Kas ir biosurfaktanti?

Biosurfaktanti ir metabolīti, ko mikroorganismi izdala vielmaiņas procesu laikā īpašos kultivēšanas apstākļos. Salīdzinot ar ķīmiski sintezētām virsmaktīvajām vielām, biosurfaktīvajiem līdzekļiem piemīt daudzas unikālas īpašības, piemēram, strukturālā daudzveidība, bioloģiskā noārdīšanās spēja, plaša bioloģiskā aktivitāte un videi draudzīgums. Sakarā ar tādiem faktoriem kā izejvielu pieejamība, izmaksas un sintētisko virsmaktīvo vielu veiktspējas ierobežojumi, kā arī to tendence radīt nopietnu vides piesārņojumu un radīt risku cilvēku veselībai ražošanas un lietošanas laikā, pēdējo divu desmitgažu laikā pētījumi par biosurfaktīvajiem līdzekļiem ir ievērojami palielinājušies, jo ir pieaugusi izpratne par vidi un veselību. Šī joma ir strauji attīstījusies, un starptautiski ir iesniegti daudzi patenti dažādām biosurfaktantēm un to ražošanas procesiem. Ķīnā pētījumi galvenokārt ir vērsti uz biosurfaktīvo vielu izmantošanu uzlabotā naftas ieguvē un bioremediācijā.

1. Biosurfaktantu veidi un tos ražojošie celmi

1.1 Biosurfaktantu veidi

Ķīmiski sintezētās virsmaktīvās vielas parasti klasificē, pamatojoties uz to polārajām grupām, savukārt biosurfaktanti tiek kategorizēti pēc to bioķīmiskajām īpašībām un producējošajiem mikroorganismiem. Tos parasti iedala piecos veidos: glikolipīdi, fosfolipīdi un taukskābes, lipopeptīdi un lipoproteīni, polimēru virsmaktīvās vielas un specializētās virsmaktīvās vielas.

1.2 Biosurfaktantu celmu iegūšana

Lielākā daļa biosurfaktantu ir baktēriju, raugu un sēnīšu metabolīti. Šie producējošie celmi galvenokārt tiek atlasīti no ar naftu piesārņotiem ezeriem, augsnes vai jūras vides.

2. Biosurfaktantu ražošana

Pašlaik biosurfaktantus var ražot, izmantojot divas galvenās metodes: mikrobiālo fermentāciju un fermentatīvo sintēzi.

Fermentācijā biosurfaktantu veids un raža galvenokārt ir atkarīga no mikroorganisma celma, tā augšanas stadijas, oglekļa substrāta veida, N, P un metālu jonu (piemēram, Mg²⁺ un Fe²⁺) koncentrācijas barotnē, kā arī no kultivēšanas apstākļiem (pH, temperatūras, maisīšanas ātruma utt.). Fermentācijas priekšrocības ietver zemas ražošanas izmaksas, produktu daudzveidību un vienkāršus procesus, kas padara to piemērotu liela mēroga rūpnieciskai ražošanai. Tomēr atdalīšanas un attīrīšanas izmaksas var būt augstas.

Turpretī fermentatīvi sintezētām virsmaktīvajām vielām bieži vien ir relatīvi vienkāršākas molekulārās struktūras, taču tām ir tikpat lieliska virsmas aktivitāte. Fermentatīvās pieejas priekšrocības ietver zemākas ekstrakcijas izmaksas, vienkāršu strukturālu modifikāciju, vienkāršu attīrīšanu un imobilizētu enzīmu atkārtotu izmantošanu. Turklāt fermentatīvi sintezētas virsmaktīvās vielas var izmantot, lai ražotu produktus ar augstu pievienoto vērtību, piemēram, farmaceitiskos komponentus. Lai gan enzīmu izmaksas pašlaik ir augstas, paredzams, ka ģenētiskās inženierijas sasniegumi enzīmu stabilitātes un aktivitātes uzlabošanai samazinās ražošanas izmaksas.