กรดฮิวมิก: โครงสร้างคุณสมบัติการผลิตการใช้ประโยชน์ - เคมี - 2025

กรดฮิวมิกเป็นชื่อสามัญของกลุ่มสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นส่วนหนึ่งของสารฮิวมิก พวกมันมีหมู่ฟังก์ชันต่างๆ ได้แก่ คาร์บอกซิลิกฟีนอลิกวงแหวนคล้ายน้ำตาลควิโนนและอนุพันธ์ของกรดอะมิโน

สารฮิวมิกซึ่งกรดฮิวมิกเป็นส่วนหนึ่งกระจายอยู่ในดินน้ำธรรมชาติและตะกอนเนื่องจากเป็นผลมาจากการสลายตัวของพืชสัตว์และของเสียตามธรรมชาติ

สารอินทรีย์ที่จะเปลี่ยนเป็นสารเช่นกรดฮิวมิก ผู้แต่ง: Pisauikan. ที่มา: Pixabay

กรดฮิวมิกเป็นส่วนหนึ่งของฮิวมัสและมีความสามารถในการปรับปรุงการเจริญเติบโตและโภชนาการของพืชเนื่องจากช่วยให้ธาตุอาหารสามารถเก็บไว้ในดินได้นานขึ้นเพื่อให้พืชมีอยู่

พวกมันเป็นสารประกอบแอมฟิฟิลิกกล่าวคือมีส่วนที่เกี่ยวข้องกับน้ำและส่วนที่ปฏิเสธน้ำทั้งหมดอยู่ในโมเลกุลเดียวกัน

เนื่องจากหมู่ –OH และ –COOH พวกมันสามารถสร้างสารประกอบเชิงซ้อนด้วยไอออนของโลหะหรือไอออนบวก

ต้องขอบคุณโซ่ไฮโดรคาร์บอนหรือส่วนอะโรมาติกทำให้สามารถละลายและจับตัวเป็นโมเลกุลอะโรมาติกโพลีไซคลิกที่เป็นพิษได้ นอกจากนี้ยังมีศักยภาพในการใช้ยารักษาโรคมะเร็งและในการเตรียมยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

โครงสร้าง

กรดฮิวมิกประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชันที่แตกต่างกันจำนวนซึ่งขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดทางภูมิศาสตร์ของกรดฮิวมิกอายุสภาพแวดล้อมและชีวภาพและสภาพภูมิอากาศที่สร้างโมเลกุล ด้วยเหตุนี้การระบุลักษณะที่แม่นยำจึงกลายเป็นเรื่องยาก

กลุ่มการทำงานหลัก ได้แก่ ฟีนอลิกคาร์บอกซิลิกอีโนลิกควิโนนอีเธอร์น้ำตาลและเปปไทด์

กลุ่มฟังก์ชันที่ให้ลักษณะสำคัญคือกลุ่มฟีนอลิกคาร์บอกซิลิกและควิโนน

โครงสร้างขนาดใหญ่ของกรดฮิวมิกประกอบด้วยส่วนที่ชอบน้ำที่เกิดจากกลุ่ม -OH และส่วนที่ไม่ชอบน้ำประกอบด้วยโซ่อะลิฟาติกและวงแหวนอะโรมาติก

ตัวอย่างของโมเลกุลของกรดฮิวมิกซึ่งสามารถสังเกตเห็นหมู่ฟีนอลิก -OH, -COOH, ควิโนน, น้ำตาลตกค้างและเปปไทด์ (-NH) Yikrazuul ที่มา: Wikimedia Commons

ศัพท์เฉพาะ

- กรดฮิวมิก

- HA หรือ HAs (กรดฮิวมิก)

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ของแข็งอสัณฐาน.

