สารลดแรงตึงผิวและสารลดแรงตึงผิวชีวภาพมันคืออะไรสำหรับตัวอย่างและการใช้งาน

ลดแรงตึงผิว เป็นสารประกอบทางเคมีที่สามารถลดแรงตึงผิวของสารของเหลวทำหน้าที่เชื่อมต่อหรือสัมผัสพื้นผิวระหว่างสองเฟสเช่นน้ำอากาศหรือน้ำน้ำมัน.

คำว่าสารลดแรงตึงผิวนั้นมาจากคำภาษาอังกฤษ ลดแรงตึงผิว, ซึ่งจะได้มาจากคำย่อของการแสดงออก ท่องเอเจนต์ที่ใช้งานอยู่, ซึ่งหมายความว่าในตัวแทนของสเปนที่มีการประสานหรือกิจกรรมพื้นผิว.

ในภาษาสเปนใช้คำว่า "สารลดแรงตึงผิว" ซึ่งหมายถึงความสามารถในการกระทำของสารประกอบทางเคมีบนพื้นผิวหรือความตึงของผิวหนัง ความตึงผิวสามารถนิยามได้ว่าเป็นความต้านทานที่ของเหลวต้องเพิ่มพื้นผิว.

น้ำมีแรงตึงผิวสูงเนื่องจากโมเลกุลของมันมีการเกาะติดกันอย่างแน่นหนาและต้านทานการแยกเมื่อแรงดันกระทำบนพื้นผิว.

ตัวอย่างเช่นแมลงน้ำบางชนิดเช่น "นักพายผลไม้" (Gerris lacustris), สามารถเคลื่อนที่บนน้ำได้โดยไม่จมเนื่องจากแรงตึงผิวของน้ำซึ่งช่วยให้การก่อตัวของฟิล์มบนพื้นผิวของมัน.

นอกจากนี้เข็มเหล็กจะถูกยึดไว้เหนือพื้นผิวของน้ำและไม่จมเนื่องจากแรงตึงผิวของน้ำ.

ดัชนี

• 1 โครงสร้างและการทำงานของสารลดแรงตึงผิว
• 2 สารลดแรงตึงผิวมีไว้เพื่ออะไร??
• 3 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ: ลดแรงตึงผิวของแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ
  • 3.1 ตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ
• 4 การจำแนกประเภทของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพและตัวอย่าง
  • 4.1 - ตามลักษณะของประจุไฟฟ้าในขั้วหรือส่วนหัว
  • 4.2 - ตามลักษณะทางเคมี
  • 4.3 - ตามน้ำหนักโมเลกุล
• 5 การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ
• 6 การประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ
  • 6.1 อุตสาหกรรมน้ำมัน
  • 6.2 การสุขาภิบาลสิ่งแวดล้อม
  • 6.3 ในกระบวนการอุตสาหกรรม
  • 6.4 ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางและยา
  • 6.5 ในอุตสาหกรรมอาหาร
  • 6.6 ด้านเกษตรกรรม
• 7 อ้างอิง

โครงสร้างและการทำงานของสารลดแรงตึงผิว

สารลดแรงตึงผิวทางเคมีหรือสารลดแรงตึงผิวทั้งหมดเป็นธรรมชาติ amphiphilic, นั่นคือพวกเขามีพฤติกรรมแบบคู่เพราะพวกเขาสามารถละลายสารประกอบที่มีขั้วและไม่เป็นขั้ว สารลดแรงตึงผิวมีสองส่วนหลักในโครงสร้าง:

• หัวขั้วที่ชอบน้ำชอบน้ำและสารประกอบขั้ว.
• หางที่ไม่ชอบน้ำไม่มีขั้ว, lipophilic tail, เกี่ยวข้องกับสารประกอบที่ไม่มีขั้ว.

หัวขั้วโลกอาจไม่ใช่อิออนหรืออิออน หางของสารลดแรงตึงผิวหรือส่วนปลายสามารถเป็นโซ่ของคาร์บอนและไฮโดรเจนอัลคิลหรืออัลคิลเบนซีน.

โครงสร้างเฉพาะนี้ทำให้สารประกอบเคมีลดแรงตึงผิวมีพฤติกรรมสองแบบแอมฟิฟิลิก: ความสัมพันธ์สำหรับสารประกอบหรือเฟสโพลาร์ละลายในน้ำและความสัมพันธ์กับสารประกอบที่ไม่ใช่ขั้วละลายในน้ำ.

โดยทั่วไปสารลดแรงตึงผิวลดแรงตึงผิวของน้ำซึ่งทำให้ของเหลวนี้ขยายตัวและไหลไปในระดับที่สูงขึ้น.

