Tensoativos e biossurfactantes: para que servem, exemplos e usos - Ciência - 2023

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UMA surfactante É um composto químico capaz de reduzir a tensão superficial de uma substância líquida, atuando em uma interface ou superfície de contato entre duas fases, por exemplo água-ar ou água-óleo.

O termo surfactante vem da palavra inglesa surfactante, que por sua vez é derivado da sigla da expressão surfarace agente ativo, que significa em espanhol agente com atividade interfacial ou de superfície.

Em espanhol, a palavra "surfactante" é usada, referindo-se à capacidade de um composto químico de agir na tensão superficial ou interfacial. A tensão superficial pode ser definida como uma resistência que os líquidos têm para aumentar sua superfície.

A água tem uma alta tensão superficial porque suas moléculas estão fortemente ligadas e resistem à separação quando a pressão é exercida em sua superfície.

Por exemplo, alguns insetos aquáticos, como "o sapateiro" (Gerris lacustris), podem se mover na água sem afundar, graças à tensão superficial da água, que permite a formação de um filme em sua superfície.

Além disso, uma agulha de aço permanece na superfície da água e não afunda, devido à tensão superficial da água.

Estrutura e função dos surfactantes

Todos os surfactantes ou agentes químicos surfactantes são de natureza anfifílico, ou seja, eles têm um comportamento dual, porque podem dissolver compostos polares e apolares. Os surfactantes têm duas partes principais em sua estrutura:

Uma cabeça polar hidrofílica, relacionada à água e compostos polares.
Uma cauda não polar lipofílica, hidrofóbica, semelhante a compostos não polares.

A cabeça polar pode ser não iônica ou iônica. A cauda do surfactante, ou parte apolar, pode ser um carbono alquil ou alquilbenzeno e uma cadeia de hidrogênio.

Esta estrutura muito particular confere aos compostos químicos surfactantes um comportamento anfifílico duplo: afinidade para compostos polares ou fases, solúveis em água e também afinidade para compostos não polares, insolúveis em água.

Em geral, os surfactantes reduzem a tensão superficial da água, o que permite que esse líquido se expanda e flua em maior grau, molhando as superfícies e fases vizinhas.

Para que servem os surfactantes?

Os produtos químicos surfactantes exercem sua atividade em superfícies ou interfaces.

Ao se dissolverem em água, eles migram para as interfaces água-óleo ou água-ar, por exemplo, onde podem funcionar como:

Dispersantes e solubilizantes de compostos insolúveis ou pouco solúveis em água.
Umectantes, pois favorecem a passagem da água para fases insolúveis nela.
Estabilizadores de emulsões de compostos insolúveis em água e água, como óleo e água de maionese.
Alguns surfactantes promovem e outros previnem a formação de espuma.

Biossurfactantes: tensoativos de origem biológica

Quando o surfactante vem de um organismo vivo, é denominado biossurfactante.

Em um sentido mais estrito, os biossurfactantes são considerados compostos biológicos anfifílicos (com duplo comportamento químico, solúvel em água e gordura), produzidos por microrganismos como leveduras, bactérias e fungos filamentosos.

Os biossurfactantes são excretados ou retidos como parte da membrana celular microbiana.

Além disso, alguns biossurfactantes são produzidos por processos biotecnológicos, utilizando enzimas que atuam sobre um composto químico biológico ou produto natural.

Exemplos de biossurfactantes

Biossurfactantes naturais incluem saponinas de plantas, como a flor de pimenta de Caiena (Hibiscus sp.), lecitina, sucos de bile de mamíferos ou surfactante de pulmão humano (com funções fisiológicas muito importantes).

Além disso, os aminoácidos e seus derivados, betaínas e fosfolipídios são biossurfactantes, todos esses produtos naturais de origem biológica.

Classificação de biossurfactantes e exemplos

- De acordo com a natureza da carga elétrica na parte polar ou cabeça

Os biossurfactantes podem ser agrupados nas seguintes categorias, com base na carga elétrica de sua cabeça polar:

Biossurfactantes aniônicos

Eles têm uma carga negativa na extremidade polar, frequentemente devido à presença de um grupo sulfonato -SO₃^–.

Biossurfactantes catiônicos

Eles têm uma carga positiva na cabeça, geralmente um grupo de amônio quaternário NR₄⁺, onde R representa uma cadeia de carbono e hidrogênio.

Biossurfactantes anfotéricos

Eles têm cargas positivas e negativas na mesma molécula.

Biossurfactantes não iônicos

Eles não têm íons ou cargas elétricas em suas cabeças.

-De acordo com sua natureza química

De acordo com sua natureza química, os biossurfactantes são classificados nos seguintes tipos:

Biossurfactantes glicolipídicos

Os glicolipídios são moléculas que possuem em sua estrutura química uma parte de lipídio ou gordura e uma parte de açúcar. A maioria dos biossurfactantes conhecidos são glicolipídeos. O último consiste em sulfatos de açúcares como glicose, galactose, manose, ramnose e galactose.

Dentre os glicolipídios, os mais conhecidos são os ramnolipídios, bioemulsificantes bastante estudados, com alta atividade emulsificante e alta afinidade por moléculas orgânicas hidrofóbicas (que não se dissolvem em água).

Estes são considerados os surfactantes mais eficazes para a remoção de compostos hidrofóbicos em solos contaminados.

Exemplos de ramnolipídeos incluem surfactantes produzidos por bactérias do gênero Pseudomonas.

Existem outros glicolipídeos, produzidos por Torulopsis sp., com atividade biocida e utilizado em cosméticos, produtos anticaspa, bacteriostáticos e como desodorantes corporais.

