Hvad er biosurfaktanter?

Biosurfaktanter er metabolitter, der udskilles af mikroorganismer under deres metaboliske processer under specifikke dyrkningsforhold. Sammenlignet med kemisk syntetiserede overfladeaktive stoffer besidder biosurfaktanter mange unikke egenskaber, såsom strukturel diversitet, bionedbrydelighed, bred biologisk aktivitet og miljøvenlighed. På grund af faktorer som tilgængelighed af råmaterialer, omkostninger og ydeevnebegrænsninger ved syntetiske overfladeaktive stoffer - kombineret med deres tendens til at forårsage alvorlig miljøforurening og udgøre risici for menneskers sundhed under produktion og brug - er forskningen i biosurfaktanter vokset betydeligt i løbet af de sidste to årtier i takt med at miljø- og sundhedsbevidstheden er steget. Feltet har udviklet sig hurtigt med adskillige internationalt indgivne patenter for forskellige biosurfaktanter og deres produktionsprocesser. I Kina har forskningen primært fokuseret på anvendelsen af ​​biosurfaktanter i forbedret olieudvinding og bioremediering.

1. Typer af biosurfaktanter og producerende stammer

1.1 Typer af biosurfaktanter

Kemisk syntetiserede overfladeaktive stoffer klassificeres typisk baseret på deres polære grupper, hvorimod biosurfaktanter kategoriseres efter deres biokemiske egenskaber og de producerende mikroorganismer. De er generelt opdelt i fem typer: glykolipider, fosfolipider og fedtsyrer, lipopeptider og lipoproteiner, polymere overfladeaktive stoffer og specialiserede overfladeaktive stoffer.

1.2 Produktion af stammer af biosurfaktanter

De fleste biosurfaktanter er metabolitter af bakterier, gær og svampe. Disse producerende stammer screenes overvejende fra olieforurenede søer, jord eller havmiljøer.

2. Produktion af biosurfaktanter

I øjeblikket kan biosurfaktanter produceres via to hovedmetoder: mikrobiel fermentering og enzymatisk syntese.

Ved fermentering afhænger typen og udbyttet af biosurfaktanter primært af mikroorganismens stamme, dens vækststadium, kulstofsubstratets natur, koncentrationerne af N, P og metalioner (såsom Mg²⁺ og Fe²⁺) i dyrkningsmediet samt dyrkningsbetingelser (pH, temperatur, omrøringshastighed osv.). Fordelene ved fermentering omfatter lave produktionsomkostninger, produktdiversitet og enkle processer, hvilket gør den velegnet til storskala industriel produktion. Omkostningerne til separation og rensning kan dog være høje.

I modsætning hertil har enzymatisk syntetiserede overfladeaktive stoffer ofte relativt enklere molekylære strukturer, men udviser lige så fremragende overfladeaktivitet. Fordelene ved den enzymatiske tilgang omfatter lavere ekstraktionsomkostninger, nem strukturel modifikation, ligetil oprensning og genbrugelighed af immobiliserede enzymer. Derudover kan enzymatisk syntetiserede overfladeaktive stoffer bruges til at producere produkter med høj værditilvækst, såsom farmaceutiske komponenter. Selvom enzymomkostningerne i øjeblikket er høje, forventes fremskridt inden for genteknologi for at forbedre enzymstabilitet og -aktivitet at reducere produktionsomkostningerne.