Surfaktan dan biosurfaktan untuk apa, contoh dan penggunaannya



A surfaktan adalah senyawa kimia yang mampu mengurangi tegangan permukaan zat cair, bekerja pada antarmuka atau permukaan kontak antara dua fase, misalnya air-udara atau air-minyak.

Istilah surfaktan berasal dari kata bahasa Inggris surfaktan, yang pada gilirannya berasal dari akronim ekspresi berselancaragen aktif ace, yang berarti dalam agen Spanyol dengan aktivitas permukaan atau permukaan.

Dalam bahasa Spanyol kata "surfaktan" digunakan, mengacu pada kapasitas aksi senyawa kimia pada permukaan atau tegangan antar muka. Ketegangan permukaan dapat didefinisikan sebagai hambatan yang harus dimiliki cairan untuk meningkatkan permukaannya.

Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi karena molekul-molekulnya sangat kuat terikat bersama dan menahan pemisahan ketika tekanan diberikan pada permukaannya.

Misalnya, beberapa serangga akuatik, seperti "tukang sepatu" (Gerris lacustris), dapat bergerak di atas air tanpa tenggelam, berkat tegangan permukaan air, yang memungkinkan pembentukan film di permukaannya.

Juga, jarum baja ditahan di atas permukaan air dan tidak tenggelam, karena tegangan permukaan air.

Indeks

  • 1 Struktur dan operasi surfaktan
  • 2 Untuk apa surfaktan??
  • 3 Biosurfaktan: surfaktan yang berasal dari biologis
    • 3.1 Contoh biosurfaktan
  • 4 Klasifikasi biosurfaktan dan contoh
    • 4.1 - Sesuai dengan sifat muatan listrik di bagian kutub atau kepala
    • 4.2 - Menurut sifat kimianya
    • 4.3 - Menurut berat molekulnya
  • 5 Produksi biosurfaktan
  • 6 Aplikasi biosurfaktan
    • 6.1 Industri minyak
    • 6.2 Sanitasi lingkungan
    • 6.3 Dalam proses industri
    • 6.4 Dalam industri kosmetik dan farmasi
    • 6.5 Di industri makanan
    • 6.6 Di bidang pertanian
  • 7 Referensi

Struktur dan operasi surfaktan

Semua surfaktan atau surfaktan kimia bersifat alami amfifilik, yaitu, mereka memiliki perilaku ganda, karena mereka dapat melarutkan senyawa polar dan non-polar. Surfaktan memiliki dua bagian utama dalam strukturnya:

  • Kepala hidrofilik polar, mirip dengan air dan senyawa polar.
  • Ekor lipofilik hidrofobik non-polar, terkait dengan senyawa non-polar.

Kepala kutub dapat berupa non-ionik atau ionik. Ekor surfaktan atau bagian apolar, dapat berupa rantai karbon dan hidrogen alkil atau alkilbenzena.

Struktur khusus ini memberikan senyawa kimia surfaktan perilaku ganda, amfifilik: afinitas untuk senyawa atau fase polar, larut dalam air dan juga afinitas untuk senyawa non-polar, tidak larut dalam air.

Secara umum, surfaktan mengurangi tegangan permukaan air, yang memungkinkan cairan ini mengembang dan mengalir ke tingkat yang lebih besar, membasahi permukaan dan fase tetangga.

Untuk apa surfaktan itu??

Senyawa kimia surfaktan mengerahkan aktivitas mereka pada permukaan atau antarmuka.

Ketika mereka larut dalam air, mereka bermigrasi ke antarmuka air-minyak atau air-udara, misalnya, di mana mereka dapat berfungsi sebagai:

  • Dispersan dan pelarut senyawa yang tidak larut atau kurang larut dalam air.
  • Humektan, karena mereka menyukai aliran air ke fase yang tidak larut dalam hal ini.
  • Stabilisator emulsi senyawa tidak larut dalam air dan air, seperti minyak dan air mayones.
  • Beberapa surfaktan mendukung dan yang lainnya mencegah pembentukan busa.

Biosurfaktan: surfaktan yang berasal dari biologis

Ketika agen surfaktan berasal dari organisme hidup, itu disebut biosurfaktan.

Dalam arti yang lebih ketat, biosurfaktan dianggap sebagai senyawa biologis amfifilik (perilaku kimia ganda, larut dalam air dan lemak), diproduksi oleh mikroorganisme seperti ragi, bakteri, dan jamur berfilamen..

Biosurfaktan diekskresikan atau dipertahankan sebagai bagian dari membran sel mikroba.

Juga beberapa biosurfaktan diproduksi oleh proses bioteknologi, menggunakan enzim yang bekerja pada senyawa kimia biologis atau produk alami.

