რა არის ბიოსურფაქტანტები?

ბიოსურფაქტანტები წარმოადგენენ მეტაბოლიტებს, რომლებსაც მიკროორგანიზმები გამოყოფენ მეტაბოლური პროცესების დროს, სპეციფიკური კულტივაციის პირობებში. ქიმიურად სინთეზირებულ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებთან შედარებით, ბიოსურფაქტანტებს გააჩნიათ მრავალი უნიკალური თვისება, როგორიცაა სტრუქტურული მრავალფეროვნება, ბიოდეგრადირებადობა, ფართო ბიოლოგიური აქტივობა და გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა. ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა ნედლეულის ხელმისაწვდომობა, ღირებულება და სინთეზური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების შესრულების შეზღუდვები — და ასევე მათი მიდრეკილება, გამოიწვიონ გარემოს სერიოზული დაბინძურება და საფრთხე შეუქმნან ადამიანის ჯანმრთელობას წარმოებისა და გამოყენების დროს — ბიოსურფაქტანტებზე კვლევა მნიშვნელოვნად გაიზარდა ბოლო ორი ათწლეულის განმავლობაში, გარემოსდაცვითი და ჯანმრთელობის შესახებ ცნობიერების ამაღლების გამო. სფერო სწრაფად განვითარდა, საერთაშორისო დონეზე წარდგენილია მრავალი პატენტი სხვადასხვა ბიოსურფაქტანტისა და მათი წარმოების პროცესებისთვის. ჩინეთში კვლევა ძირითადად ფოკუსირებულია ბიოსურფაქტანტების გამოყენებაზე ნავთობის გაუმჯობესებულ აღდგენასა და ბიორემედიაციაში.

1. ბიოსურფაქტანტების ტიპები და მათი წარმომქმნელი შტამები

1.1 ბიოსურფაქტანტების ტიპები

ქიმიურად სინთეზირებული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები, როგორც წესი, კლასიფიცირდება მათი პოლარული ჯგუფების მიხედვით, ხოლო ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები კატეგორიზებულია მათი ბიოქიმიური თვისებებისა და მათი წარმომქმნელი მიკროორგანიზმების მიხედვით. ისინი, როგორც წესი, იყოფა ხუთ ტიპად: გლიკოლიპიდები, ფოსფოლიპიდები და ცხიმოვანი მჟავები, ლიპოპეპტიდები და ლიპოპროტეინები, პოლიმერული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები და სპეციალიზებული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები.

1.2 ბიოსურფაქტანტების შტამების წარმოქმნა

ბიოსურფაქტანტების უმეტესობა ბაქტერიების, საფუარის და სოკოების მეტაბოლიტებია. ამ შტამების წარმომქმნელი ნივთიერებები ძირითადად ნავთობით დაბინძურებული ტბებიდან, ნიადაგიდან ან საზღვაო გარემოდან მოიპოვება.

2. ბიოსურფაქტანტების წარმოება

ამჟამად, ბიოსურფაქტანტების წარმოება შესაძლებელია ორი ძირითადი მეთოდით: მიკრობული დუღილისა და ფერმენტული სინთეზის გზით.

დუღილის დროს, ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ტიპი და მოსავლიანობა ძირითადად დამოკიდებულია მიკროორგანიზმის შტამზე, მის ზრდის სტადიაზე, ნახშირბადის სუბსტრატის ბუნებაზე, კულტურულ გარემოში N, P და ლითონის იონების (როგორიცაა Mg²⁺ და Fe²⁺) კონცენტრაციაზე, ასევე კულტივირების პირობებზე (pH, ტემპერატურა, მორევის სიჩქარე და ა.შ.). დუღილის უპირატესობებში შედის წარმოების დაბალი ხარჯები, პროდუქტების მრავალფეროვნება და მარტივი პროცესები, რაც მას მასშტაბური სამრეწველო წარმოებისთვის შესაფერისს ხდის. თუმცა, გამოყოფისა და გაწმენდის ხარჯები შეიძლება მაღალი იყოს.

ამის საპირისპიროდ, ფერმენტულად სინთეზირებულ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებს ხშირად აქვთ შედარებით მარტივი მოლეკულური სტრუქტურები, მაგრამ ავლენენ თანაბრად შესანიშნავ ზედაპირულ აქტივობას. ფერმენტული მიდგომის უპირატესობებში შედის ექსტრაქციის დაბალი ხარჯები, სტრუქტურული მოდიფიკაციის სიმარტივე, მარტივი გაწმენდა და იმობილიზებული ფერმენტების ხელახალი გამოყენების შესაძლებლობა. გარდა ამისა, ფერმენტულად სინთეზირებული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გამოყენება შესაძლებელია მაღალი დამატებული ღირებულების მქონე პროდუქტების, მაგალითად, ფარმაცევტული კომპონენტების, წარმოებისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ფერმენტების ღირებულება ამჟამად მაღალია, გენეტიკური ინჟინერიის მიღწევები ფერმენტების სტაბილურობისა და აქტივობის გასაუმჯობესებლად, სავარაუდოდ, შეამცირებს წარმოების ხარჯებს.