สารลดแรงตึงผิวมีไว้เพื่ออะไร??

สารเคมีลดแรงตึงผิวใช้แรงกระทำต่อพื้นผิวหรือส่วนต่อประสาน.

เมื่อพวกเขาละลายในน้ำพวกเขาจะย้ายไปยังส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับน้ำมันและน้ำเช่นที่พวกเขาสามารถทำหน้าที่เป็น:

• สารช่วยกระจายตัวและตัวละลายของสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำหรือละลายได้ไม่ดีในน้ำ.
• Humectants เพราะพวกเขาชอบน้ำที่ไม่ละลายในขั้นตอนนี้.
• อิมัลชั่นความคงตัวของสารประกอบที่ไม่ละลายในน้ำและน้ำเช่นน้ำมันและน้ำมายองเนส.
• สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถช่วยป้องกันและก่อให้เกิดโฟม.

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ: ลดแรงตึงผิวของแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ

เมื่อสารลดแรงตึงผิวมาจากสิ่งมีชีวิตมันถูกเรียกว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ.

ในแง่ที่เข้มงวดสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจะถูกพิจารณาว่าเป็นสารประกอบทางชีวภาพแบบแอมฟิฟิลิก (ของพฤติกรรมทางเคมีแบบคู่ละลายได้ในน้ำและไขมัน) ผลิตโดยจุลินทรีย์เช่นยีสต์แบคทีเรียและเชื้อราเส้นใย.

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพจะถูกขับออกมาหรือสะสมเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์จุลินทรีย์.

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพบางชนิดผลิตโดยกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพโดยใช้เอนไซม์ที่ทำหน้าที่ผสมกับสารเคมีชีวภาพหรือผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ.

ตัวอย่างของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ

สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพในธรรมชาติเราสามารถพูดถึงซาโปนินของพืชเช่นดอกไม้คาเยนน์ชบา sp.) เลซิตินน้ำดีจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหรือสารลดแรงตึงผิวของปอดมนุษย์ (มีหน้าที่ทางสรีรวิทยาที่สำคัญมาก).

นอกจากนี้กรดอะมิโนและอนุพันธ์ของพวกเขาไบเทนและฟอสโฟลิปิดเป็นสารชีวภาพที่มีอยู่ทั้งหมดซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่มาทางชีวภาพ.

การจำแนกประเภทของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพและตัวอย่าง

-ตามลักษณะของประจุไฟฟ้าในขั้วหรือส่วนหัว

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพสามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ต่อไปนี้ขึ้นอยู่กับค่าไฟฟ้าของหัวโพลาร์ของคุณ:

สารลดแรงตึงผิวประจุลบ

พวกมันมีประจุลบที่ขั้วปลายซึ่งมักเกิดจากการมีกลุ่มซัลโฟเฟน -SO₃^-.

สารลดแรงตึงผิวประจุบวก

พวกมันมีประจุเป็นบวกบนหัวซึ่งมักจะเป็นกลุ่มแอมโมเนียมสี่ส่วน₄⁺, โดยที่ R แทนโซ่คาร์บอนและไฮโดรเจน.

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพชนิดแอมโฟเทอริก

พวกมันมีประจุสองตัวบวกและลบในโมเลกุลเดียวกัน.

สารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ

พวกเขาไม่มีไอออนหรือประจุไฟฟ้าในหัว.

-ตามลักษณะทางเคมีของมัน

ตามธรรมชาติของสารเคมีสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพไกลคอล

glycolipids เป็นโมเลกุลที่มีอยู่ในโครงสร้างทางเคมีของพวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของไขมันหรือไขมันและเป็นส่วนหนึ่งของน้ำตาล สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่รู้จักกันดีคือ glycolipids หลังประกอบด้วยซัลเฟตของน้ำตาลเช่นกลูโคสกาแลคโตสมานโนส rhamnose และกาแลคโตส.

หมู่ glycolipids รู้จักกันดีที่สุดคือ rhamnolipids, bioemulsifiers ที่ได้รับการศึกษามากกิจกรรม emulsifying สูงและความสัมพันธ์สูงสำหรับโมเลกุลอินทรีย์ hydrophobic (ซึ่งไม่ละลายในน้ำ)

สิ่งเหล่านี้ถือว่าเป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการกำจัดสารประกอบที่ไม่เข้ากับน้ำในดินที่ปนเปื้อน.

ตัวอย่างของ rhamnolipids สารลดแรงตึงผิวที่ผลิตแบคทีเรียในสกุลนั้นสามารถกล่าวถึงได้ Pseudomonas.

