สารลดแรงตึงผิวและสารลดแรงตึงผิว: มีไว้เพื่ออะไรตัวอย่างและการใช้งาน - ชีววิทยา - 2025

ลดแรงตึงผิวเป็นสารเคมีที่มีความสามารถในการลดแรงตึงผิวของของเหลว, การแสดงที่มีอินเตอร์เฟซหรือผิวสัมผัสระหว่างสองขั้นตอนเช่นน้ำอากาศหรือน้ำน้ำมัน

คำว่า surfactant มาจากคำว่า surfactant ในภาษาอังกฤษซึ่งมาจากตัวย่อของนิพจน์ surf ace active agent ซึ่งหมายถึงตัวแทนในภาษาสเปนที่มีกิจกรรมเชื่อมต่อหรือพื้นผิว

รูปที่ 1. โครงสร้างของสารลดแรงตึงผิว ที่มา: มาตรการหลักจาก Wikimedia Commons

ในภาษาสเปนใช้คำว่า "surfactant" ซึ่งหมายถึงความสามารถของสารประกอบทางเคมีในการกระทำกับความตึงผิวหรือระหว่างผิว แรงตึงผิวสามารถกำหนดเป็นความต้านทานที่ของเหลวต้องเพิ่มพื้นผิว

น้ำมีความตึงผิวสูงเนื่องจากโมเลกุลของมันถูกยึดเกาะแน่นมากและต้านทานการแยกตัวเมื่อออกแรงกดบนพื้นผิว

ตัวอย่างเช่นแมลงในน้ำบางชนิดเช่น "งูเห่า" (Gerris lacustris) สามารถเคลื่อนที่บนน้ำได้โดยไม่จมเนื่องจากแรงตึงผิวของน้ำซึ่งทำให้เกิดฟิล์มบนพื้นผิวได้

รูปที่ 2. แมลงสามารถเคลื่อนที่บนน้ำได้ ที่มา: TimVickers จาก Wikimedia Commons

นอกจากนี้เข็มเหล็กยังคงอยู่บนผิวน้ำและไม่จมเนื่องจากแรงตึงผิวของน้ำ

โครงสร้างและหน้าที่ของสารลดแรงตึงผิว

สารลดแรงตึงผิวหรือสารลดแรงตึงผิวทั้งหมดเป็นแอมฟิฟิลิกในธรรมชาติกล่าวคือมีพฤติกรรมคู่เนื่องจากสามารถละลายสารประกอบที่มีขั้วและไม่มีขั้วได้ สารลดแรงตึงผิวมีสองส่วนหลักในโครงสร้าง:

• หัวขั้วที่ชอบน้ำคล้ายกับน้ำและสารประกอบที่มีขั้ว
• lipophilic, nonpolar tail ซึ่งคล้ายกับสารประกอบที่ไม่มีขั้ว

หัวขั้วสามารถเป็นแบบไม่ใช้ไอออนิกหรือไอออนิก หางของสารลดแรงตึงผิวหรือส่วนปลายอะโพลาร์อาจเป็นคาร์บอนอัลคิลหรืออัลคิลเบนซีนและโซ่ไฮโดรเจน

โครงสร้างที่เฉพาะเจาะจงนี้ทำให้สารประกอบทางเคมีลดแรงตึงผิวมีพฤติกรรมคู่แอมฟิฟิลิก: ความสัมพันธ์สำหรับสารประกอบเชิงขั้วหรือเฟสละลายในน้ำและยังมีความสัมพันธ์กับสารประกอบที่ไม่มีขั้วไม่ละลายในน้ำ

โดยทั่วไปสารลดแรงตึงผิวจะลดแรงตึงผิวของน้ำทำให้ของเหลวนี้ขยายตัวและไหลในระดับที่มากขึ้นทำให้พื้นผิวและเฟสข้างเคียงเปียก

สารลดแรงตึงผิวคืออะไร?

