Mis on biopindaktiivsed ained?

Biopindaktiivsed ained on mikroorganismide poolt ainevahetusprotsesside käigus spetsiifilistes kultiveerimistingimustes eritavad metaboliidid. Võrreldes keemiliselt sünteesitud pindaktiivsete ainetega on biopindaktiivsetel ainetel palju unikaalseid omadusi, nagu struktuuriline mitmekesisus, biolagunevus, lai bioloogiline aktiivsus ja keskkonnasõbralikkus. Selliste tegurite tõttu nagu tooraine kättesaadavus, hind ja sünteetiliste pindaktiivsete ainete toimivuspiirangud – koos nende kalduvusega põhjustada tõsist keskkonnareostust ja kujutada endast ohtu inimeste tervisele tootmise ja kasutamise ajal – on biopindaktiivsete ainete uurimine viimase kahe aastakümne jooksul märkimisväärselt kasvanud, kuna keskkonna- ja terviseteadlikkus on suurenenud. Valdkond on kiiresti arenenud ning rahvusvaheliselt on esitatud arvukalt patente erinevate biopindaktiivsete ainete ja nende tootmisprotsesside kohta. Hiinas on uuringud keskendunud peamiselt biopindaktiivsete ainete kasutamisele täiustatud naftatootmises ja biopuhastuses.

1. Biosurfaktantide tüübid ja neid tootvad tüved

1.1 Biopindaktiivsete ainete tüübid

Keemiliselt sünteesitud pindaktiivsed ained klassifitseeritakse tavaliselt nende polaarsete rühmade alusel, samas kui biopindaktiivsed ained liigitatakse nende biokeemiliste omaduste ja neid tootvate mikroorganismide järgi. Need jagunevad üldiselt viide tüüpi: glükolipiidid, fosfolipiidid ja rasvhapped, lipopeptiidid ja lipoproteiinid, polümeersed pindaktiivsed ained ja spetsiaalsed pindaktiivsed ained.

1.2 Biosurfaktantide tüvede tootmine

Enamik biopindaktiivseid aineid on bakterite, pärmide ja seente metaboliidid. Neid tootvaid tüvesid sõelutakse peamiselt õliga saastunud järvedest, pinnasest või merekeskkonnast.

2. Biopindaktiivsete ainete tootmine

Praegu saab biosurfaktante toota kahel peamisel meetodil: mikroobse kääritamise ja ensümaatilise sünteesi teel.

Kääritamisel sõltuvad biosurfaktantide tüüp ja saagis peamiselt mikroorganismi tüvest, selle kasvustaadiumist, süsinikusubstraadi olemusest, N, P ja metalliioonide (näiteks Mg²⁺ ja Fe²⁺) kontsentratsioonidest kultuurikeskkonnas, samuti kultiveerimistingimustest (pH, temperatuur, segamiskiirus jne). Kääritamise eeliste hulka kuuluvad madalad tootmiskulud, toodete mitmekesisus ja lihtsad protsessid, mis muudab selle sobivaks suuremahuliseks tööstuslikuks tootmiseks. Eraldamise ja puhastamise kulud võivad aga olla suured.

Seevastu ensümaatiliselt sünteesitud pindaktiivsetel ainetel on sageli suhteliselt lihtsam molekulaarstruktuur, kuid neil on sama suurepärane pinnaaktiivsus. Ensümaatilise lähenemisviisi eeliste hulka kuuluvad madalamad ekstraheerimiskulud, struktuurilise modifitseerimise lihtsus, otsekohene puhastamine ja immobiliseeritud ensüümide korduvkasutatavus. Lisaks saab ensümaatiliselt sünteesitud pindaktiivseid aineid kasutada kõrge lisandväärtusega toodete, näiteks farmaatsiakomponentide tootmiseks. Kuigi ensüümide hinnad on praegu kõrged, eeldatakse, et geenitehnoloogia edusammud ensüümide stabiilsuse ja aktiivsuse suurendamiseks vähendavad tootmiskulusid.