Contoh-contoh biosurfaktan

Di antara biosurfaktan alami kita dapat menyebutkan saponin dari tanaman seperti bunga cabai (Hibiscus sp.), lesitin, cairan empedu mamalia atau surfaktan paru manusia (dengan fungsi fisiologis yang sangat penting).

Selain itu, asam amino dan turunannya, betain dan fosfolipid semuanya adalah biosurfaktan, semua produk alami ini berasal dari biologis.

Klasifikasi biosurfaktan dan contoh

-Sesuai dengan sifat muatan listrik di bagian kutub atau kepala

Biosurfaktan dapat dikelompokkan ke dalam kategori berikut, tergantung pada muatan listrik kepala polar Anda:

Biosurfaktan anionik

Mereka memiliki muatan negatif di ujung kutub, seringkali karena adanya gugus sulfonat -SO3-.

Biosurfaktan kationik

Mereka memiliki muatan positif di kepala, biasanya kelompok amonium kuaterner NR4+, di mana R mewakili rantai karbon dan hidrogen.

Biosurfaktan amfoterik

Mereka memiliki dua muatan, positif dan negatif dalam molekul yang sama.

Biosurfaktan nonionik

Mereka tidak memiliki ion atau muatan listrik di kepala mereka.

-Menurut sifat kimianya

Menurut sifat kimianya, biosurfaktan diklasifikasikan ke dalam jenis berikut:

Biosurfaktan glikolipid

Glikolipid adalah molekul yang memiliki struktur kimianya bagian dari lipid atau lemak dan bagian gula. Biosurfaktan yang paling dikenal adalah glikolipid. Yang terakhir terdiri dari sulfat gula seperti glukosa, galaktosa, manosa, rhamnosa dan galaktosa.

Di antara glikolipid, yang paling dikenal adalah rhamnolipid, bioemulsifier yang telah sangat dipelajari, aktivitas pengemulsi tinggi dan afinitas tinggi untuk molekul organik hidrofobik (yang tidak larut dalam air)

Ini dianggap sebagai surfaktan paling efektif untuk menghilangkan senyawa hidrofob di tanah yang terkontaminasi.

Sebagai contoh rhamnolipid, surfaktan yang menghasilkan bakteri dari genus dapat disebutkan Pseudomonas.

Ada glikolipid lain, diproduksi oleh Torulopsis sp., dengan aktivitas biocidal dan digunakan dalam kosmetik, anti ketombe, produk bakteriostatik dan sebagai deodoran tubuh.

Biosurfaktan lipoprotein dan lipopeptida

Lipoprotein adalah senyawa kimia yang memiliki bagian lipid atau lemak dalam strukturnya dan bagian lain dari protein.

Sebagai contoh, Bacillus subtilis adalah bakteri yang menghasilkan lipopeptida yang disebut surfaktin. Ini adalah tegangan permukaan yang paling mengurangi biosurfaktan.

Surfaktin memiliki kemampuan untuk menghasilkan lisis eritrosit (pecahnya sel darah merah) mamalia. Selain itu, mereka dapat digunakan sebagai biocides hama sebagai tikus kecil.

Asam lemak Biosurfaktan

Beberapa mikroorganisme dapat mengoksidasi alkana (rantai karbon dan hidrogen) menjadi asam lemak yang memiliki sifat surfaktan.

Biosurfaktan fosfolipid

Fosfolipid adalah senyawa kimia yang memiliki gugus fosfat (PO43-), melekat pada bagian dengan struktur lipid. Mereka adalah bagian dari membran mikroorganisme.

Bakteri dan ragi tertentu yang memakan hidrokarbon, ketika mereka tumbuh di substrat alkana, meningkatkan jumlah fosfolipid dalam membran mereka. Sebagai contoh, Acinetobacter sp., Thiobacillus, antioksidan dan Rhodococcus erythropolis.

Biosurfaktan polimer

Biosurfaktan polimer adalah makromolekul dengan berat molekul tinggi. Biosurfaktan yang paling banyak dipelajari dari kelompok ini adalah: emulsan, liposan, mannoprotein dan polisakarida-protein kompleks.

Misalnya saja bakteri Acinetobacter calcoaceticus menghasilkan emulsan polyanionik (dengan beberapa muatan negatif), bioemulsifier yang sangat efektif untuk hidrokarbon dalam air. Ini juga salah satu penstabil emulsi paling kuat yang dikenal.

Liposan adalah pengemulsi ekstraseluler, larut dalam air, dibentuk oleh polisakarida dan protein Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae menghasilkan sejumlah besar mannoprotein dengan aktivitas pengemulsi yang sangat baik dari minyak, alkana dan pelarut organik.

-Menurut berat molekulnya

Biosurfaktan diklasifikasikan dalam dua kategori:

Biosurfaktan dengan berat molekul rendah

Dengan permukaan kecil dan ketegangan antar muka. Misalnya, rhamnolipid.

