ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНІ РЕЧОВИНИ ТА БІОЛОГІЧНО АКТИВНІ РЕЧОВИНИ: ДЛЯ ЧОГО ЦЕ, ПРИКЛАДИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Поверхнево -активна речовина являє собою хімічну сполуку , здатну знижувати поверхневий натяг рідкої речовини, що діє на кордоні розділу або поверхні контакту між двома фазами, наприклад , вода-повітря або вода-нафта.

Термін поверхнево-активна речовина походить від англійського слова поверхнево-активна речовина, яке, в свою чергу, походить від абревіатури експресії surf ace active agent, що означає в іспанській агенті з міжфазною або поверхневою активністю.

Малюнок 1. Структура ПАР. Джерело: Основний захід, від Wikimedia Commons

В іспанській мові використовується слово «ПАР», що позначає здатність хімічної сполуки діяти на поверхневий або міжфазний натяг. Поверхневий натяг можна визначити як опір, що рідини повинні збільшувати свою поверхню.

Вода має високий поверхневий натяг, оскільки її молекули дуже щільно пов'язані і протистоять розділенню при тиску на їх поверхню.

Наприклад, деякі водні комахи, такі як «павутинка» (Gerris lacustris), можуть переміщатися по воді без занурення, завдяки поверхневому натягу води, що дозволяє утворити плівку на її поверхні.

Малюнок 2. Комаха, здатна рухатися по воді. Джерело: TimVickers, з Wikimedia Commons

Також сталева голка залишається на поверхні води і не тоне через поверхневий натяг води.

Будова та функції ПАР

Всі ПАР або хімічно активні речовини ПАР мають амфіфільний характер, тобто мають подвійну поведінку, оскільки можуть розчиняти полярні та неполярні сполуки. Поверхнево-активні речовини мають у своїй структурі дві основні частини:

• Гідрофільна полярна голова, схожа на воду та полярні сполуки.
• Ліпофільний, гідрофобний неполярний хвіст, схожий на неполярні сполуки.

Полярна голова може бути неіонною або іонною. Хвіст поверхнево-активної речовини або аполярна частина можуть бути алкільним або алкілбензольним вуглецевим і водневим ланцюгом.

Ця особлива структура надає хімічним сполукам поверхнево-активної речовини подвійну амфіфільну поведінку: спорідненість до полярних сполук або фаз, розчинних у воді, а також спорідненість до неполярних сполук, нерозчинним у воді.

Загалом поверхнево-активні речовини знижують поверхневий натяг води, дозволяючи цій рідині розширюватися і стікати в більшій мірі, змочуючи сусідні поверхні та фази.

Для чого є ПАР?

Поверхнево-активні хімічні речовини здійснюють свою активність на поверхнях або на поверхні.

Розчиняючись у воді, вони переходять на водно-масляні або водно-повітряні інтерфейси, наприклад, де вони можуть функціонувати як:

• Дисперсанти та солюбілізатори нерозчинних або погано розчинних сполук у воді.
• Живильні речовини, оскільки вони сприяють проходженню води до нерозчинних фаз у ній.
• Стабілізатори для емульсій сполук, нерозчинних у воді та воді, таких як олія та вода з майонезу.
• Деякі поверхнево-активні речовини рекламують, а інші запобігають спіненню.

Біологічно активні речовини: поверхнево-активні речовини біологічного походження

Коли поверхнево-активна речовина походить з живого організму, це називається біосурфактантом.

У більш суворому розумінні біологічно активні речовини розглядаються як амфіфільні біологічні сполуки (з подвійною хімічною поведінкою, розчинні у воді та жирі), що утворюються мікроорганізмами, такими як дріжджі, бактерії та нитчасті гриби.

Біологічно активні речовини виводяться або зберігаються у складі мембрани мікробної клітини.

Також деякі біологічно активні речовини виробляються біотехнологічними процесами, використовуючи ферменти, що діють на біологічну хімічну сполуку або природний продукт.

Приклади біологічно активних речовин

До природних біологічно активних речовин належать рослинні сапоніни, такі як квітка кайєна (Hibiscus sp.), Лецитин, жовчні соки ссавців або поверхнево-активні речовини легень людини (з дуже важливими фізіологічними функціями).

Крім того, амінокислоти та їх похідні, бетаїни та фосфоліпіди, всі ці природні продукти біологічного походження, є біологічно активними речовинами.

Класифікація біологічно активних речовин та приклади

-З урахуванням характеру електричного заряду в полярній частині або голові

Виходячи з електричного заряду їх полярної голови, біогрудні речовини можуть бути згруповані в наступні категорії:

Аніонні біологічно активні речовини

Вони мають негативний заряд на полярному кінці, часто через наявність сульфонатної групи –SO ₃ ^- .

Катіонні біологічно активні речовини

Вони мають позитивний заряд на голові, як правило, четвертинна амонієва група NR ₄ ⁺ , де R являє собою ланцюг вуглецю та водню.

Амфотерні біологічно активні речовини

Вони мають як позитивні, так і негативні заряди на одній молекулі.

Неіонні біологічно активні речовини

У них немає іонів чи електричних зарядів у голові.

-Свідчуючи свою хімічну природу

За хімічною природою біологічно активні речовини класифікуються на такі типи:

Гліколіпідні біологічно активні речовини

Гліколіпіди - це молекули, які мають у своїй хімічній структурі частину ліпідів або жиру та частину цукру. Більшість відомих біологічно активних речовин є гліколіпідами. Останні складаються з сульфатів цукрів, таких як глюкоза, галактоза, манноза, рамноза та галактоза.

