ما هي المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية؟

المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية هي نواتج أيضية تفرزها الكائنات الحية الدقيقة أثناء عملياتها الأيضية في ظل ظروف زراعة محددة. بالمقارنة مع المواد الخافضة للتوتر السطحي المُصنّعة كيميائيًا، تتميز المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية بالعديد من الخصائص الفريدة، مثل التنوع الهيكلي، والقابلية للتحلل البيولوجي، والنشاط البيولوجي الواسع، والصداقة البيئية. ونظرًا لعوامل مثل توافر المواد الخام، والتكلفة، وقيود أداء المواد الخافضة للتوتر السطحي الاصطناعية - إلى جانب ميلها إلى التسبب في تلوث بيئي شديد وتشكيل مخاطر على صحة الإنسان أثناء الإنتاج والاستخدام - فقد شهدت الأبحاث المتعلقة بالعوامل الخافضة للتوتر السطحي الحيوية نموًا ملحوظًا خلال العقدين الماضيين مع تزايد الوعي البيئي والصحي. وقد تطور هذا المجال بسرعة، حيث سُجّلت العديد من براءات الاختراع دوليًا لمختلف المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية وعمليات إنتاجها. في الصين، ركزت الأبحاث بشكل رئيسي على استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية في تحسين استخلاص النفط والمعالجة البيولوجية.

1. أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية والسلالات المنتجة

1.1 أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية

تُصنف المواد الخافضة للتوتر السطحي المُصنّعة كيميائيًا عادةً بناءً على مجموعاتها القطبية، بينما تُصنّف المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية وفقًا لخصائصها الكيميائية الحيوية والكائنات الدقيقة المُنتجة لها. وتُقسّم عمومًا إلى خمسة أنواع: الجليكوليبيدات، والفوسفوليبيدات والأحماض الدهنية، والببتيدات الدهنية والبروتينات الدهنية، والمواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية، والمواد الخافضة للتوتر السطحي المتخصصة.

1.2 إنتاج سلالات من المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية

معظم المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية هي نواتج أيضية للبكتيريا والخميرة والفطريات. تُفرز هذه السلالات المنتجة بشكل رئيسي من البحيرات أو التربة أو البيئات البحرية الملوثة بالنفط.

2. إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية

في الوقت الحالي، يمكن إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية من خلال طريقتين رئيسيتين: التخمير الميكروبي والتوليف الأنزيمي.

في عملية التخمير، يعتمد نوع ونتاج المواد الخافضة للتوتر السطحي الحيوية بشكل أساسي على سلالة الكائن الدقيق، ومرحلة نموه، وطبيعة ركيزة الكربون، وتركيزات النيتروجين والفوسفور وأيونات المعادن (مثل المغنيسيوم والحديد) في وسط الزراعة، بالإضافة إلى ظروف الزراعة (الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، وسرعة التحريك، إلخ). تشمل مزايا التخمير انخفاض تكاليف الإنتاج، وتنوع المنتجات، وبساطة العمليات، مما يجعله مناسبًا للإنتاج الصناعي واسع النطاق. ومع ذلك، قد تكون تكاليف الفصل والتنقية مرتفعة.

في المقابل، غالبًا ما تتميز المواد الخافضة للتوتر السطحي المُصنّعة إنزيميًا بتركيب جزيئي أبسط نسبيًا، لكنها تُبدي نشاطًا سطحيًا ممتازًا بنفس القدر. تشمل مزايا النهج الإنزيمي انخفاض تكاليف الاستخلاص، وسهولة التعديل الهيكلي، وسهولة التنقية، وإمكانية إعادة استخدام الإنزيمات المُثبّتة. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي المُصنّعة إنزيميًا لإنتاج منتجات ذات قيمة مضافة عالية، مثل المكونات الصيدلانية. على الرغم من ارتفاع تكاليف الإنزيمات حاليًا، إلا أنه من المتوقع أن يُخفّض التقدم في مجال الهندسة الوراثية لتعزيز استقرار الإنزيم ونشاطه تكاليف الإنتاج.