สารลดแรงตึงผิวมีฤทธิ์บนพื้นผิวหรือส่วนต่อประสาน

เมื่อละลายในน้ำพวกมันจะย้ายไปยังส่วนต่อประสานของน้ำน้ำมันหรือน้ำและอากาศซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็น:

• สารช่วยกระจายตัวและตัวทำละลายของสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำหรือละลายได้ไม่ดีในน้ำ
• Humectants เนื่องจากพวกเขาชอบทางเดินของน้ำไปยังขั้นตอนที่ไม่ละลายน้ำในนั้น
• สารให้ความคงตัวสำหรับอิมัลชันของสารประกอบที่ไม่ละลายในน้ำและน้ำเช่นน้ำมันและน้ำจากมายองเนส
• สารลดแรงตึงผิวบางชนิดส่งเสริมและอื่น ๆ ป้องกันการเกิดฟอง

Biosurfactants: สารลดแรงตึงผิวจากแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ

เมื่อสารลดแรงตึงผิวมาจากสิ่งมีชีวิตเรียกว่า biosurfactant

ในแง่ที่เข้มงวดมากขึ้น biosurfactants ถือเป็นสารประกอบทางชีวภาพแบบแอมฟิฟิลิก (ที่มีพฤติกรรมทางเคมีคู่ละลายในน้ำและไขมัน) ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์เช่นยีสต์แบคทีเรียและเชื้อราเส้นใย

Biosurfactants จะถูกขับออกหรือเก็บไว้เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ของจุลินทรีย์

นอกจากนี้ biosurfactants บางชนิดผลิตโดยกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพโดยใช้เอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในสารประกอบทางเคมีชีวภาพหรือผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ

ตัวอย่างของ biosurfactants

biosurfactants ตามธรรมชาติ ได้แก่ ซาโปนินจากพืชเช่นดอกคาเยนน์ (Hibiscus sp.) เลซิตินน้ำดีจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหรือสารลดแรงตึงผิวในปอดของมนุษย์ (ซึ่งมีหน้าที่ทางสรีรวิทยาที่สำคัญมาก)

นอกจากนี้กรดอะมิโนและอนุพันธ์ betaines และ phospholipids ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติทั้งหมดที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพเป็นสารกระตุ้นทางชีวภาพ

การจำแนกประเภทของ biosurfactants และตัวอย่าง

- ตามลักษณะของประจุไฟฟ้าในส่วนขั้วหรือส่วนหัว

Biosurfactants สามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ต่อไปนี้โดยพิจารณาจากประจุไฟฟ้าของหัวขั้ว:

biosurfactants ประจุลบ

พวกเขามีประจุลบที่ปลายขั้วบ่อย ๆ เพราะการปรากฏตัวของกลุ่มซัลโฟเนตงั้น₃ -

biosurfactants ประจุบวก

พวกมันมีประจุบวกอยู่ที่หัวโดยปกติจะเป็นกลุ่มแอมโมเนียมควอเทอร์นารี NR ₄ ⁺โดยที่ R หมายถึงโซ่ของคาร์บอนและไฮโดรเจน

biosurfactants Amphoteric

พวกมันมีทั้งประจุบวกและลบในโมเลกุลเดียวกัน

biosurfactants ที่ไม่ใช่ไอออนิก

พวกมันไม่มีไอออนหรือประจุไฟฟ้าอยู่ในหัว

- ตามลักษณะทางเคมี

ตามลักษณะทางเคมีของพวกเขา biosurfactants แบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

biosurfactants Glycolipid

ไกลโคลิปิดเป็นโมเลกุลที่มีโครงสร้างทางเคมีเป็นส่วนหนึ่งของไขมันหรือไขมันและเป็นส่วนหนึ่งของน้ำตาล biosurfactants ที่รู้จักกันมากที่สุดคือไกลโคลิปิด กลุ่มหลังประกอบด้วยซัลเฟตของน้ำตาลเช่นกลูโคสกาแลคโตสแมนโนสแรมโนสและกาแลคโตส