มี glycolipids อื่น ๆ ที่ผลิตโดย Torulopsis sp., มีฤทธิ์ฆ่าเชื้อและใช้ในเครื่องสำอาง, ขจัดรังแค, ผลิตภัณฑ์ bacteriostatic และระงับกลิ่นกาย.

biosurfactants lipoproteins และ lipopeptides

ไลโปโปรตีนเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีส่วนของไขมันหรือไขมันในโครงสร้างและโปรตีนอีกส่วนหนึ่ง.

ตัวอย่างเช่น, Bacillus subtilis เป็นแบคทีเรียที่ผลิตไลโปเปปไทด์ที่เรียกว่า surfactins สิ่งเหล่านี้เป็นแรงตึงผิวที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดสารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ.

สารลดแรงตึงผิวมีความสามารถในการสร้างการสลายของเม็ดเลือดแดง (การแตกของเซลล์เม็ดเลือดแดง) ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นยาฆ่าแมลงศัตรูพืชเป็นหนูขนาดเล็ก.

biosurfactants กรดไขมัน

จุลินทรีย์บางตัวสามารถออกซิไดซ์อัลเคน (โซ่คาร์บอนและไฮโดรเจน) ไปยังกรดไขมันที่มีคุณสมบัติลดแรงตึงผิว.

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพฟอสโฟไลปิด

Phospholipids เป็นสารประกอบทางเคมีที่มีกลุ่มฟอสเฟต (PO₄^3-) แนบกับส่วนที่มีโครงสร้างไขมัน พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มของจุลินทรีย์.

แบคทีเรียและยีสต์บางชนิดที่กินไฮโดรคาร์บอนเมื่อพวกมันเติบโตบนพื้นผิวอัลเคนเพิ่มปริมาณของฟอสโฟไลปิดในเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวอย่างเช่น, Acinetobacter SP., ไธโอบาซิลลัส thioxidans และ Rhodococcus erythropolis.

สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพโพลีเมอร์เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพที่มีการศึกษามากที่สุดของกลุ่มนี้คือ: อิมัลซาน, ลิปซาน, มาโนพโปรตีนและคอมเพล็กซ์โปรตีนโพลีแซคคาไรด์.

ตัวอย่างเช่นแบคทีเรีย Acinetobacter calcoaceticus ผลิต polyanionic emulsan (มีประจุลบหลายตัว) ซึ่งเป็นเครื่องแยกสารชีวมวลที่มีประสิทธิภาพมากสำหรับไฮโดรคาร์บอนในน้ำ อีกทั้งยังเป็นหนึ่งในตัวสร้างเสถียรภาพของอิมัลชันที่ทรงพลังที่สุด.

Liposan เป็นอิมัลซิไฟเออร์นอกเซลล์ที่ละลายได้ในน้ำซึ่งเกิดจากโพลีแซคคาไรด์และโปรตีนของ Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae ผลิต mannoproteins ในปริมาณมากพร้อมกับการทำงานที่ยอดเยี่ยมของน้ำมันอัลเคนและตัวทำละลายอินทรีย์.

-ตามน้ำหนักโมเลกุลของมัน

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพแบ่งได้เป็นสองประเภท:

สารลดแรงตึงผิวที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ

ด้วยพื้นผิวเล็กน้อยและการจัดการกับความตึงเครียด ตัวอย่างเช่น rhamnolipids.

สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง

ที่จับกับพื้นผิวอย่างรุนแรงเช่นเครื่องกรองชีวภาพอาหาร.

การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ

สำหรับการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพนั้นมีการใช้วัฒนธรรมของจุลินทรีย์ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ จุลินทรีย์เหล่านี้ส่วนใหญ่จะถูกแยกออกจากสื่อที่ปนเปื้อนเช่นไซต์ขยะอุตสาหกรรมหรือหลุมไฮโดรคาร์บอนที่ถูกทิ้งโดยอุตสาหกรรมน้ำมัน.

การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการเช่นลักษณะของสารตั้งต้นหรือแหล่งคาร์บอนที่ใช้เป็นสื่อการเพาะเลี้ยงและระดับความเค็ม นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิความเป็นกรดด่างและความพร้อมใช้ออกซิเจน.

การใช้สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ

ขณะนี้มีความต้องการเชิงพาณิชย์สำหรับ biosurfactants ขนาดใหญ่เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวที่ได้จากการสังเคราะห์ทางเคมี (จากอนุพันธ์ของปิโตรเลียม) เป็นพิษไม่สามารถย่อยสลายได้ดังนั้นจึงมีกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับการใช้งาน.

ปัญหาเหล่านี้ได้สร้างความสนใจอย่างมากในสารชีวภาพที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและไม่เป็นพิษ.

