos ant alkano substratų, padidina fosfolipidų kiekį jų membranoje. Pavyzdžiui, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans ir Rhodococcus erythropolis.

Polimerinės biologinės paviršiaus aktyviosios medžiagos

Polimerinės biosurfaktantai yra didelės molekulinės masės makromolekulės. Labiausiai ištirti šios grupės biosurfaktantai yra: emulsikliai, lipozanas, mannoproteinai ir polisacharidų-baltymų kompleksai.

Pavyzdžiui, bakterija Acinetobacter calcoaceticus gamina polianioninius emulsiklius (su įvairiais neigiamais krūviais), labai efektyvius biovandenilius, skirtus angliavandeniliams vandenyje. Tai taip pat yra vienas galingiausių žinomų emulsijos stabilizatorių.

Liposanas yra vandenyje tirpus tarpląstelinis emulsiklis, sudarytas iš polisacharidų ir Candida lipolytica baltymo.

Aplinkos sanitarija

Bioakumuliacinės medžiagos naudojamos biologiniam dirvožemio, užteršto toksiškais metalais, tokiais kaip uranas, kadmis ir švinas (biologinėms paviršiaus veikliosioms medžiagoms Pseudomonas spp. Ir Rhodococcus spp.), Biologiniam valymui.

Jie taip pat naudojami dirvožemio ir vandens biologinio valymo procesuose, užterštuose benzinu ar naftos išsiliejimais.

3 pav. Biosulfurinės medžiagos naudojamos aplinkos sanitarijos procesuose dėl išsiliejusio naftos. Šaltinis: Ekvadoro užsienio reikalų ministerija, per „Wikimedia Commons“

Pavyzdžiui, Aeromonas sp. gamina biologiškai aktyviąsias medžiagas, leidžiančias suskaidyti aliejų arba sumažinti dideles molekules į mažesnes, kurios tarnauja kaip maistinės medžiagos mikroorganizmams, bakterijoms ir grybeliams.

Pramoniniuose procesuose

Biologiškai aktyviosios paviršiaus medžiagos naudojamos ploviklių ir valiklių pramonėje, nes jos pagerina valymo veiksmus, tirpindamos riebalus, nešvarumus ar nešvarumus skalbimo vandenyje.

Jie taip pat naudojami kaip pagalbiniai cheminiai junginiai tekstilės, popieriaus ir rauginimo pramonėje.

Kosmetikos ir farmacijos pramonėje

Kosmetikos pramonėje „Bacillus licheniformis“ gamina biosurfaktantus, kurie naudojami kaip pleiskanų, bakteriostatiniai ir dezodorantai.

Kai kurios biologiškai aktyvios medžiagos naudojamos antimikrobiniam ir (arba) priešgrybeliniam veikimui farmacijos ir biomedicinos pramonėje.

Maisto pramonėje

Maisto pramonėje majonezo (tai yra kiaušinio vandens ir aliejaus emulsija) gamyboje naudojami biosuorbentai. Šios biologiškai aktyviosios medžiagos gaunamos iš lektinų ir jų darinių, kurie pagerina kokybę ir papildomą skonį.

Žemės ūkyje

Žemės ūkyje biologinės aktyviosios medžiagos naudojamos biologiniam augalų patogenų (grybelių, bakterijų, virusų) kontrolei.

Kitas biologinių paviršiaus aktyviųjų medžiagų naudojimas žemės ūkyje yra padidinti mikroelementų prieinamumą iš dirvožemio.

Nuorodos

1. „Banat“, IM, „Makkar“, RS ir „Cameotra“, SS (2000). Galimas komercinis mikrobų paviršiaus aktyviųjų medžiagų panaudojimas. Taikomoji mikrobiologijos technologija. 53 (5): 495–508.
2. „Cameotra“, SS ir „Makkar“, RS (2004). Naujausi biologinių ir aktyviųjų medžiagų, kaip biologinių ir imunologinių molekulių, pritaikymai. Dabartinės nuomonės mikrobiologijoje. 7 (3): 262–266.
3. Chen, SY, Wei, YH ir Chang, JS (2007). Pakartotinė pH-stat fermento fermentacija, naudojant ramnolipidus, naudojant vietinę Pseudomonas aeruginosa, taikomą mikrobiologijos biotechnologiją. 76 (1): 67–74.
4. Mulligan, CN (2005). Aplinkai pritaikytos biologiškai aktyvios paviršiaus medžiagos. Aplinkos tarša. 133 (2): 183–198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. and Liu, T. (2018). Biosu veikliosios medžiagos pagerino sunkiųjų metalų pašalinimą iš dumblo elektrokinetiniu būdu. Chemijos inžinerijos žurnalas. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.