Biosurfattanti, sintesi e applicazioni

I biosurfattanti sono molecole anfifiliche che presentano una parte idrofoba e una parte idrofila che si ripartiscono alle interfacce liquido/liquido, liquido/gas o liquido/solido causando una riduzione della tensione superficiale e interfacciale.  Tali caratteristiche consentono a queste molecole biologiche di svolgere un ruolo chiave nell’emulsione, nella formazione di schiuma, nella detergenza e nella dispersione.

La parte idrofila che ha un’elevata affinità per l’acqua può essere costituta da carboidrati, peptidi ciclici, amminoacidi o alcoli mentre la parte idroboba che ha una bassa affinità per l’acqua è costituita generalmente da acidi grassi a catena lunga

Essi offrono diversi vantaggi rispetto ai tensioattivi tradizionali, come la bassa tossicità e l’elevata biodegradabilità ed inoltre rimangono attivi in un ampio intervallo di pH e di salinità. I biosurfattanti sono agenti tensioattivi prodotti da sistemi biologici come batteri, lieviti e funghi filamentosi. La maggior parte dei tensioattivi sintetici derivano ​​ dal petrolio ma sono generalmente tossici e difficili da degradare tramite l’azione di microrganismi.

struttura da Chimicamo
struttura

I biosurfattanti sono facilmente degradati dai batteri nell’acqua e nel suolo e quindi compatibili con la transizione ecologica e la chimica verde infatti la loro produzione ha una notevole importanza per l’impianto di processi industriali sostenibili, come l’uso di risorse rinnovabili e prodotti verdi.

Sebbene siano noti fin dagli anni ’60 dello scorso secolo i biosurfattanti hanno destato l’interesse nei ricercatori che hanno motivato la comunità scientifica a cercare tensioattivi più rispettosi dell’ambiente, come quelli ottenuti attraverso la produzione microbica.

Sintesi dei biosurfattanti

I biosurfattanti sono ottenuti sono ottenuti da substrati e specie microbiche. I substrati più interessanti sia per il basso costo che per una efficace gestione dei rifiuti sono i residui di origine alimentare e agroindustriale. Sono presentati, in tabella, i diversi substrati a basso costo e le relative specie microbiche utilizzate sebbene quelle che hanno dato migliori risultati siano Pseudomonas, Bacillus e Candida:

Substrati Specie microbiche
Residui alimentari e agroindustriali come bagassa di canna da zucchero, scorze di agrumi, scorze di patate, residui di tonno Halobacteriaceae archaeon, Bacillus pumilis, Bacillus licheniformis, Cunninghamella phaeospora, Candida tropicalis , Pseudomonas aeruginosa
Rifiuti animali derivanti dalla macellazione, grassi animali, scarti di lavorazione del pesce Pseudomonas gessardii, Nocardia higoensis, Aneurinibacillus migulanus
Rifiuti agroindustriali e di frantoi come scarti di raffineria e di frantoi, dell’industria dell’olio di palma e dell’olio di soia) Brachybacterium, paraconglomeratum, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus pseudomycoides, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis
Oli usati in cucina esausti Pseudomonas aeruginosa, Candida lipolytica

 

Gli oli vegetali, così come i substrati a base di idrocarburi, possono essere classificati come i substrati più economici e redditizi per la produzione su larga scala di biosurfattanti.
Tuttavia, la maggior parte dei biosurfattanti di origine batterica sono inadeguati per l’uso nell’industria alimentare a causa della loro possibile natura patogena.

Classificazione dei biosurfattanti

A differenza dei tensioattivi sintetizzati chimicamente che sono classificati in base al loro modello di dissociazione in acqua ovvero in tensioattivi cationici, anionici e non ionici i biosurfattanti sono classificati in base alla loro struttura chimica e alla loro origine microbica.

classificazione 2 da Chimicamo
classificazione

Sono classificati in due categorie ovvero quelli a basso peso molecolare e quelli ad alto peso molecolare. I biosurfattanti a basso peso molecolare sono più efficaci nel ridurre le tensioni superficiali e interfacciali alle interfacce aria e acqua.

Quelli ad alto peso molecolare sono emulsionanti migliori infatti essi possono lavorare a basse concentrazioni e avere molte specificità di substrato, il che li rende emulsionanti altamente efficienti.
Ciascuno di questi gruppi è ulteriormente classificato in diverse classi in base alla loro composizione chimica.

Le principali classi di biosurfattanti a basso peso molecolare sono glicolipidi, lipopeptidi e fosfolipidi e quelli ad alto peso molecolare sono lipoproteine, complessi polisaccaride-proteina-acidi grassi e complessi lipopolisaccaride-proteina. Un altro metodo di classificazione è sulla base della loro origine ovvero dalla fonte microbica quindi sono classificati come derivanti da lieviti, funghi o batteri.

Applicazioni

La struttura anfipatica dei biosurfattanti con frazioni idrofile e idrofobe consente a queste molecole di svolgere un ruolo chiave nell’emulsione, formazione di schiuma, detergenza e attività di dispersione dell’olio, che sono caratteristiche desiderabili in diversi settori.

chimica verde da Chimicamo
chimica verde

I biosurfattanti possono avere diverse applicazioni nell’industria alimentare, cosmetica, farmaceutica, biomedica e delle nanotecnologie. Una delle aree di applicazione più promettenti è la degradazione degli idrocarburi in acque e terreni contaminati e nel settore farmaceutico come sistemi di somministrazione di farmaci per migliorare la biodisponibilità orale di un gran numero di formulazioni che presentano una bassa solubilità acquosa.

In campo farmaceutico possono essere utilizzati per le loro proprietà antimicrobiche, antiadesive, antivirali, spermicide, emolitiche e antinfiammatorie. Per la loro bassa tossicità, compatibilità dermica e proprietà idratanti possono essere utilizzati in campo cosmetico.

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