מהם חומרים פעילי שטח ביולוגיים?

חומרים פעילי שטח ביולוגיים הם מטבוליטים המופרשים על ידי מיקרואורגניזמים במהלך תהליכים מטבוליים שלהם בתנאי גידול ספציפיים. בהשוואה לחומרים פעילי שטח המסונתזים כימית, לחומרים פעילי שטח ביולוגיים יש תכונות ייחודיות רבות, כגון גיוון מבני, התכלות ביולוגית, פעילות ביולוגית רחבה וידידותיות לסביבה. בשל גורמים כמו זמינות חומרי גלם, עלות ומגבלות ביצועים של חומרים פעילי שטח סינתטיים - יחד עם נטייתם לגרום לזיהום סביבתי חמור ולהוות סיכונים לבריאות האדם במהלך הייצור והשימוש - המחקר על חומרים פעילי שטח ביולוגיים גדל משמעותית בשני העשורים האחרונים עם עלייה במודעות הסביבתית והבריאותית. התחום התפתח במהירות, עם פטנטים רבים שהוגשו בינלאומית עבור חומרים פעילי שטח ביולוגיים שונים ותהליכי הייצור שלהם. בסין, המחקר התמקד בעיקר ביישום של חומרים פעילי שטח ביולוגיים בהפקת נפט משופרת ובביורמדיאציה.

1. סוגי חומרים פעילי שטח ביולוגיים וזנים מייצרים

1.1 סוגי חומרים פעילי שטח ביולוגיים

חומרים פעילי שטח המסונתזים כימית מסווגים בדרך כלל על סמך הקבוצות הקוטביות שלהם, בעוד שחומרים ביולוגיים מסווגים לפי התכונות הביוכימיות שלהם והמיקרואורגניזמים המייצרים אותם. הם מחולקים בדרך כלל לחמישה סוגים: גליקוליפידים, פוספוליפידים וחומצות שומן, ליפופפטידים וליפופרוטאינים, חומרים פעילי שטח פולימריים וחומרים פעילי שטח ייעודיים.

1.2 ייצור זנים של חומרים פעילי שטח ביולוגיים

רוב החומרים הביולוגיים פעילי השטח הם מטבוליטים של חיידקים, שמרים ופטריות. זנים אלו, המפיקים את הגידול, נבדקים בעיקר מאגמים, אדמה או סביבות ימיות מזוהמות בשמן.

2. ייצור חומרים פעילי שטח ביולוגיים

כיום, ניתן לייצר חומרים פעילי שטח ביולוגיים באמצעות שתי שיטות עיקריות: תסיסה מיקרוביאלית וסינתזה אנזימטית.

בתסיסה, סוג ותפוקת החומרים הפעילי שטח הביולוגיים תלויים בעיקר בזן המיקרואורגניזם, בשלב הגדילה שלו, באופי מצע הפחמן, בריכוזי יוני ה-N, ה-P ויוני המתכת (כגון Mg²⁺ ו-Fe²⁺) במצע הגידול, כמו גם בתנאי הגידול (pH, טמפרטורה, מהירות ערבוב וכו'). יתרונות התסיסה כוללים עלויות ייצור נמוכות, גיוון מוצרים ותהליכים פשוטים, מה שהופך אותה למתאימה לייצור תעשייתי בקנה מידה גדול. עם זאת, עלויות ההפרדה והטיהור יכולות להיות גבוהות.

לעומת זאת, לחומרים פעילי שטח המסונתזים אנזימטית יש לרוב מבנים מולקולריים פשוטים יחסית, אך הם מפגינים פעילות שטח מצוינת באותה מידה. יתרונות הגישה האנזימטית כוללים עלויות מיצוי נמוכות יותר, קלות שינוי מבני, טיהור פשוט ויכולת שימוש חוזר באנזימים מקובעים. בנוסף, ניתן להשתמש בחומרים פעילי שטח המסונתזים אנזימטית לייצור מוצרים בעלי ערך מוסף גבוה, כגון רכיבים פרמצבטיים. למרות שעלויות האנזימים גבוהות כיום, התקדמות בהנדסה גנטית לשיפור יציבות ופעילות האנזימים צפויה להפחית את הוצאות הייצור.