VIRSMAKTĪVĀS UN BIOSAKTĪVĀS VIELAS: KAM TAS PAREDZĒTS, PIEMĒRI UN LIETOJUMS - BIOLOĢIJA - 2025

Virsmaktīvā viela ir ķīmisks savienojums, kas spēj samazināt virsmas spraigumu šķidras vielas, kas darbojas pie interfeisa vai saskares virsmas starp divām fāzēm, piemēram, ūdens, gaiss vai ūdens-eļļā.

Termins virsmaktīvā viela nāk no angļu vārda surfactant, kas savukārt ir atvasināts no izteiksmes surf ace aktīvās vielas akronīma, kas spāņu valodā nozīmē ar saskares vai virsmas aktivitāti.

1. attēls. Virsmaktīvo vielu struktūra. Avots: lielākais pasākums, no Wikimedia Commons

Spāņu valodā lieto vārdu "virsmaktīvā viela", kas norāda uz ķīmiskā savienojuma spēju iedarboties uz virsmas vai saskarnes spriegumu. Virsmas spraigumu var definēt kā pretestību, kas šķidrumiem palielina to virsmu.

Ūdenim ir augsts virsmas spraigums, jo tā molekulas ir ļoti cieši saistītas un pretojas atdalīšanai, kad uz to virsmas tiek izdarīts spiediens.

Piemēram, daži ūdens kukaiņi, piemēram, “bruģis” (Gerris lacustris), pateicoties ūdens virsmas spraigumam, kas ļauj uz tā virsmas veidot plēvi, var pārvietoties pa ūdeni bez nogrimšanas.

2. attēls. Kukaiņi, kas spēj pārvietoties pa ūdeni. Avots: TimVickers, no Wikimedia Commons

Arī tērauda adata paliek uz ūdens virsmas un nenogrimst ūdens virsmas spraiguma dēļ.

Virsmaktīvo vielu struktūra un funkcijas

Visām virsmaktīvajām vai virsmaktīvajām ķīmiskajām vielām ir amfifiils raksturs, tas ir, tām ir divējāda uzvedība sakarā ar to, ka tās var izšķīdināt polāros un nepolāros savienojumus. Virsmaktīvo vielu struktūrā ir divas galvenās daļas:

• Hidrofila polāra galva, līdzīga ūdenim un polāriem savienojumiem.
• Lipofīla, hidrofobiska nepolāra aste, līdzīga nepolāriem savienojumiem.

Polārā galva var būt nejonu vai jonu. Virsmaktīvās vielas aste vai apolārā daļa var būt alkil- vai alkilbenzola oglekļa un ūdeņraža ķēde.

Šī ļoti īpašā struktūra virsmaktīvajiem ķīmiskajiem savienojumiem piešķir divkāršu, amfifiilu uzvedību: afinitāte pret polārajiem savienojumiem vai fāzēm, šķīst ūdenī un arī afinitāte pret nepolārajiem savienojumiem, nešķīst ūdenī.

Parasti virsmaktīvās vielas samazina ūdens virsmas spraigumu, ļaujot šim šķidrumam paplašināties un plūst lielākā mērā, mitrinot kaimiņu virsmas un fāzes.

Kam paredzētas virsmaktīvās vielas?

Virsmaktīvās ķīmiskās vielas iedarbojas uz virsmām vai saskarnēm.

Izšķīdināti ūdenī, tie migrē, piemēram, uz ūdens-eļļas vai ūdens-gaisa saskarnēm, kur tie var darboties kā:

• Ūdenī nešķīstošu vai slikti šķīstošu savienojumu disperģenti un šķīdinātāji.
• Mitruma līdzekļi, jo tie veicina ūdens pāreju uz nešķīstošām fāzēm tajā.
• Stabilizatori ūdenī un ūdenī nešķīstošu savienojumu emulsijām, piemēram, eļļai un ūdenim no majonēzes.
• Dažas virsmaktīvās vielas veicina, bet citas novērš putu veidošanos.

Biosaktīvās vielas: bioloģiskas izcelsmes virsmaktīvās vielas

Ja virsmaktīvā viela nāk no dzīva organisma, to sauc par biosaktīvo vielu.

Stingrākā nozīmē biosaktīvās vielas tiek uzskatītas par amfifiliskiem bioloģiskiem savienojumiem (ar divējādām ķīmiskām īpašībām, šķīst ūdenī un taukos), kurus ražo mikroorganismi, piemēram, raugs, baktērijas un pavedienu sēnītes.