ในบรรดาไกลโคลิปิดนั้นสิ่งที่รู้จักกันดีคือ rhamnolipids ซึ่งเป็นสารชีวภาพที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยมีฤทธิ์เป็นอิมัลชันสูงและมีความสัมพันธ์กันสูงสำหรับโมเลกุลอินทรีย์ที่ไม่ชอบน้ำ (ซึ่งไม่ละลายในน้ำ)

สิ่งเหล่านี้ถือเป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการกำจัดสารประกอบที่ไม่ชอบน้ำในดินที่ปนเปื้อน

ตัวอย่างของ rhamnolipids ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวที่ผลิตโดยแบคทีเรียในสกุล Pseudomonas

มีไกลโคลิปิดอื่น ๆ ที่ผลิตโดย Torulopsis sp. ซึ่งมีฤทธิ์ทางชีวภาพและใช้ในเครื่องสำอางผลิตภัณฑ์ป้องกันรังแคแบคทีเรียและเป็นสารระงับกลิ่นกาย

ไลโปโปรตีนและไลโปเปปไทด์ biosurfactants

ไลโปโปรตีนเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีโครงสร้างเป็นส่วนหนึ่งของไขมันหรือไขมันและอีกส่วนหนึ่งของโปรตีน

ตัวอย่างเช่นบาซิลลัสซับทิลิสเป็นแบคทีเรียที่สร้างไลโปเปปไทด์ที่เรียกว่า surfactins สิ่งเหล่านี้เป็นหนึ่งในสารลดแรงตึงผิวที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด

สารลดแรงตึงผิวมีความสามารถในการผลิต erythrocyte lysis (การสลายเม็ดเลือดแดง) ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารกำจัดศัตรูพืชเช่นสัตว์ฟันแทะขนาดเล็ก

biosurfactants กรดไขมัน

จุลินทรีย์บางชนิดสามารถออกซิไดส์แอลเคน (โซ่คาร์บอนและไฮโดรเจน) เป็นกรดไขมันที่มีคุณสมบัติลดแรงตึงผิว

ฟอสฟอรัส biosurfactants

ฟอสโฟลิปิดเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีหมู่ฟอสเฟต (PO ₄ ^3- ) ยึดติดกับส่วนที่มีโครงสร้างของลิพิด พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มจุลินทรีย์

แบคทีเรียและยีสต์บางชนิดที่กินไฮโดรคาร์บอนเมื่อเจริญเติบโตบนพื้นผิวแอลเคนจะเพิ่มปริมาณฟอสโฟลิปิดในเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวอย่างเช่น Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans และ Rhodococcus erythropolis

biosurfactants พอลิเมอร์

biosurfactants พอลิเมอร์เป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง biosurfactants ที่มีการศึกษามากที่สุดในกลุ่มนี้ ได้แก่ อิมัลซิไฟเออร์การดูดไขมันแมนโนโปรตีนและโพลีแซคคาไรด์ - โปรตีนเชิงซ้อน

ตัวอย่างเช่นแบคทีเรีย Acinetobacter calcoaceticus จะสร้างอิมัลซิไฟเออร์ polyanionic (ที่มีประจุลบต่างๆ) ซึ่งเป็นสารชีวภาพที่มีประสิทธิภาพมากสำหรับไฮโดรคาร์บอนในน้ำ นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในสารทำให้คงตัวของอิมัลชันที่ทรงพลังที่สุดที่รู้จักกัน

ไลโปซานเป็นอิมัลซิไฟเออร์นอกเซลล์ที่ละลายน้ำได้ประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์และโปรตีนแคนดิดาไลโปลิติกา

สุขาภิบาลสิ่งแวดล้อม

Biosurfactants ใช้ในการบำบัดทางชีวภาพของดินที่ปนเปื้อนโลหะที่เป็นพิษเช่นยูเรเนียมแคดเมียมและตะกั่ว (biosurfactants ของ Pseudomonas spp. และ Rhodococcus spp.)