Biosurfaktan polimer dengan berat molekul tinggi

Itu mengikat kuat ke permukaan, seperti bioemulsifier makanan.

Produksi biosurfaktan

Untuk produksi biosurfaktan, biakan mikroorganisme digunakan dalam bioreaktor. Sebagian besar mikroorganisme ini diisolasi dari media yang terkontaminasi, seperti situs limbah industri atau lubang hidrokarbon yang dibuang oleh industri minyak..

Produksi biosurfaktan yang efisien tergantung pada beberapa faktor, seperti sifat substrat atau sumber karbon yang digunakan sebagai media kultur dan tingkat salinitasnya. Selain itu, itu tergantung pada faktor-faktor seperti suhu, pH dan ketersediaan oksigen.

Aplikasi biosurfaktan

Saat ini ada permintaan komersial yang sangat besar untuk biosurfaktan, karena surfaktan yang diperoleh dengan sintesis kimia (dari turunan minyak bumi) bersifat toksik, tidak dapat terurai secara hayati dan oleh karena itu memiliki peraturan lingkungan untuk penggunaannya..

Masalah-masalah ini telah menghasilkan minat yang cukup besar pada biosurfaktan sebagai alternatif yang dapat terurai secara hayati, tidak beracun.

Biosurfaktan memiliki aplikasi di berbagai bidang, seperti:

Industri minyak

Biosurfaktan digunakan dalam ekstraksi minyak dan bioremediasi (dekontaminasi dengan organisme hidup) hidrokarbon; contoh: biosurfaktan dari Arthrobacter sp.

Mereka juga diterapkan dalam proses biodesulfurisasi (eliminasi sulfur menggunakan mikroorganisme) minyak bumi. Spesies dari genus telah digunakan Rhodococcus.

Sanitasi lingkungan

Biosurfaktan digunakan dalam bioremediasi tanah yang terkontaminasi oleh logam beracun, seperti uranium, kadmium, dan timbal (biosurfaktan dari Pseudomonas spp. dan Rhodococcus spp.).

Mereka juga digunakan dalam proses bioremediasi tanah dan air yang terkontaminasi oleh tumpahan bensin atau minyak.

Sebagai contoh, Aeromonas sp. menghasilkan biosurfaktan yang memungkinkan degradasi minyak atau pengurangan molekul besar menjadi yang lebih kecil, yang berfungsi sebagai nutrisi bagi mikroorganisme bakteri dan jamur.

Dalam proses industri

Biosurfaktan digunakan dalam industri deterjen dan pembersih, karena mereka meningkatkan aksi pembersihan dengan melarutkan lemak yang mencemari pakaian atau permukaan, dalam air cuci.

Mereka juga digunakan sebagai senyawa kimia tambahan di industri tekstil, kertas dan penyamakan kulit.

Dalam industri kosmetik dan farmasi

Di industri kosmetik, Bacillus licheniformis menghasilkan biosurfaktan yang digunakan sebagai produk antidandruff, bacteriostatic, dan deodoran.

Beberapa biosurfaktan digunakan dalam industri farmasi dan biomedis untuk aktivitas antimikroba dan / atau antijamurnya.

Di industri makanan

Dalam industri makanan, biosurfaktan digunakan dalam pembuatan mayones (yang merupakan emulsi air telur dan minyak). Biosurfaktan ini berasal dari lektin dan turunannya, yang meningkatkan kualitas dan rasa.

Di bidang pertanian

Di bidang pertanian, biosurfaktan digunakan untuk kontrol biologis patogen (jamur, bakteri, virus) tanaman.

Penggunaan lain dari biosurfaktan dalam pertanian adalah peningkatan ketersediaan mikronutrien tanah.

Referensi

  1. Banat, I.M., Makkar, R.S. dan Cameotra, S.S. (2000). Aplikasi komersial potensial surfaktan mikroba. Teknologi Mikrobiologi Terapan. 53 (5): 495-508.
  2. Cameotra, S.S. dan Makkar, R.S. (2004). Aplikasi terbaru biosurfaktan sebagai molekul biologis dan imunologis. Pendapat saat ini dalam Mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
  3. Chen, S.Y., Wei, Y.H. dan Chang, J.S. (2007). Fermentasi fed-batch pH-stat berulang untuk produksi rhamnolipid dengan pribumi Pseudomonas aeruginosa Bioteknologi Mikrobiologi Terapan. 76 (1): 67-74.
  4. Mulligan, C.N. (2005). Aplikasi lingkungan untuk biosurfaktan. Polusi Lingkungan. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
  5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. dan Liu, T. (2018). Biosurfaktan meningkatkan pembuangan logam berat dari lumpur dalam perawatan elektrokinetik. Jurnal Teknik Kimia. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.