Surfactantes e biossurfactantes: para que serve, exemplos e usos

Um 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 em inglês surfactant, que por sua vez é derivada do acrônimo da expressão surf ace active agent, que significa em espanhol agente com atividade interfacial ou superficial.

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Figura 1. Estrutura dos surfactantes. Fonte: Medida principal [Domínio público], do Wikimedia Commons

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

A água tem uma alta tensão superficial porque suas moléculas são muito fortemente ligadas e resistem à separação quando a pressão é aplicada à sua superfície.

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

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Figura 2. Inseto capaz de se mover na água. Fonte: TimVickers [Domínio público], do Wikimedia Commons

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

Estrutura e operação de surfactantes

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

  • Cabeça polar hidrofílica, relacionada à água e a compostos polares.
  • Cauda não polar, hidrofóbica, lipofílica e relacionada a compostos não polares.

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

Essa estrutura específica confere aos compostos químicos surfactantes um comportamento anfifílico duplo: afinidade por compostos ou fases polares, solúvel em água e também afinidade por 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 extensão, umedecendo superfícies e fases vizinhas.

Para que são utilizados surfactantes?

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

Quando dissolvidos em água, eles migram para as interfaces água-óleo ou água-ar, por exemplo, onde podem funcionar como:

  • Dispersantes e solubilizadores de compostos insolúveis ou pouco solúveis em água.
  • Hidratantes, porque favorecem a passagem da água para fases insolúveis.
  • Estabilizadores de emulsões de compostos insolúveis em água e água, como óleo e água de maionese.
  • Alguns surfactantes são favoráveis ​​e outros impedem a formação de espuma.
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Biossurfactantes: surfactantes de origem biológica

Quando o surfactante provém de um organismo vivo, é chamado de biossurfactante.

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

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

Alguns biossurfactantes também são produzidos por processos biotecnológicos, usando enzimas que atuam em um composto químico biológico ou produto natural.

Exemplos de biossurfactantes

Entre os biossurfactantes naturais, podem ser mencionadas saponinas vegetais, como a flor de caiena ( Hibiscus sp.), Lecitina, sucos biliares de mamíferos ou surfactante pulmonar humano (com funções fisiológicas muito importantes).

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

Classificação de biossurfactantes e exemplos

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

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

Biossurfactantes aniônicos

Eles têm uma carga negativa na extremidade polar, geralmente devido à presença de um grupo sulfonato SO 3 .

Biossurfactantes catiônicos

Eles têm uma carga positiva na cabeça, geralmente um grupo de amônio quaternário NR 4 + , 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 glicolípidos

Os glicolipídios são moléculas que possuem em sua estrutura química parte de lipídios ou gorduras e parte de açúcar. Os biossurfactantes mais conhecidos são glicolipídeos. Estes últimos consistem em sulfatos de açúcar, como glicose, galactose, manose, ramnose e galactose.

Entre os glicolipídeos, os mais conhecidos são os ramnolipídeos, bioemulsificantes que têm sido altamente estudados, com alta atividade emulsificante e alta afinidade por moléculas orgânicas hidrofóbicas (que não se dissolvem na água)

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

Como exemplos de ramnolipídios, podem ser mencionados os surfactantes produzidos pelas bactérias do gênero Pseudomonas.

Existem outros glicolipídios, produzidos por Torulopsis sp., Com atividade biocida e utilizados em cosméticos, produtos anti-caspa, bacteriostáticos e como desodorantes corporais.

Lipoproteínas e lipopeptídeos biossurfactantes

As lipoproteínas são compostos químicos que possuem em sua estrutura uma parte de lipídios ou gorduras e outra parte de proteínas.

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

Surfactinas têm a capacidade de produzir a lise de eritrócitos (ruptura de células vermelhas do sangue) dos mamíferos. Além disso, eles podem ser usados ​​como biocidas de pragas e pequenos roedores.

Ácidos graxos de biossurfactantes

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

Biossurfactantes fosfolipídicos

Os fosfolipídios são compostos químicos que possuem grupos fosfato (PO 4 3- ), ligados a uma parte com uma estrutura lipídica. Eles fazem parte das membranas dos microrganismos.

Certas bactérias e leveduras que se alimentam de hidrocarbonetos, quando cultivadas em substratos alcanos, 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 nesse grupo são: complexos emulsificantes, liposan, manoproteína e polissacarídeo-proteína.

Por exemplo, a bactéria Acinetobacter calcoaceticus produz emulsificante polianiônico (com várias cargas negativas), um bioemulsificador muito eficaz para hidrocarbonetos na água. É também um dos estabilizadores de emulsão mais potentes conhecidos.

O lipossano é um emulsificante extracelular, solúvel em água, formado por polissacarídeos e proteína Candida lipolytica .

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

-De acordo com o seu peso molecular

Os biossurfactantes são classificados em duas categorias:

Biossurfactantes de baixo peso molecular

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

Biossurfactantes poliméricos de alto peso molecular

Eles se ligam fortemente a superfícies, como bioemulsificantes alimentares.

Produção de biossurfactante

Para a produção de biossurfactantes, culturas de microorganismos são usadas em biorreatores. A maioria desses microorganismos é isolada de meios contaminados, como locais de resíduos industriais ou poços de hidrocarbonetos descartados pela indústria de petróleo.

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

Aplicações de biossurfactante

Atualmente, existe uma grande demanda comercial por biossurfactantes, porque os surfactantes obtidos por síntese química (a partir de derivados de petróleo) são tóxicos, não biodegradáveis ​​e, portanto, possuem normas ambientais para seu uso.

Esses problemas têm gerado considerável interesse nos biossurfactantes como alternativas biodegradáveis ​​e não tóxicas.

Os biossurfactantes têm aplicações em muitos campos, como:

Indústria petrolífera

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

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Eles também são aplicados em processos de biodesulfurização (remoção de enxofre usando microorganismos) do petróleo. As espécies de Rhodococcus foram utilizadas .

Saneamento ambiental

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

Eles também são usados ​​em processos de biorremediação de solos e águas contaminadas por óleo ou derramamento de óleo.

Surfactantes e biossurfactantes: para que serve, exemplos e usos 3

Figura 3. Biossurfactantes são usados ​​em processos de saneamento ambiental devido a derramamentos de óleo. Fonte: Ministério das Relações Exteriores do Equador [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)], via Wikimedia Commons

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

Em processos industriais

Os biossurfactantes são usados ​​na indústria de detergentes e produtos de limpeza, pois aprimoram a ação de limpeza dissolvendo graxa que suja roupas ou superfícies na água de lavagem.

Eles também são usados ​​como compostos químicos auxiliares nas indústrias têxtil, de papel e moinho.

Na indústria cosmética e farmacêutica

Na indústria de cosméticos, o Bacillus licheniformis produz biossurfactantes que são usados ​​como produtos anti-caspa, bacteriostáticos e desodorizantes.

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

Na indústria alimentícia

Na indústria de alimentos, os biossurfactantes são usados ​​na fabricação de maionese (que é uma emulsão de água e óleo de ovo). Estes biossurfactantes provêm de lectinas e seus derivados, que melhoram a qualidade e, além disso, o sabor.

Na agricultura

Na agricultura, os biossurfactantes são utilizados para o controle biológico de patógenos (fungos, bactérias, vírus) das culturas.

Outro uso de biossurfactantes na agricultura é o aumento da disponibilidade de micronutrientes no solo.

Referências

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