Biossurfactantes de lipoproteína e lipopeptídeo

As lipoproteínas são compostos químicos que possuem em sua estrutura uma parte do lipídeo ou gordura e outra parte da proteína.

Por exemplo, Bacillus subtilis É uma bactéria que produz lipopeptídeos chamados surfactinas. Estes estão entre os biossurfactantes redutores de tensão superficial mais poderosos.

As surfactinas têm a capacidade de produzir lise de eritrócitos (degradação dos glóbulos vermelhos) em mamíferos. Além disso, eles podem ser usados como biocidas para pragas, como pequenos roedores.

Biossurfactantes de ácidos graxos

Alguns microrganismos podem oxidar alcanos (cadeias de carbono e hidrogênio) em ácidos graxos que possuem propriedades surfactantes.

Biossurfactantes fosfolipídicos

Fosfolipídios são compostos químicos que possuem grupos fosfato (PO₄^3-), ligado a uma parte com uma estrutura lipídica. Eles fazem parte das membranas dos microrganismos.

Certas bactérias e leveduras que se alimentam de hidrocarbonetos, quando crescem em substratos alcânicos, aumentam a quantidade de fosfolipídios em sua membrana. Por exemplo, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans e Rhodococcus erythropolis.

Biossurfactantes poliméricos

Os biossurfactantes poliméricos são macromoléculas de alto peso molecular. Os biossurfactantes mais estudados neste grupo são: emulsionante, lipoaspiração, complexos de manoproteína e polissacarídeo-proteína.

Por exemplo, a bactéria Acinetobacter calcoaceticusproduz polianiônico emulsificado (com várias cargas negativas), um bioemulsionante muito eficaz para hidrocarbonetos em água. É também um dos mais poderosos estabilizadores de emulsão conhecidos.

O lipossoma é um emulsificante extracelular, solúvel em água, constituído por polissacarídeos e proteínas de Candida lipolytica.

Saccharomyces cereviseae produz grandes quantidades de manoproteínas com excelente atividade emulsificante de óleos, alcanos e solventes orgânicos.

-De acordo com seu peso molecular

Os biossurfactantes são classificados em duas categorias:

Biossurfactantes de baixo peso molecular

Com tensões superficiais e interfaciais inferiores. Por exemplo, ramnolipídios.

Biossurfactantes poliméricos de alto peso molecular

Que se ligam fortemente a superfícies, como bioemulsificantes alimentares.

Produção de biossurfactantes

Para a produção de biossurfactantes, culturas de microrganismos são utilizadas em biorreatores. A maioria desses microrganismos é isolada de ambientes contaminados, como depósitos de resíduos industriais ou poços de hidrocarbonetos descartados pela indústria do petróleo.

A produção eficiente de biossurfactantes depende de vários fatores, como a natureza do substrato ou fonte de carbono utilizado como meio de cultura e seu grau de salinidade. Além disso, depende de fatores como temperatura, pH e disponibilidade de oxigênio.

Aplicações de biossurfactantes

Atualmente existe uma grande demanda comercial por biossurfactantes, pois os tensoativos obtidos por síntese química (a partir de derivados de petróleo) são tóxicos, não biodegradáveis e, portanto, possuem regulamentação ambiental para seu uso.

Esses problemas geraram considerável interesse em biossurfactantes como alternativas biodegradáveis e não tóxicas.

Os biossurfactantes têm aplicações em muitos campos, como:

Indústria de petróleo

Os biossurfactantes são usados na extração de óleo e biorremediação (descontaminação com organismos vivos) de hidrocarbonetos; exemplo: o biossurfactante de Arthrobacter sp.

Eles também são aplicados em processos de biodesulfurização (remoção de enxofre por microorganismos) do petróleo. Espécies do gênero têm sido usadas Rhodococcus.

Saneamento ambiental

Os biossurfactantes são usados na biorremediação de solos contaminados por metais tóxicos como urânio, cádmio e chumbo (biossurfactantes de Pseudomonas spp. Y Rhodococcus spp.).

Também são usados em processos de biorremediação de solos e água contaminados por gasolina ou derramamento de óleo.

Por exemplo, Aeromonas sp. produz biossurfactantes que permitem a degradação do óleo ou a redução de moléculas grandes em moléculas menores, que servem como nutrientes para microorganismos, bactérias e fungos.

Em processos industriais

Os biossurfactantes são utilizados na indústria de detergentes e limpadores, pois potencializam a ação de limpeza ao dissolver as gorduras que sujam as roupas ou superfícies na água de lavagem.

Também são utilizados como compostos químicos auxiliares nas indústrias têxtil, de papel e curtumes.

Na indústria cosmética e farmacêutica

Na indústria de cosméticos, Bacillus licheniformis produz biossurfactantes que são usados como produtos anticaspa, bacteriostáticos e desodorantes.

Alguns biossurfactantes são utilizados na indústria farmacêutica e biomédica por sua atividade antimicrobiana e / ou antifúngica.

Na industria alimentícia

Na indústria de alimentos, os biossurfactantes são usados na fabricação de maionese (que é uma emulsão de água de ovo e óleo). Esses biossurfactantes vêm de lectinas e seus derivados, que melhoram a qualidade e também o sabor.

Na agricultura

Na agricultura, os biossurfactantes são usados para o controle biológico de patógenos (fungos, bactérias, vírus) nas lavouras.

Outro uso de biossurfactantes na agricultura é aumentar a disponibilidade de micronutrientes do solo.

Referências

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