Biosurfactants sind Stoffwechselprodukte, die von Mikroorganismen unter spezifischen Kultivierungsbedingungen während ihrer Stoffwechselprozesse ausgeschieden werden. Im Vergleich zu chemisch synthetisierten Tensiden weisen Biosurfactants viele einzigartige Eigenschaften auf, wie z. B. strukturelle Vielfalt, biologische Abbaubarkeit, breite biologische Aktivität und Umweltverträglichkeit. Aufgrund von Faktoren wie Rohstoffverfügbarkeit, Kosten und Leistungsbeschränkungen synthetischer Tenside – verbunden mit deren Tendenz, bei Produktion und Anwendung erhebliche Umweltverschmutzungen zu verursachen und Gesundheitsrisiken für den Menschen zu bergen – hat die Forschung an Biosurfactants in den letzten zwei Jahrzehnten mit dem gestiegenen Umwelt- und Gesundheitsbewusstsein deutlich zugenommen. Das Forschungsfeld hat sich rasant entwickelt, und international wurden zahlreiche Patente für verschiedene Biosurfactants und deren Herstellungsverfahren angemeldet. In China konzentriert sich die Forschung hauptsächlich auf die Anwendung von Biosurfactants in der verbesserten Erdölförderung und der Bioremediation.
1. Arten von Biosurfactants und produzierende Stämme
1.1 Arten von Biosurfactants
Chemisch synthetisierte Tenside werden typischerweise anhand ihrer polaren Gruppen klassifiziert, während Biotenside nach ihren biochemischen Eigenschaften und den produzierenden Mikroorganismen kategorisiert werden. Sie werden im Allgemeinen in fünf Typen unterteilt: Glykolipide, Phospholipide und Fettsäuren, Lipopeptide und Lipoproteine, polymere Tenside und spezialisierte Tenside.
1.2 Herstellung von Stämmen von Biosurfactants
Die meisten Biosurfactants sind Stoffwechselprodukte von Bakterien, Hefen und Pilzen. Diese produzierenden Stämme werden überwiegend aus ölverseuchten Seen, Böden oder Meeresumgebungen isoliert.
2. Herstellung von Biosurfactants
Derzeit können Biosurfactants hauptsächlich über zwei Methoden hergestellt werden: mikrobielle Fermentation und enzymatische Synthese.
Bei der Fermentation hängen Art und Ausbeute der Biosurfactants primär vom Mikroorganismenstamm, seinem Wachstumsstadium, der Art des Kohlenstoffsubstrats, den Konzentrationen von Stickstoff, Phosphor und Metallionen (wie Mg²⁺ und Fe²⁺) im Kulturmedium sowie den Kultivierungsbedingungen (pH-Wert, Temperatur, Rührgeschwindigkeit usw.) ab. Zu den Vorteilen der Fermentation zählen niedrige Produktionskosten, Produktvielfalt und einfache Prozesse, wodurch sie sich für die industrielle Großproduktion eignet. Die Kosten für Trennung und Reinigung können jedoch hoch sein.
Im Gegensatz dazu weisen enzymatisch synthetisierte Tenside oft relativ einfachere Molekülstrukturen auf, zeigen aber eine ebenso hervorragende Oberflächenaktivität. Zu den Vorteilen des enzymatischen Ansatzes zählen geringere Extraktionskosten, einfache Strukturmodifizierung, unkomplizierte Reinigung und die Wiederverwendbarkeit immobilisierter Enzyme. Darüber hinaus können enzymatisch synthetisierte Tenside zur Herstellung hochwertiger Produkte wie beispielsweise pharmazeutischer Wirkstoffe eingesetzt werden. Obwohl die Enzymkosten derzeit noch hoch sind, wird erwartet, dass Fortschritte in der Gentechnik zur Verbesserung der Enzymstabilität und -aktivität die Produktionskosten senken werden.
Veröffentlichungsdatum: 04.09.2025