น้ำหนักโมเลกุล

น้ำหนักโมเลกุลอยู่ระหว่าง 2.0 ถึง 1300 kDa

หนึ่งดาหรือดาลตันมีค่า 1.66 x ^10-24กรัม

การละลาย

กรดฮิวมิกเป็นเศษส่วนของสารฮิวมิกที่ละลายได้ในน้ำที่เป็นด่าง ละลายได้บางส่วนในน้ำ ไม่ละลายในกรดปานกลาง

การละลายในน้ำมีความซับซ้อนเนื่องจากกรดฮิวมิกไม่ใช่ส่วนประกอบเดี่ยว แต่เป็นส่วนผสมของส่วนประกอบซึ่งมีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ละลายได้ในน้ำ

ความสามารถในการละลายอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ pH และความแรงของไอออนิกของตัวทำละลาย

คุณสมบัติทางเคมีและชีวภาพ

โดยทั่วไปโมเลกุลของกรดฮิวมิกจะมีส่วนที่ชอบน้ำหรือที่เกี่ยวกับน้ำและส่วนที่ไม่ชอบน้ำซึ่งจะปฏิเสธน้ำ นั่นคือเหตุผลที่พวกเขากล่าวว่าเป็นแอมฟิฟิลิก

เนื่องจากธรรมชาติของแอมฟิฟิลิกกรดฮิวมิกจึงก่อตัวขึ้นในตัวกลางที่เป็นกลางหรือเป็นกรดโครงสร้างที่คล้ายกับไมเซลส์ที่เรียกว่า pseudo-micelles

เป็นกรดอ่อนซึ่งเกิดจากกลุ่มฟีนอลิกและคาร์บอกซิลิก

กลุ่ม quinone มีหน้าที่ในการสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาเนื่องจากจะลดลงเป็น semiquinones และจากนั้นไปเป็น hydroquinones ซึ่งมีความเสถียรมาก

การมีอยู่ของกลุ่มฟีนอลิกและคาร์บอกซิลิกในโมเลกุลของกรดฮิวมิกทำให้พวกมันสามารถปรับปรุงการเจริญเติบโตและโภชนาการของพืชได้ กลุ่มดังกล่าวยังสามารถส่งเสริมการซับซ้อนด้วยโลหะหนัก และยังอธิบายถึงฤทธิ์ต้านไวรัสและต้านการอักเสบ

ในทางกลับกันการปรากฏตัวของกลุ่มควิโนนฟีนอลและคาร์บอกซิลิกนั้นเกี่ยวข้องกับสารต้านอนุมูลอิสระการฆ่าเชื้อราการฆ่าเชื้อแบคทีเรียและฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระหรือการฆ่าเชื้อโรค

พฤติกรรมในน้ำปานกลางตาม pH

ในตัวกลางที่เป็นด่างกลุ่มคาร์บอกซิลิกและฟีนอลิกจะสูญเสียโปรตอน H ⁺ซึ่งจะทำให้โมเลกุลมีประจุลบในแต่ละกลุ่มเหล่านี้

ด้วยเหตุนี้ประจุลบจึงถูกขับไล่และโมเลกุลจะยืดออก

เมื่อ pH ลดลงกลุ่มฟีนอลิกและคาร์บอกซิลิกจะถูกโปรตอนอีกครั้งและผลของการขับไล่จะหยุดลงทำให้โมเลกุลมีโครงสร้างที่กะทัดรัดคล้ายกับไมเซลส์

ในกรณีนี้ส่วนที่ไม่ชอบน้ำจะถูกพยายามค้นหาภายในโมเลกุลและส่วนที่ชอบน้ำจะสัมผัสกับตัวกลางที่เป็นน้ำ โครงสร้างเหล่านี้กล่าวกันว่าเป็นไมเซลส์หลอก

เนื่องจากพฤติกรรมนี้ระบุว่ากรดฮิวมิกมีคุณสมบัติในการชะล้าง

นอกจากนี้ยังก่อตัวเป็นมวลรวมภายในโมเลกุล (ภายในโมเลกุลของตัวเอง) ตามด้วยการรวมตัวระหว่างโมเลกุล (ระหว่างโมเลกุลที่แตกต่างกัน) และการตกตะกอน

