Hva er biosurfaktanter?

Biosurfaktanter er metabolitter som skilles ut av mikroorganismer under deres metabolske prosesser under spesifikke dyrkingsforhold. Sammenlignet med kjemisk syntetiserte overflateaktive stoffer har biosurfaktanter mange unike egenskaper, som strukturelt mangfold, biologisk nedbrytbarhet, bred biologisk aktivitet og miljøvennlighet. På grunn av faktorer som råmaterialetilgjengelighet, kostnader og ytelsesbegrensninger for syntetiske overflateaktive stoffer – kombinert med deres tendens til å forårsake alvorlig miljøforurensning og utgjøre risikoer for menneskers helse under produksjon og bruk – har forskningen på biosurfaktanter vokst betydelig de siste to tiårene etter hvert som miljø- og helsebevisstheten har økt. Feltet har utviklet seg raskt, med en rekke internasjonalt innleverte patenter for ulike biosurfaktanter og deres produksjonsprosesser. I Kina har forskningen primært fokusert på anvendelsen av biosurfaktanter i forbedret oljeutvinning og bioremediering.

1. Typer biosurfaktanter og produserende stammer

1.1 Typer biosurfaktanter

Kjemisk syntetiserte overflateaktive stoffer klassifiseres vanligvis basert på deres polare grupper, mens biosurfaktanter kategoriseres i henhold til deres biokjemiske egenskaper og de produserende mikroorganismene. De er vanligvis delt inn i fem typer: glykolipider, fosfolipider og fettsyrer, lipopeptider og lipoproteiner, polymere overflateaktive stoffer og spesialiserte overflateaktive stoffer.

1.2 Produksjon av stammer av biosurfaktanter

De fleste biosurfaktanter er metabolitter av bakterier, gjær og sopp. Disse produserende stammene er hovedsakelig screenet fra oljeforurensede innsjøer, jord eller marine miljøer.

2. Produksjon av biosurfaktanter

For tiden kan biosurfaktanter produseres via to hovedmetoder: mikrobiell fermentering og enzymatisk syntese.

Ved fermentering avhenger typen og utbyttet av biosurfaktanter først og fremst av mikroorganismens stamme, vekststadiet, karbonsubstratets natur, konsentrasjonene av N, P og metallioner (som Mg²⁺ og Fe²⁺) i kulturmediet, samt dyrkingsforhold (pH, temperatur, omrøringshastighet osv.). Fordelene med fermentering inkluderer lave produksjonskostnader, produktmangfold og enkle prosesser, noe som gjør den egnet for storskala industriell produksjon. Kostnadene for separasjon og rensing kan imidlertid være høye.

I motsetning til dette har enzymatisk syntetiserte overflateaktive stoffer ofte relativt enklere molekylstrukturer, men viser like utmerket overflateaktivitet. Fordelene med den enzymatiske tilnærmingen inkluderer lavere ekstraksjonskostnader, enkel strukturell modifisering, enkel rensing og gjenbrukbarhet av immobiliserte enzymer. I tillegg kan enzymatisk syntetiserte overflateaktive stoffer brukes til å produsere produkter med høy verdiøkning, for eksempel farmasøytiske komponenter. Selv om enzymkostnadene for tiden er høye, forventes fremskritt innen genteknologi for å forbedre enzymstabilitet og -aktivitet å redusere produksjonskostnadene.