Biosaktīvās vielas izdalās vai saglabājas kā mikrobu šūnu membrānas daļa.

Arī dažas biosaktīvās vielas tiek ražotas biotehnoloģiskos procesos, izmantojot fermentus, kas iedarbojas uz bioloģiski ķīmisku savienojumu vai dabīgu produktu.

Bioloģiski aktīvo vielu piemēri

Dabisko bioaktīvo vielu skaitā ir augu saponīni, piemēram, kajenas zieds (Hibiscus sp.), Lecitīns, zīdītāju žults sulas vai cilvēka plaušu virsmaktīvā viela (ar ļoti svarīgām fizioloģiskām funkcijām).

Turklāt aminoskābes un to atvasinājumi, betaīni un fosfolipīdi, visi šie bioloģiskās izcelsmes dabiskie produkti, ir biosaktīvās vielas.

Biosaktīvo vielu klasifikācija un piemēri

-Atbilstoši elektriskā lādiņa būtībai polārajā daļā vai galvā

Bioloģiski aktīvās vielas var iedalīt šādās kategorijās, pamatojoties uz to polārās galvas elektrisko lādiņu:

Anjonu bioaktīvās vielas

Viņiem ir negatīvs lādiņš pie polārā beigās, bieži saistīts ar klātbūtni sulfonāta grupas -SO ₃ ^- .

Katjonu bioloģiski aktīvās vielas

Viņiem ir pozitīvs lādiņš uz galvas, parasti ir četrvērtīga amonija grupa NR ₄ ⁺ , kur R apzīmē oglekļa un ūdeņraža ķēdi.

Amfoteriski bioaktīvās vielas

Viņiem ir gan pozitīvas, gan negatīvas maksas par vienu un to pašu molekulu.

Nejonu bioaktīvās vielas

Viņu galvās nav jonu vai elektrisko lādiņu.

-Atbilstoši tā ķīmiskajai būtībai

Pēc ķīmiskās būtības biosaktīvās vielas iedala šādos veidos:

Glikolipīdu biosaktīvās vielas

Glikolipīdi ir molekulas, kuru ķīmiskajā struktūrā ir daļa lipīdu vai tauku un daļa cukura. Lielākā daļa zināmo biosaktīvo vielu ir glikolipīdi. Pēdējie sastāv no cukuru sulfātiem, piemēram, glikozes, galaktozes, mannozes, ramnozes un galaktozes.

Starp glikolipīdiem vispazīstamākie ir ramnolipīdi, bioemulgatori, kas ir plaši pētīti, ar augstu emulģējošo aktivitāti un augstu afinitāti pret hidrofobām organiskām molekulām (kuras nešķīst ūdenī).

Tās tiek uzskatītas par visefektīvākajām virsmaktīvajām vielām hidrofobisko savienojumu atdalīšanai piesārņotajās augsnēs.

Ramnolipīdu piemēri ir virsmaktīvās vielas, ko ražo Pseudomonas ģints baktērijas.

Ir arī citi glikolipīdi, kurus ražo Torulopsis sp., Ar biocīdu aktivitāti un izmanto kosmētikā, pretblaugznu izstrādājumos, bakteriostatos un kā ķermeņa dezodorantus.

Lipoproteīni un lipopeptīdu biosaktīvās vielas

Lipoproteīni ir ķīmiski savienojumi, kuru struktūrā ir daļa lipīdu vai tauku un vēl viena olbaltumvielu daļa.

Piemēram, Bacillus subtilis ir baktērija, kas ražo lipopeptīdus, kurus sauc par surfaktīniem. Tie ir vieni no visspēcīgākajiem virsmas spraigumu mazinošajiem bioaktīvajiem līdzekļiem.

Surfaktīniem piemīt spēja izraisīt eritrocītu līzi (sarkano asins šūnu sadalīšanos) zīdītājiem. Turklāt tos var izmantot kā biocīdus kaitēkļiem, piemēram, maziem grauzējiem.

Taukskābju bioaktīvās vielas

Daži mikroorganismi var oksidēt alkānus (oglekļa un ūdeņraža ķēdes) taukskābēm, kurām ir virsmaktīvās īpašības.

Fosfolipīdu biosaktīvās vielas

Fosfolipīdi ir ķīmiski savienojumi, kuriem ir fosfātu grupas (PO ₄ ^3- ), kas piesaistīti daļai ar lipīdu struktūru. Tie ir daļa no mikroorganismu membrānām.