Серед гліколіпідів найбільш відомими є широко вивчені рамноліпіди, біоемульгатори, що володіють високою емульгуючою активністю та високою спорідненістю до гідрофобних органічних молекул (які не розчиняються у воді).

Вони вважаються найбільш ефективними ПАР для видалення гідрофобних сполук на забруднених ґрунтах.

Приклади рамноліпідів включають поверхнево-активні речовини, що продукуються бактеріями роду Pseudomonas.

Існують і інші гліколіпіди, що виробляються Torulopsis sp., Що мають біоцидну активність і використовуються в косметиці, засобах проти лупи, бактеріостатах і як дезодоранти для тіла.

Ліпопротеїди та ліпопептидні біологічно активні речовини

Ліпопротеїни - це хімічні сполуки, які мають у своїй структурі частину ліпідів або жиру та іншу частину білка.

Наприклад, Bacillus subtilis - це бактерія, яка виробляє ліпопептиди, які називаються сурфактинами. Вони є одними з найпотужніших поверхневих натягів, що знижують біологічно активні речовини.

Сурфактини мають здатність виробляти лізис еритроцитів (розпад еритроцитів) у ссавців. Крім того, їх можна використовувати як біоциди для шкідників, таких як дрібні гризуни.

Жирокислі біологічно активні речовини

Деякі мікроорганізми можуть окислювати алкани (вуглецеві та водневі ланцюги) до жирних кислот, які мають поверхнево-активні властивості.

Фосфоліпідні біологічно активні речовини

Фосфоліпіди - це хімічні сполуки, які мають фосфатні групи (PO ₄ ^3- ), приєднані до частини з ліпідною структурою. Вони входять до складу мембран мікроорганізмів.

Окремі бактерії та дріжджі, які живляться вуглеводнями, росте на алканових субстратах, збільшують кількість фосфоліпідів у їх мембрані. Наприклад, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans і Rhodococcus erythropolis.

Полімерні біологічно активні речовини

Полімерні біологічно активні речовини є високомолекулярними макромолекулами. Найбільш вивченими біологічно активними речовинами цієї групи є: емульгатор, ліпосакція, маннопротеїн та полісахарид-білкові комплекси.

Наприклад, бактерія Acinetobacter calcoaceticus виробляє поліаніонний емульгатор (з різними негативними зарядами), дуже ефективний біоемульгатор для вуглеводнів у воді. Це також один з найпотужніших стабілізаторів емульсії.

Ліпосан - водорозчинний позаклітинний емульгатор, що складається з полісахаридів та білка Candida lipolytica.

Екологічна санітарія

Біологічно активні речовини використовують у біоремедіації ґрунтів, забруднених токсичними металами, такими як уран, кадмій та свинець (біологічно активні речовини Pseudomonas spp. Та Rhodococcus spp.).

Вони також використовуються в процесах біоремедіації ґрунтів та води, забруднених бензином чи нафтовими розливами.

Малюнок 3. Біологічно активні речовини використовуються в процесах екологічної санітарії через розливу нафти. Джерело: Міністерство закордонних справ Еквадору, через Wikimedia Commons

Наприклад, Aeromonas sp. виробляє біологічно активні речовини, які дозволяють деградувати олію або зменшувати великі молекули до більш дрібних, які служать поживними речовинами для мікроорганізмів, бактерій та грибів.

У промислових процесах

Біологічно активні речовини застосовуються в миючій та чистішій промисловості, оскільки вони посилюють дію очищення, розчиняючи жири, які забруднюють одяг або поверхні у воді для прання.

Вони також використовуються як допоміжні хімічні сполуки в текстильній, паперовій та шкіряній промисловості.

У косметичній та фармацевтичній промисловості

У косметичній промисловості Bacillus licheniformis виробляє біологічно активні речовини, які використовуються як засоби проти лупи, бактеріостатичні та дезодорантні засоби.

Деякі біологічно активні речовини використовуються у фармацевтичній та біомедичній промисловості для їх антимікробної та / або протигрибкової активності.

У харчовій промисловості

У харчовій промисловості біологічно активні речовини застосовуються при виробництві майонезу (який є емульсією яєчної води та олії). Ці біологічно активні речовини походять з лектинів та їх похідних, які покращують якість та додатково смакові якості.

У сільському господарстві

У сільському господарстві біологічно активні речовини використовуються для біологічного контролю збудників хвороб (грибів, бактерій, вірусів) у посівах.

Ще одне використання біологічно активних речовин у сільському господарстві - це підвищення доступності мікроелементів з ґрунту.

Список літератури

1. Банат, І.М., Маккар, РС та Камеотра, СС (2000). Потенційне комерційне застосування мікробних ПАР. Прикладна технологія мікробіології. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS та Makkar, RS (2004). Останні застосування біологічно активних речовин як біологічних та імунологічних молекул. Сучасні думки з мікробіології. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH та Chang, JS (2007). Повторне рН-статичне введення з ферментацією для отримання рамноліпідів з корінною Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology. 76 (1): 67-74.
4. Малліган, CN (2005). Екологічні застосування для біологічно активних речовин. Забруднення навколишнього середовища. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Танг, Дж., Він, Дж., Сінь, Х., Ху, Х. та Лю, Т. (2018). Біологічно активні речовини посилювали видалення важких металів з мулу при електрокінетичній обробці. Журнал хімічної інженерії. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.