SURFAKTAN DAN BIOSURFAKTAN: UNTUK APA, CONTOH DAN KEGUNAANNYA - BIOLOGI - 2026

A surfactant adalah sebatian kimia yang mampu mengurangkan ketegangan permukaan bahan cecair, yang bertindak di antara muka atau sentuhan permukaan antara dua fasa, sebagai contoh air-udara atau air-minyak.

Istilah surfaktan berasal dari kata bahasa Inggeris surfaktan, yang pada gilirannya berasal dari akronim ungkapan surf ace aktif agen, yang bermaksud dalam agen Sepanyol dengan aktiviti antara muka atau permukaan.

Rajah 1. Struktur surfaktan. Sumber: Ukuran utama, dari Wikimedia Commons

Dalam bahasa Sepanyol kata "surfaktan" digunakan, merujuk pada kemampuan sebatian kimia untuk bertindak pada ketegangan permukaan atau antara muka. Ketegangan permukaan dapat didefinisikan sebagai rintangan yang harus dilakukan oleh cecair untuk meningkatkan permukaannya.

Air mempunyai ketegangan permukaan yang tinggi kerana molekul-molekulnya sangat terikat dan tahan berpisah ketika tekanan dilakukan di permukaannya.

Sebagai contoh, beberapa serangga air, seperti "tukang sepatu" (Gerris lacustris), dapat bergerak di atas air tanpa tenggelam, berkat ketegangan permukaan air, yang memungkinkan pembentukan filem di permukaannya.

Gambar 2. Serangga yang mampu bergerak di atas air. Sumber: TimVickers, dari Wikimedia Commons

Juga, jarum keluli tetap di permukaan air dan tidak tenggelam, kerana ketegangan permukaan air.

Struktur dan fungsi surfaktan

Semua agen kimia surfaktan atau surfaktan bersifat amfifilik, iaitu, mereka mempunyai tingkah laku ganda, kerana fakta bahawa mereka dapat melarutkan sebatian polar dan bukan polar. Surfaktan mempunyai dua bahagian utama dalam strukturnya:

• Kepala polar hidrofilik, serupa dengan sebatian air dan polar.
• Ekor nonpolar lipofilik, hidrofobik, serupa dengan sebatian bukan polar.

Kepala kutub boleh menjadi tidak ionik atau ionik. Ekor surfaktan, atau bahagian apolar, boleh menjadi rantai karbon dan hidrogen alkil atau alkilbenzena.

Struktur yang sangat khusus ini memberikan sebatian kimia surfaktan dua, tingkah laku amfifilik: pertalian bagi sebatian atau fasa polar, larut dalam air dan juga pertalian bagi sebatian bukan polar, tidak larut dalam air.

Secara amnya, agen surfaktan mengurangkan ketegangan permukaan air, membolehkan cecair ini mengembang dan mengalir ke tahap yang lebih besar, membasahi permukaan dan fasa yang berdekatan.

Untuk apa surfaktan?

Bahan kimia surfaktan melakukan aktiviti mereka di permukaan atau antara muka.

Apabila larut dalam air, mereka berpindah ke antara muka air-minyak atau air-udara, di mana mereka dapat berfungsi sebagai:

• Penyebar dan pelarut sebatian tidak larut atau kurang larut dalam air.
• Humectants, kerana mereka menyukai aliran air ke fasa tidak larut di dalamnya.
• Penstabil untuk emulsi sebatian yang tidak larut dalam air dan air, seperti minyak dan air dari mayonis.
• Beberapa surfaktan mempromosikan dan yang lain mencegah berbuih.

Biosurfaktan: surfaktan yang berasal dari biologi

Apabila surfaktan berasal dari organisma hidup, ia disebut biosurfaktan.

Dalam pengertian yang lebih ketat, biosurfaktan dianggap sebagai sebatian biologi amfifilik (dengan tingkah laku kimia ganda, larut dalam air dan lemak), yang dihasilkan oleh mikroorganisma seperti ragi, bakteria dan kulat filamen.

