Čo sú biosurfaktanty?

Biosurfaktanty sú metabolity vylučované mikroorganizmami počas ich metabolických procesov za špecifických kultivačných podmienok. V porovnaní s chemicky syntetizovanými povrchovo aktívnymi látkami majú biosurfaktanty mnoho jedinečných vlastností, ako je štrukturálna diverzita, biologická odbúrateľnosť, široká biologická aktivita a šetrnosť k životnému prostrediu. Vzhľadom na faktory, ako je dostupnosť surovín, náklady a výkonnostné obmedzenia syntetických povrchovo aktívnych látok – spolu s ich tendenciou spôsobovať vážne znečistenie životného prostredia a predstavovať riziká pre ľudské zdravie počas výroby a používania – sa výskum biosurfaktantov za posledné dve desaťročia výrazne rozrástol, keďže sa zvýšilo povedomie o životnom prostredí a zdraví. Táto oblasť sa rýchlo rozvíjala a na medzinárodnej úrovni bolo podaných množstvo patentov na rôzne biosurfaktanty a ich výrobné procesy. V Číne sa výskum primárne zameral na aplikáciu biosurfaktantov pri zvyšovaní výťažnosti ropy a bioremediácii.

1. Typy biosurfaktantov a produkujúce kmene

1.1 Typy biosurfaktantov

Chemicky syntetizované povrchovo aktívne látky sa typicky klasifikujú na základe ich polárnych skupín, zatiaľ čo biosurfaktanty sa kategorizujú podľa ich biochemických vlastností a produkujúcich mikroorganizmov. Vo všeobecnosti sa delia na päť typov: glykolipidy, fosfolipidy a mastné kyseliny, lipopeptidy a lipoproteíny, polymérne povrchovo aktívne látky a špecializované povrchovo aktívne látky.

1.2 Produkujúce kmene biosurfaktantov

Väčšina biosurfaktantov sú metabolity baktérií, kvasiniek a húb. Tieto produkujúce kmene sa prevažne vyberajú z ropou kontaminovaných jazier, pôdy alebo morského prostredia.

2. Výroba biosurfaktantov

V súčasnosti sa biosurfaktanty môžu vyrábať dvoma hlavnými metódami: mikrobiálnou fermentáciou a enzymatickou syntézou.

Pri fermentácii závisí typ a výťažok biosurfaktantov predovšetkým od kmeňa mikroorganizmu, jeho rastového štádia, povahy uhlíkového substrátu, koncentrácií N, P a kovových iónov (ako je Mg²⁺ a Fe²⁺) v kultivačnom médiu, ako aj od kultivačných podmienok (pH, teplota, rýchlosť miešania atď.). Medzi výhody fermentácie patria nízke výrobné náklady, rozmanitosť produktov a jednoduché procesy, vďaka čomu je vhodná pre veľkovýrobu. Náklady na separáciu a čistenie však môžu byť vysoké.

Naproti tomu enzymaticky syntetizované povrchovo aktívne látky majú často relatívne jednoduchšie molekulárne štruktúry, ale vykazujú rovnako vynikajúcu povrchovú aktivitu. Medzi výhody enzymatického prístupu patria nižšie náklady na extrakciu, jednoduchá štrukturálna modifikácia, jednoduché čistenie a opätovné použitie imobilizovaných enzýmov. Okrem toho sa enzymaticky syntetizované povrchovo aktívne látky môžu použiť na výrobu produktov s vysokou pridanou hodnotou, ako sú farmaceutické zložky. Hoci sú náklady na enzýmy v súčasnosti vysoké, očakáva sa, že pokrok v genetickom inžinierstve na zvýšenie stability a aktivity enzýmov zníži výrobné náklady.