ไบโอเซอร์แฟกแตนท์คืออะไร?

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (Biosurfactants) คือสารเมตาบอไลต์ที่จุลินทรีย์หลั่งออกมาในระหว่างกระบวนการเมตาบอลิซึมภายใต้สภาวะการเพาะเลี้ยงที่เฉพาะเจาะจง เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ทางเคมี สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีคุณสมบัติเฉพาะตัวหลายประการ เช่น ความหลากหลายของโครงสร้าง ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ ฤทธิ์ทางชีวภาพที่กว้างขวาง และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความพร้อมของวัตถุดิบ ต้นทุน และข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ ประกอบกับแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงและมีความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์ในระหว่างการผลิตและการใช้งาน การวิจัยเกี่ยวกับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจึงเติบโตขึ้นอย่างมากในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพที่เพิ่มมากขึ้น สาขานี้พัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยมีการยื่นขอจดสิทธิบัตรสารลดแรงตึงผิวชีวภาพและกระบวนการผลิตต่างๆ ในระดับนานาชาติจำนวนมาก ในประเทศจีน การวิจัยมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพการสกัดน้ำมันและการฟื้นฟูทางชีวภาพเป็นหลัก

1. ประเภทของไบโอเซอร์แฟกแตนท์และสายพันธุ์ที่ผลิต

1.1 ประเภทของไบโอเซอร์แฟกแตนท์

โดยทั่วไปสารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ทางเคมีจะถูกจำแนกตามหมู่ขั้ว ในขณะที่สารลดแรงตึงผิวชีวภาพจะถูกจำแนกตามคุณสมบัติทางชีวเคมีและจุลินทรีย์ที่ผลิต โดยทั่วไปสารลดแรงตึงผิวแบ่งออกเป็น 5 ประเภท ได้แก่ ไกลโคลิปิด ฟอสโฟลิปิดและกรดไขมัน ไลโปเปปไทด์และไลโปโปรตีน สารลดแรงตึงผิวแบบพอลิเมอร์ และสารลดแรงตึงผิวชนิดพิเศษ

1.2 การผลิตสายพันธุ์ของไบโอเซอร์แฟกแตนท์

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพส่วนใหญ่เป็นสารเมตาบอไลต์ของแบคทีเรีย ยีสต์ และเชื้อรา สายพันธุ์ที่ผลิตสารเหล่านี้ส่วนใหญ่จะถูกคัดกรองจากทะเลสาบ ดิน หรือสภาพแวดล้อมทางทะเลที่ปนเปื้อนน้ำมัน

2.การผลิตไบโอเซอร์แฟกแตนท์

ในปัจจุบันสารลดแรงตึงผิวชีวภาพสามารถผลิตได้ 2 วิธีหลักๆ คือ การหมักโดยจุลินทรีย์และการสังเคราะห์ด้วยเอนไซม์

ในการหมัก ชนิดและผลผลิตของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ ระยะการเจริญเติบโต ลักษณะของสารตั้งต้นคาร์บอน ความเข้มข้นของไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และไอออนโลหะ (เช่น Mg²⁺ และ Fe²⁺) ในอาหารเลี้ยงเชื้อ รวมถึงสภาวะการเพาะเลี้ยง (ค่า pH อุณหภูมิ ความเร็วในการกวน ฯลฯ) ข้อดีของการหมัก ได้แก่ ต้นทุนการผลิตต่ำ ความหลากหลายของผลิตภัณฑ์ และกระบวนการที่ไม่ซับซ้อน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตเชิงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการแยกและการทำให้บริสุทธิ์อาจสูง

ในทางตรงกันข้าม สารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ด้วยเอนไซม์มักจะมีโครงสร้างโมเลกุลที่ค่อนข้างเรียบง่ายกว่า แต่แสดงกิจกรรมพื้นผิวที่ดีเยี่ยมไม่แพ้กัน ประโยชน์ของวิธีการสังเคราะห์ด้วยเอนไซม์ ได้แก่ ต้นทุนการสกัดที่ต่ำกว่า การปรับเปลี่ยนโครงสร้างที่ง่าย การทำให้บริสุทธิ์ที่ง่ายดาย และการนำเอนไซม์ที่ตรึงไว้กลับมาใช้ใหม่ได้ นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ด้วยเอนไซม์ยังสามารถนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เช่น ส่วนประกอบทางเภสัชกรรม แม้ว่าต้นทุนเอนไซม์ในปัจจุบันจะสูง แต่ความก้าวหน้าทางพันธุวิศวกรรมเพื่อเพิ่มเสถียรภาพและการทำงานของเอนไซม์คาดว่าจะช่วยลดต้นทุนการผลิต