การละลายโมเลกุลที่ไม่มีขั้วขนาดใหญ่

กรดฮิวมิกสามารถละลายโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนซึ่งเป็นพิษและเป็นสารก่อมะเร็งและค่อนข้างไม่ละลายในน้ำ

ไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้ถูกละลายในหัวใจที่ไม่ชอบน้ำของกรดฮิวมิกหลอก

การก่อตัวที่ซับซ้อนด้วยไอออนบวกโลหะ

กรดฮิวมิกทำปฏิกิริยากับไอออนของโลหะในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างโดยที่ไอออนบวกหรือไอออนบวกทำหน้าที่ทำให้ประจุลบของโมเลกุลของกรดฮิวมิกเป็นกลาง

ยิ่งประจุไอออนบวกสูงประสิทธิภาพในการสร้างไมเซลส์หลอกก็จะยิ่งมากขึ้น ไอออนบวกตั้งอยู่ในตำแหน่งที่ต้องการทางอุณหพลศาสตร์ในโครงสร้าง

กระบวนการนี้จะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนของกรด - โลหะฮิวมิกที่มีรูปร่างเป็นทรงกลม

ปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับโลหะและแหล่งกำเนิดน้ำหนักโมเลกุลและความเข้มข้นของกรดฮิวมิก

การได้รับ

กรดฮิวมิกได้จากอินทรียวัตถุในดิน อย่างไรก็ตามโครงสร้างของโมเลกุลของกรดฮิวมิกต่าง ๆ จะแตกต่างกันไปตามตำแหน่งของดินอายุและสภาพภูมิอากาศ

มีหลายวิธีในการรับ หนึ่งในนั้นมีคำอธิบายด้านล่าง

ดินได้รับการบำบัดด้วยสารละลาย 0.5 N NaOH (0.5 เทียบเท่าต่อลิตร) ภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนเป็นเวลา 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง ทั้งหมดถูกกรอง

สารสกัดอัลคาไลน์ถูกทำให้เป็นกรดด้วย 2N HCl ถึง pH 2 และปล่อยให้ยืนได้ 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง วัสดุที่จับตัวเป็นก้อน (กรดฮิวมิก) ถูกแยกออกจากส่วนเหนือตะกอนโดยการหมุนเหวี่ยง

การประยุกต์ใช้งาน

- ในการเกษตร

การใช้กรดฮิวมิกในการเกษตรเป็นที่ทราบกันดีตั้งแต่เริ่มต้นกิจกรรมทางการเกษตรเนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของฮิวมัส

ดินที่อุดมไปด้วยฮิวมัสจึงอุดมไปด้วยกรดฮิวมิกเหมาะสำหรับการปลูกพืช ผู้แต่ง: Markus Baumeler ที่มา: Pixabay

กรดฮิวมิกช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตและโภชนาการของพืช นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสารฆ่าเชื้อแบคทีเรียในดินและยาฆ่าเชื้อราปกป้องพืช กรดฮิวมิกยับยั้งเชื้อราไฟโตพาโทเจนิกและกลุ่มการทำงานบางกลุ่มมีความสัมพันธ์กับกิจกรรมนี้

พืชที่ติดเชื้อรา Alternaria solani ซึ่งสามารถต่อสู้กับกรดฮิวมิกได้ AfroBrazilian ที่มา: Wikimedia Commons

การมีอยู่ของหมู่กำมะถัน (S) และ C = O คาร์บอนิลในโมเลกุลของกรดฮิวมิกช่วยในการเกิดเชื้อรา ในทางตรงกันข้ามออกซิเจนปริมาณสูงหมู่ CO อะโรมาติกและคาร์บอนอะตอมบางชนิดที่เป็นของน้ำตาลจะยับยั้งแรงสถิตของกรดฮิวมิก

เมื่อเร็ว ๆ นี้ (2019) ได้มีการศึกษาผลของการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนแบบปล่อยช้าในการรักษาเสถียรภาพของกรดฮิวมิกที่มีอยู่ในดินและอิทธิพลที่มีต่อพืช