Atsevišķas baktērijas un raugi, kas barojas ar ogļūdeņražiem, augot uz alkāna substrātiem, palielina fosfolipīdu daudzumu to membrānā. Piemēram, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans un Rhodococcus erythropolis.

Polimēru bioaktīvās vielas

Polimēru bioaktīvās vielas ir makromolekulas ar lielu molekulmasu. Šīs grupas visvairāk izpētītie biosaktīvās vielas ir: emulģējošie, lipozīnu, mannoproteīnu un polisaharīdu-olbaltumvielu kompleksi.

Piemēram, baktērija Acinetobacter calcoaceticus ražo polianjonu emulgatoru (ar dažādiem negatīviem lādiņiem), ļoti efektīvu bioemulgatoru ogļūdeņražiem ūdenī. Tas ir arī viens no visspēcīgākajiem zināmajiem emulsijas stabilizatoriem.

Liposan ir ūdenī šķīstošs ārpusšūnu emulgators, kas sastāv no polisaharīdiem un Candida lipolytica olbaltumvielām.

Vides sanitārija

Biosaktīvās vielas izmanto toksisko metālu, piemēram, urāna, kadmija un svina (piemēram, Pseudomonas spp. Un Rhodococcus spp.) Piesārņoto augsņu biorehabilitācijā.

Tos izmanto arī augsnes un ūdens biorehabilitācijas procesos, kas piesārņoti ar benzīnu vai naftas noplūdēm.

3. attēls. Biosaktīvās vielas tiek izmantotas vides sanitārijas procesos naftas noplūdes dēļ. Avots: Ekvadoras Ārlietu ministrija, izmantojot Wikimedia Commons

Piemēram, Aeromonas sp. ražo bioloģiski aktīvās vielas, kas ļauj eļļai sadalīties vai samazināt lielās molekulas mazākās, kuras kalpo kā barības vielas mikroorganismiem, baktērijām un sēnītēm.

Rūpnieciskajos procesos

Biosaktīvās vielas tiek izmantotas mazgāšanas un tīrīšanas līdzekļu nozarē, jo tās uzlabo tīrīšanas darbību, izšķīdinot taukus, kas netīrās drēbes vai virsmas mazgāšanas ūdenī.

Tos izmanto arī kā ķīmiskus palīgsavienojumus tekstila, papīra un miecēšanas rūpniecībā.

Kosmētikas un farmācijas nozarē

Kosmētikas nozarē Bacillus licheniformis ražo biosaktīvās vielas, kuras izmanto kā pretblaugznu, bakteriostatiskus un dezodorantus saturošus produktus.

Dažas biosaktīvās vielas tiek izmantotas farmācijas un biomedicīnas nozarē to pretmikrobu un / vai pretsēnīšu iedarbībai.

Pārtikas rūpniecībā

Pārtikas rūpniecībā majonēzes (kas ir olu ūdens un eļļas emulsija) ražošanā izmanto biosaktīvās vielas. Šīs bioloģiski aktīvās vielas nāk no lektīniem un to atvasinājumiem, kas uzlabo kvalitāti un papildus garšu.

Lauksaimniecībā

Lauksaimniecībā biosaktīvās vielas izmanto patogēnu (sēnīšu, baktēriju, vīrusu) bioloģiskai kontrolei kultūrās.

Vēl viena biosaktīvo vielu izmantošana lauksaimniecībā ir mikroelementu pieejamības palielināšana no augsnes.

Atsauces

1. Banat, IM, Makkar, RS un Cameotra, SS (2000). Mikrobu virsmaktīvo vielu potenciālais komerciālais pielietojums. Lietišķā mikrobioloģijas tehnoloģija. 53 (5): 495–508.
2. Cameotra, SS un Makkar, RS (2004). Biosaktīvo vielu kā bioloģisko un imunoloģisko molekulu nesenie pielietojumi. Pašreizējie atzinumi mikrobioloģijā. 7 (3): 262–266.
3. Chen, SY, Wei, YH un Chang, JS (2007). Atkārtota pH-stat fermentēta barošana sērijveida ramonolipīdu ražošanai ar vietējo Pseudomonas aeruginosa lietišķās mikrobioloģijas biotehnoloģiju. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Vides pielietojums bioaktīvām vielām. Vides piesārņojums. 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). Biosaktīvās vielas uzlaboja smago metālu atdalīšanu no dūņām, veicot elektrokinētisko apstrādi. Ķīmiskās tehnoloģijas žurnāls. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.