ไบโอเซอร์แฟกแทนท์คืออะไร?

ไบโอเซอร์แฟกแทนท์เป็นสารเมตาบอไลต์ที่จุลินทรีย์หลั่งออกมาในระหว่างกระบวนการเมตาบอลิซึมภายใต้สภาวะการเพาะเลี้ยงที่เฉพาะเจาะจง เมื่อเปรียบเทียบกับสารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ทางเคมี ไบโอเซอร์แฟกแทนท์มีคุณสมบัติเฉพาะตัวหลายประการ เช่น ความหลากหลายทางโครงสร้าง การย่อยสลายได้ทางชีวภาพ กิจกรรมทางชีวภาพที่กว้างขวาง และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความพร้อมของวัตถุดิบ ต้นทุน และข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของสารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ ประกอบกับแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงและเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ในระหว่างการผลิตและการใช้งาน การวิจัยเกี่ยวกับไบโอเซอร์แฟกแทนท์จึงเติบโตขึ้นอย่างมากในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพเพิ่มสูงขึ้น สาขานี้ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยมีการยื่นจดสิทธิบัตรในระดับนานาชาติจำนวนมากสำหรับไบโอเซอร์แฟกแทนท์และกระบวนการผลิตต่างๆ ในประเทศจีน การวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้ไบโอเซอร์แฟกแทนท์ในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตน้ำมันและการบำบัดทางชีวภาพ

1. ประเภทของไบโอเซอร์แฟกแทนท์และสายพันธุ์ที่ผลิตไบโอเซอร์แฟกแทนท์

1.1 ประเภทของไบโอเซอร์แฟคแทนท์

สารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ทางเคมีมักถูกจัดประเภทตามกลุ่มขั้วของมัน ในขณะที่สารลดแรงตึงผิวชีวภาพจะถูกจัดประเภทตามคุณสมบัติทางชีวเคมีและจุลินทรีย์ที่ผลิต โดยทั่วไปแล้วจะแบ่งออกเป็นห้าประเภท ได้แก่ ไกลโคลิปิด ฟอสโฟลิปิดและกรดไขมัน ลิโปเปปไทด์และลิโปโปรตีน สารลดแรงตึงผิวพอลิเมอร์ และสารลดแรงตึงผิวเฉพาะทาง

1.2 การผลิตสายพันธุ์ของไบโอเซอร์แฟกแทนท์

สารลดแรงตึงผิวชีวภาพส่วนใหญ่เป็นสารเมตาบอไลต์ของแบคทีเรีย ยีสต์ และเชื้อรา โดยสายพันธุ์ที่ผลิตสารเหล่านี้ส่วนใหญ่จะถูกคัดแยกมาจากทะเลสาบ ดิน หรือสิ่งแวดล้อมทางทะเลที่ปนเปื้อนน้ำมัน

2. การผลิตไบโอเซอร์แฟกแทนท์

ปัจจุบัน สารลดแรงตึงผิวชีวภาพสามารถผลิตได้ด้วยสองวิธีหลัก ได้แก่ การหมักโดยจุลินทรีย์และการสังเคราะห์โดยเอนไซม์

ในกระบวนการหมักนั้น ชนิดและปริมาณของไบโอเซอร์แฟกแทนท์ขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ ระยะการเจริญเติบโต ลักษณะของสารตั้งต้นคาร์บอน ความเข้มข้นของไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และไอออนโลหะ (เช่น Mg²⁺ และ Fe²⁺) ในอาหารเลี้ยงเชื้อ ตลอดจนสภาวะการเพาะเลี้ยง (pH อุณหภูมิ ความเร็วในการกวน ฯลฯ) ข้อดีของการหมัก ได้แก่ ต้นทุนการผลิตต่ำ ความหลากหลายของผลิตภัณฑ์ และกระบวนการที่ไม่ซับซ้อน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนในการแยกและทำให้บริสุทธิ์อาจสูง

ในทางตรงกันข้าม สารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ด้วยเอนไซม์มักมีโครงสร้างโมเลกุลที่ค่อนข้างเรียบง่ายกว่า แต่แสดงประสิทธิภาพในการลดแรงตึงผิวได้ดีเยี่ยมเช่นกัน ข้อดีของวิธีการใช้เอนไซม์ ได้แก่ ต้นทุนการสกัดที่ต่ำกว่า การปรับเปลี่ยนโครงสร้างทำได้ง่าย การทำให้บริสุทธิ์ทำได้ง่าย และเอนไซม์ที่ตรึงอยู่กับที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ นอกจากนี้ สารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ด้วยเอนไซม์ยังสามารถใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เช่น ส่วนประกอบทางเภสัชกรรม แม้ว่าต้นทุนของเอนไซม์ในปัจจุบันจะสูง แต่ความก้าวหน้าในด้านวิศวกรรมพันธุกรรมเพื่อเพิ่มความเสถียรและกิจกรรมของเอนไซม์คาดว่าจะช่วยลดค่าใช้จ่ายในการผลิตลงได้