พบว่ายูเรียเคลือบไบโอคาร์บอนช่วยเพิ่มโครงสร้างและความเสถียรของกรดฮิวมิกที่มีอยู่ในดินโดยช่วยกักเก็บไนโตรเจนและคาร์บอนไว้ในดินและปรับปรุงผลผลิตของพืช

- ในการแก้ไขมลภาวะ

เนื่องจากความสามารถในการสร้างไมเซลส์หลอกในตัวกลางที่เป็นกลางหรือเป็นกรดจึงมีการสำรวจประโยชน์ในการกำจัดสารมลพิษจากน้ำเสียและดินเป็นเวลาหลายปี

โลหะเป็นหนึ่งในมลพิษที่กรดฮิวมิกกำจัดออกไปได้

การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพการดูดซับโลหะของกรดฮิวมิกในสารละลายในน้ำมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นตามค่า pH และความเข้มข้นของกรดฮิวมิกที่เพิ่มขึ้นและความเข้มข้นของโลหะลดลง

นอกจากนี้ยังพบว่าไอออนของโลหะแข่งขันกันเพื่อหาตำแหน่งที่ใช้งานอยู่ของโมเลกุลของกรดฮิวมิกซึ่งโดยทั่วไปคือหมู่ฟีนอลิก –COOH และ –OH ที่อยู่ในนั้น

- ในอุตสาหกรรมยา

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการเพิ่มความสามารถในการละลายน้ำของยาที่ไม่ชอบน้ำ

มีการเตรียมอนุภาคนาโนของเงิน (Ag) ที่เคลือบด้วยกรดฮิวมิกซึ่งสามารถคงตัวได้อย่างน้อยหนึ่งปี

อนุภาคนาโนของเงินและกรดฮิวมิกเหล่านี้ร่วมกับคุณสมบัติในการต้านเชื้อแบคทีเรียของสารหลังมีศักยภาพสูงในการเตรียมยา

ในทำนองเดียวกันคอมเพล็กซ์ของ carbamazepine ซึ่งเป็นยากันชักที่มีกรดฮิวมิกได้รับการพยายามเพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายได้และพบว่ายานั้นสามารถละลายได้และมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ผลเช่นเดียวกันของการปรับปรุงความสามารถในการละลายและความสามารถในการดูดซึมได้ด้วยคอมเพล็กซ์ของกรดฮิวมิกและβ-carotene ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของวิตามินเอ

- ในทางการแพทย์

กรดฮิวมิกเป็นพันธมิตรที่แข็งแกร่งในการรักษาโรคต่างๆ

ต่อต้านไวรัสบางชนิด

มีการสังเกตฤทธิ์ต้านไวรัสของกรดฮิวมิกต่อ cytomegalovirus และไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์ HIV-1 และ HIV-2 เป็นต้น

โมเลกุลของกรดฮิวมิกสามารถยับยั้งการจำลองแบบของไวรัสได้โดยการจับประจุลบของมันในตัวกลางอัลคาไลน์กับไซต์ประจุบวกบางแห่งบนไวรัสซึ่งจำเป็นสำหรับไวรัสที่จะจับกับผิวเซลล์

ต่อต้านมะเร็ง

พบว่ากรดฮิวมิกมีฤทธิ์ในการรักษาแผลที่เป็นสารก่อมะเร็ง นี่เป็นผลมาจากการมี quinones ในโครงสร้าง

โครงสร้างของ quinone ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีอยู่ในโมเลกุลของกรดฮิวมิกบางชนิด ผู้แต่ง: Marilú Stea

Quinones สร้างสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาซึ่งก่อให้เกิดความเครียดจากการออกซิเดชั่นและทำให้เกิดการตายของเซลล์มะเร็งผ่านการแยกส่วนของดีเอ็นเอ