นอกจากนี้ยังใช้ในกระบวนการบำบัดทางชีวภาพของดินและน้ำที่ปนเปื้อนจากน้ำมันเบนซินหรือน้ำมันรั่วไหล

รูปที่ 3 Biosurfactants ใช้ในกระบวนการสุขาภิบาลสิ่งแวดล้อมเนื่องจากน้ำมันรั่วไหล ที่มา: กระทรวงต่างประเทศเอกวาดอร์ผ่าน Wikimedia Commons

ตัวอย่างเช่น Aeromonas sp. ผลิต biosurfactants ที่ช่วยให้น้ำมันย่อยสลายหรือลดโมเลกุลขนาดใหญ่ให้มีขนาดเล็กลงซึ่งทำหน้าที่เป็นสารอาหารสำหรับจุลินทรีย์แบคทีเรียและเชื้อรา

ในกระบวนการอุตสาหกรรม

Biosurfactants ใช้ในอุตสาหกรรมผงซักฟอกและน้ำยาทำความสะอาดเนื่องจากช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความสะอาดโดยการละลายไขมันที่เสื้อผ้าหรือพื้นผิวสกปรกในน้ำซัก

นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารประกอบทางเคมีเสริมในอุตสาหกรรมสิ่งทอกระดาษและโรงฟอกหนัง

ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางและยา

ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง Bacillus licheniformis ผลิต biosurfactants ที่ใช้เป็นผลิตภัณฑ์ป้องกันรังแคแบคทีเรียและระงับกลิ่นกาย

biosurfactants บางตัวถูกใช้ในอุตสาหกรรมยาและชีวการแพทย์สำหรับฤทธิ์ต้านจุลชีพและ / หรือเชื้อรา

ในอุตสาหกรรมอาหาร

ในอุตสาหกรรมอาหารมีการใช้ biosurfactants ในการผลิตมายองเนส (ซึ่งเป็นอิมัลชันของน้ำไข่และน้ำมัน) biosurfactants เหล่านี้มาจากเลคตินและอนุพันธ์ซึ่งปรับปรุงคุณภาพและเพิ่มรสชาติ

ในด้านการเกษตร

ในการเกษตรมีการใช้ biosurfactants เพื่อควบคุมเชื้อโรค (เชื้อราแบคทีเรียไวรัส) ในพืช

การใช้ biosurfactants ในการเกษตรอีกประการหนึ่งคือการเพิ่มความพร้อมของธาตุอาหารรองจากดิน

อ้างอิง

1. Banat, IM, Makkar, RS และ Cameotra, SS (2000). การใช้งานเชิงพาณิชย์ที่เป็นไปได้ของสารลดแรงตึงผิวจุลินทรีย์ เทคโนโลยีจุลชีววิทยาประยุกต์. 53 (5): 495-508
2. Cameotra, SS และ Makkar, RS (2004). การประยุกต์ใช้ biosurfactants ล่าสุดเป็นโมเลกุลทางชีววิทยาและภูมิคุ้มกัน ความคิดเห็นปัจจุบันทางจุลชีววิทยา 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH และ Chang, JS (2007). การหมักแบบแบทช์ pH-stat แบบซ้ำ ๆ สำหรับการผลิต rhamnolipid ด้วยเทคโนโลยีชีวภาพ Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology 76 (1): 67-74.
4. มัลลิแกน, CN (2005). การใช้งานด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับ biosurfactants มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม 133 (2): 183-198 ดอย: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J. , He, J. , Xin, X. , Hu, H. และ Liu, T. (2018). Biosurfactants ช่วยเพิ่มการกำจัดโลหะหนักจากตะกอนในการบำบัดด้วยไฟฟ้า วารสารวิศวกรรมเคมี. 334 (15): 2579-2592 ดอย: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.