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีการใช้งานในหลายสาขาเช่น:

อุตสาหกรรมน้ำมัน

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพใช้ในการสกัดน้ำมันและการบำบัดทางชีวภาพ (ชำระล้างสิ่งมีชีวิต) ของไฮโดรคาร์บอน ตัวอย่าง: สารลดแรงตึงผิวชีวภาพของ Arthrobacter SP.

พวกเขายังนำไปใช้ในกระบวนการของการย่อยสลายทางชีวภาพ (กำจัดกำมะถันโดยใช้จุลินทรีย์) ของปิโตรเลียม ชนิดของสกุลได้ถูกนำมาใช้ Rhodococcus.

สุขาภิบาลสิ่งแวดล้อม

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพถูกนำมาใช้ในการบำบัดทางชีวภาพของดินที่ปนเปื้อนด้วยโลหะที่เป็นพิษเช่นยูเรเนียมแคดเมียมและตะกั่ว (สารลดแรงตึงผิวชีวภาพจาก Pseudomonas เอสพีพี และ Rhodococcus เอสพีพี.).

พวกเขายังใช้ในกระบวนการบำบัดทางชีวภาพของดินและน้ำที่ปนเปื้อนด้วยน้ำมันเบนซินหรือน้ำมันรั่วไหล.

ตัวอย่างเช่น, เชื้อ Aeromonas SP ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ช่วยให้การย่อยสลายของน้ำมันหรือการลดลงของโมเลกุลขนาดใหญ่ให้มีขนาดเล็กลงซึ่งทำหน้าที่เป็นสารอาหารสำหรับแบคทีเรียและเชื้อราจุลินทรีย์.

ในกระบวนการอุตสาหกรรม

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมผงซักฟอกและน้ำยาทำความสะอาดเนื่องจากช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำความสะอาดโดยการละลายไขมันที่ปนเปื้อนเสื้อผ้าหรือพื้นผิวในน้ำล้าง.

พวกเขายังใช้เป็นสารประกอบเคมีเสริมในอุตสาหกรรมสิ่งทอกระดาษและฟอกหนัง.

ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางและยา

ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง, Bacillus licheniformis ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ใช้เป็นยาแก้คัน, ผลิตภัณฑ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียและระงับกลิ่นกาย.

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพบางชนิดใช้ในอุตสาหกรรมยาและชีวการแพทย์สำหรับกิจกรรมต้านจุลชีพและ / หรือต้านเชื้อรา.

ในอุตสาหกรรมอาหาร

ในอุตสาหกรรมอาหารมีการใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพในการผลิตมายองเนส (ซึ่งเป็นอิมัลชันของน้ำไข่และน้ำมัน) สารลดแรงตึงผิวชีวภาพเหล่านี้มาจากเลคตินและอนุพันธ์ของพวกเขาซึ่งปรับปรุงคุณภาพและรสชาติเพิ่มเติม.

ในด้านการเกษตร

ในการเกษตรสารลดแรงตึงผิวชีวภาพใช้สำหรับการควบคุมทางชีวภาพของเชื้อโรค (เชื้อราแบคทีเรียไวรัส) ของพืช.

การใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพในการเกษตรอีกอย่างหนึ่งก็คือการเพิ่มความพร้อมใช้ธาตุอาหารในดิน.

การอ้างอิง

1. Banat, I.M. , Makkar, R.S. และ Cameotra, S.S. (2000) ศักยภาพการใช้งานเชิงพาณิชย์ของสารลดแรงตึงผิวของจุลินทรีย์ เทคโนโลยีจุลชีววิทยาประยุกต์. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, S.S. และ Makkar, R.S. (2004) การใช้งานล่าสุดของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพเป็นโมเลกุลทางชีวภาพและภูมิคุ้มกัน ความคิดเห็นปัจจุบันทางจุลชีววิทยา 7 (3): 262-266.
3. เฉิน, S.Y. , Wei, Y.H. และ Chang, J.S. (2007) การหมักซ้ำชุดค่า pH-stat ซ้ำสำหรับการผลิต rhamnolipid ที่มีในประเทศ Pseudomonas aeruginosa เทคโนโลยีชีวภาพจุลชีววิทยาประยุกต์. 76 (1): 67-74.
4. มัลลิแกน, C.N. (2005) การใช้งานด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ มลพิษสิ่งแวดล้อม 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J. , He, J. , Xin, X. , Hu, H. และ Liu, T. (2018) สารลดแรงตึงผิวชีวภาพช่วยเพิ่มการกำจัดโลหะหนักจากกากตะกอนในการบำบัดด้วยไฟฟ้า วารสารวิศวกรรมเคมี. 334 (15): 2579-2592 doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.