ต่อต้านการกลายพันธุ์

กรดฮิวมิกเป็นตัวยับยั้งการกลายพันธุ์ภายในและภายนอกเซลล์ การกลายพันธุ์คือการเปลี่ยนแปลงอย่างมีเสถียรภาพของสารพันธุกรรมของเซลล์ที่สามารถถ่ายทอดไปยังเซลล์ลูกสาวได้

ความสามารถในการยับยั้งการกลายพันธุ์พบว่าแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบของกรดฮิวมิกและความเข้มข้น

ในทางกลับกันพวกมันมีผลกระทบต่อสารก่อกลายพันธุ์เช่นเบนโซพรีน (โพลีอาโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในอาหารบางชนิด) 2-nitrofluorene (ผลิตภัณฑ์โพลีอาโรมาติกไฮโดรคาร์บอนจากการเผาไหม้) และ 2-aminoanthracene

ผลการกลายพันธุ์ของเบนโซพรีนต่อดีเอ็นเอ โดย Richard Wheeler (Zephyris) 2007. โครงสร้างโซลูชันของ trans-opens (10S) -dA adduct of +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 , 9,10-tetrahydrobenzopyrene ในดีเอ็นเอดูเพล็กซ์ ผลิตจาก {{PDB-1JDG}} == การอนุญาต == {{GFDL-. ที่มา: Wikimedia Commons

กลไกของผลกระทบนี้อาศัยอยู่ในการดูดซับของสารก่อกลายพันธุ์ซึ่งกรดฮิวมิกที่มีโครงสร้างขนาดใหญ่จะมีประสิทธิภาพมากที่สุด สารก่อกลายพันธุ์ถูกดูดซับโดยกรดฮิวมิกและสูญเสียกิจกรรมการกลายพันธุ์

เชื่อกันว่าสิ่งนี้อาจมีความสำคัญในการป้องกันการก่อมะเร็ง

- ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง

เนื่องจากความสามารถในการดูดซับรังสียูวีและรังสีที่มองเห็นได้จึงมีการเสนอกรดฮิวมิกเพื่อใช้ในครีมกันแดดครีมต่อต้านริ้วรอยและผลิตภัณฑ์ดูแลผิว

นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารกันบูดในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง

- ในอุตสาหกรรมอาหาร

เนื่องจากคุณสมบัติในการต้านอนุมูลอิสระจึงมีการแนะนำให้ใช้เป็นสารถนอมอาหารและเป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร

อ้างอิง

1. Gomes de Melo, BA และคณะ (2016) กรดฮิวมิก: คุณสมบัติทางโครงสร้างและฟังก์ชันที่หลากหลายสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ วัสดุศาสตร์และวิศวกรรม C 62 (2559) 967-974. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
2. Wei, S. และคณะ (2018) กิจกรรมการเกิดเชื้อราของกรดฮิวมิกหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างทางเคมี วารสารเคมีเกษตรและอาหาร 2018, 66, 28, 7514-7521 กู้คืนจาก pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. และ Schnitzer, M. (1980). การดูดซับโลหะกับกรดฮิวมิก Geochimica et Cosmochimica Acta เล่ม 44, หน้า 1701-1708 กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. Sato, T. et al. (1987) กลไกการออกฤทธิ์ของกรดฮิวมิก การวิจัยการกลายพันธุ์, 176 (1987) 199-204. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
5. เฉิงม. - ล. และคณะ (2003) กรดฮิวมิกก่อให้เกิดความเสียหายของดีเอ็นเอออกซิเดทีฟการชะลอการเจริญเติบโตและการตายของเซลล์ในไฟโบรบลาสต์ปฐมภูมิของมนุษย์ Exp Biol Med (Maywood) 2003 เม.ย. ; 228 (4): 413-23. กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
6. Li, M. et al. (2019) การกักเก็บคาร์บอนอินทรีย์ในสารฮิวมิกในดินซึ่งได้รับผลกระทบจากการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนที่แตกต่างกันในระบบการปลูกพืชหมุนเวียน วารสารเคมีเกษตรและอาหาร, 2562, 67, 11, 3106-3113. กู้คืนจาก pubs.acs.org.