Biosurfaktan diekskresikan atau disimpan sebagai sebahagian daripada membran sel mikroba.

Juga beberapa biosurfaktan dihasilkan oleh proses bioteknologi, menggunakan enzim yang bertindak pada sebatian kimia biologi atau produk semula jadi.

Contohnya biosurfaktan

Biosurfaktan semula jadi termasuk saponin tumbuhan seperti bunga cayenne (Hibiscus sp.), Lecithin, jus empedu dari mamalia atau surfaktan paru-paru manusia (dengan fungsi fisiologi yang sangat penting).

Selain itu, asid amino dan turunannya, betain dan fosfolipid, semua produk semula jadi yang berasal dari biologi, adalah biosurfaktan.

Pengelasan biosurfaktan dan contoh

-Menurut sifat cas elektrik di bahagian kutub atau kepala

Biosurfaktan dapat dikelompokkan ke dalam kategori berikut, berdasarkan cas elektrik kepala kutub mereka:

Biosurfaktan anionik

Mereka mempunyai cas negatif pada akhir kutub, sering disebabkan oleh kehadiran sekumpulan sulfonate -Jadi ₃ ^- .

Biosurfaktan kationik

Mereka mempunyai muatan positif di kepala, biasanya kumpulan amonium kuarter NR ₄ ⁺ , di mana R mewakili rantai karbon dan hidrogen.

Biosurfaktan amfoterik

Mereka mempunyai cas positif dan negatif pada molekul yang sama.

Biosurfaktan bukan ionik

Mereka tidak mempunyai ion atau cas elektrik di kepala mereka.

-Mengikut sifat kimianya

Mengikut sifat kimianya, biosurfaktan dikelaskan kepada jenis berikut:

Biosurfaktan glikolipid

Glikolipid adalah molekul yang mempunyai struktur kimianya bahagian lipid atau lemak dan sebahagian gula. Sebilangan besar biosurfaktan yang diketahui adalah glikolipid. Yang terakhir terdiri daripada sulfat gula seperti glukosa, galaktosa, mannose, rhamnose, dan galaktosa.

Di antara glikolipid, yang paling terkenal adalah rhamnolipid, bioemulsifier yang telah banyak dikaji, dengan aktiviti pengemulsi yang tinggi dan pertalian yang tinggi untuk molekul organik hidrofobik (yang tidak larut dalam air).

Ini dianggap sebagai surfaktan yang paling berkesan untuk penyingkiran sebatian hidrofobik di tanah yang tercemar.

Contoh rhamnolipid termasuk surfaktan yang dihasilkan oleh bakteria genus Pseudomonas.

Terdapat glikolipid lain, yang dihasilkan oleh Torulopsis sp., Dengan aktiviti biocidal dan digunakan dalam kosmetik, produk anti-kelemumur, bakteriostat dan sebagai deodoran badan.

Lipoprotein dan biosurfaktan lipopeptida

Lipoprotein adalah sebatian kimia yang mempunyai struktur lipid atau lemak dan bahagian protein yang lain.

Sebagai contoh, Bacillus subtilis adalah bakteria yang menghasilkan lipopeptida yang disebut surfaktin. Ini adalah antara biosurfaktan yang mengurangkan ketegangan permukaan.

Surfaktin mempunyai keupayaan untuk menghasilkan lisis eritrosit (pemecahan sel darah merah) pada mamalia. Selain itu, mereka boleh digunakan sebagai biosida untuk perosak seperti tikus kecil.

Biosurfaktan asid lemak

Sebilangan mikroorganisma dapat mengoksidakan alkana (rantai karbon dan hidrogen) kepada asid lemak yang mempunyai sifat surfaktan.

Biosurfaktan fosfolipid

Fosfolipid adalah sebatian kimia yang mempunyai kumpulan fosfat (PO ₄ ^3- ), melekat pada bahagian dengan struktur lipid. Mereka adalah bahagian membran mikroorganisma.

Bakteria dan ragi tertentu yang memakan hidrokarbon, ketika tumbuh di substrat alkana, meningkatkan jumlah fosfolipid dalam membrannya. Contohnya, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans, dan Rhodococcus erythropolis.

Biosurfaktan polimer

Biosurfaktan polimer adalah makromolekul berat molekul tinggi. Biosurfaktan yang paling banyak dikaji dari kumpulan ini adalah: kompleks emulsi, liposan, mannoprotein dan polisakarida-protein.

Sebagai contoh, bakteria Acinetobacter calcoaceticus menghasilkan pengemulsi polianionik (dengan pelbagai cas negatif), bioemulsifier yang sangat berkesan untuk hidrokarbon di dalam air. Ia juga merupakan salah satu penstabil emulsi paling kuat yang diketahui.

Liposan adalah pengemulsi ekstraselular yang larut dalam air, yang terdiri daripada polisakarida dan protein Candida lipolytica.

Kebersihan persekitaran

Biosurfaktan digunakan dalam bioremediasi tanah yang tercemar oleh logam toksik, seperti uranium, kadmium dan plumbum (biosurfaktan Pseudomonas spp. Dan Rhodococcus spp.).

Mereka juga digunakan dalam proses bioremediasi tanah dan air yang tercemar oleh petrol atau tumpahan minyak.

Gambar 3. Biosurfaktan digunakan dalam proses sanitasi persekitaran kerana tumpahan minyak. Sumber: Kementerian Luar Negeri Ekuador, melalui Wikimedia Commons

Contohnya, Aeromonas sp. menghasilkan biosurfaktan yang membolehkan degradasi minyak atau pengurangan molekul besar menjadi yang lebih kecil, yang berfungsi sebagai nutrien untuk mikroorganisma, bakteria dan kulat.

Dalam proses perindustrian

Biosurfactants digunakan dalam industri pencuci dan pembersih, kerana ia meningkatkan tindakan pembersihan dengan melarutkan lemak yang kotor pakaian atau permukaan di dalam air basuh.

Mereka juga digunakan sebagai sebatian kimia tambahan dalam industri tekstil, kertas dan penyamakan.

Dalam industri kosmetik dan farmaseutikal

Dalam industri kosmetik, Bacillus licheniformis menghasilkan biosurfaktan yang digunakan sebagai produk anti kelemumur, bakteriostatik dan deodoran.

Beberapa biosurfaktan digunakan dalam industri farmaseutikal dan bioperubatan untuk aktiviti antimikroba dan / atau antijamur mereka.

Dalam industri makanan

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

Dalam bidang pertanian

Dalam pertanian, biosurfaktan digunakan untuk kawalan biologi patogen (kulat, bakteria, virus) dalam tanaman.

Penggunaan biosurfaktan lain dalam pertanian adalah untuk meningkatkan ketersediaan mikronutrien dari tanah.

Rujukan

1. Banat, IM, Makkar, RS dan Cameotra, SS (2000). Aplikasi komersial berpotensi surfaktan mikroba. Teknologi Mikrobiologi Gunaan. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS dan Makkar, RS (2004). Aplikasi biosurfaktan terkini sebagai molekul biologi dan imunologi. Pendapat Semasa dalam Mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH dan Chang, JS (2007). Fermentasi feed-batch pH-stat berulang untuk pengeluaran rhamnolipid dengan Bioteknologi Mikrobiologi Gunaan Pseudomonas aeruginosa asli. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Aplikasi persekitaran untuk biosurfaktan. Pencemaran alam sekitar. 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 penyingkiran logam berat dari enapcemar dalam rawatan elektrokinetik. Jurnal Kejuruteraan Kimia. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.