TENSIOATTIVI E BIOSURFATTANTI: A COSA SERVONO, ESEMPI E USI - BIOLOGIA - 2025

Un tensioattivo è un composto chimico in grado di ridurre la tensione superficiale di una sostanza liquida, agendo su un'interfaccia o superficie di contatto tra due fasi, ad esempio acqua-aria o acqua-olio.

Il termine tensioattivo deriva dalla parola inglese tensioattivo, che a sua volta deriva dall'acronimo dell'espressione surf ace active agent, che in spagnolo significa agente con attività interfacciale o superficiale.

Figura 1. Struttura dei tensioattivi. Fonte: misura principale, da Wikimedia Commons

In spagnolo si usa la parola "tensioattivo", che si riferisce alla capacità di un composto chimico di agire sulla tensione superficiale o interfacciale. La tensione superficiale può essere definita come una resistenza che i liquidi devono aumentare la loro superficie.

L'acqua ha un'elevata tensione superficiale perché le sue molecole sono legate molto strettamente e resistono alla separazione quando viene esercitata pressione sulla loro superficie.

Ad esempio, alcuni insetti acquatici, come il “calzolaio” (Gerris lacustris), possono muoversi sull'acqua senza affondare, grazie alla tensione superficiale dell'acqua, che permette la formazione di una pellicola sulla sua superficie.

Figura 2. Insetto capace di muoversi sull'acqua. Fonte: TimVickers, da Wikimedia Commons

Inoltre, un ago di acciaio rimane sulla superficie dell'acqua e non affonda, a causa della tensione superficiale dell'acqua.

Struttura e funzione dei tensioattivi

Tutti gli agenti chimici tensioattivi o tensioattivi sono di natura anfifilica, cioè hanno un duplice comportamento, poiché possono dissolvere composti polari e non polari. I tensioattivi hanno due parti principali nella loro struttura:

• Una testa polare idrofila, simile all'acqua e ai composti polari.
• Una coda non polare lipofila, idrofobica, simile ai composti non polari.

La testa polare può essere non ionica o ionica. La coda del tensioattivo, o parte apolare, può essere una catena di carbonio e idrogeno alchilica o alchilbenzenica.

Questa struttura molto particolare conferisce ai composti chimici tensioattivi un duplice comportamento anfifilico: affinità per composti o fasi polari, solubili in acqua e anche affinità per composti non polari, insolubili in acqua.

In generale, gli agenti tensioattivi riducono la tensione superficiale dell'acqua, consentendo a questo liquido di espandersi e fluire in misura maggiore, bagnando le superfici e le fasi vicine.

A cosa servono i tensioattivi?

I prodotti chimici tensioattivi esercitano la loro attività su superfici o interfacce.

Quando disciolti in acqua, migrano, ad esempio, verso le interfacce acqua-olio o acqua-aria, dove possono funzionare come:

• Disperdenti e solubilizzanti di composti insolubili o scarsamente solubili in acqua.
• Umettanti, in quanto favoriscono il passaggio dell'acqua alle fasi insolubili in essa presenti.
• Stabilizzanti per emulsioni di composti insolubili in acqua e acqua, come olio e acqua di maionese.
• Alcuni tensioattivi promuovono e altri prevengono la formazione di schiuma.

Biosurfattanti: tensioattivi di origine biologica

Quando il tensioattivo proviene da un organismo vivente, viene chiamato biosurfattante.

In senso più stretto, i biosurfattanti sono considerati composti biologici anfifili (con duplice comportamento chimico, solubili in acqua e grassi), prodotti da microrganismi come lieviti, batteri e funghi filamentosi.

I biosurfattanti vengono escreti o trattenuti come parte della membrana cellulare microbica.

Anche alcuni biosurfattanti sono prodotti mediante processi biotecnologici, utilizzando enzimi che agiscono su un composto chimico biologico o prodotto naturale.

Esempi di biosurfattanti

I biosurfattanti naturali includono saponine di piante come il fiore di Caienna (Hibiscus sp.), La lecitina, i succhi biliari dei mammiferi o il tensioattivo polmonare umano (con funzioni fisiologiche molto importanti).

Inoltre, gli amminoacidi ei loro derivati, betaine e fosfolipidi, tutti questi prodotti naturali di origine biologica, sono biosurfattanti.

Classificazione dei biosurfattanti ed esempi

-Secondo la natura della carica elettrica nella parte polare o testa

I biosurfattanti possono essere raggruppati nelle seguenti categorie, in base alla carica elettrica della loro testa polare:

Biosurfattanti anionici

Hanno una carica negativa all'estremità polare, spesso dovuta alla presenza di un gruppo solfonato –SO ₃ ^- .

Biosurfattanti cationici

Essi hanno una carica positiva sulla testa, di solito un gruppo ammonio quaternario NR ₄ ⁺ , dove R rappresenta una catena di carbonio e idrogeno.

Biosurfattanti anfoteri

Hanno cariche sia positive che negative sulla stessa molecola.

Biosurfattanti non ionici

Non hanno ioni o cariche elettriche nelle loro teste.

-Secondo la sua natura chimica

In base alla loro natura chimica, i biosurfattanti sono classificati nelle seguenti tipologie:

Biosurfattanti glicolipidi

I glicolipidi sono molecole che hanno nella loro struttura chimica una parte di lipidi o grassi e una parte di zucchero. La maggior parte dei biosurfattanti conosciuti sono glicolipidi. Questi ultimi sono costituiti da solfati di zuccheri come glucosio, galattosio, mannosio, ramnosio e galattosio.

Tra i glicolipidi, i più noti sono i ramnolipidi, bioemulsionanti ampiamente studiati, con elevata attività emulsionante e alta affinità per le molecole organiche idrofobiche (che non si dissolvono in acqua).

Questi sono considerati i tensioattivi più efficaci per la rimozione di composti idrofobici nei terreni contaminati.

Esempi di ramnolipidi includono tensioattivi prodotti da batteri del genere Pseudomonas.

Esistono altri glicolipidi, prodotti da Torulopsis sp., Con attività biocida e utilizzati in cosmetici, prodotti antiforfora, batteriostatici e come deodoranti per il corpo.

Biosurfattanti lipoproteici e lipopeptidici

Le lipoproteine ​​sono composti chimici che hanno nella loro struttura una parte di lipidi o grassi e un'altra parte di proteine.

Ad esempio, il Bacillus subtilis è un batterio che produce lipopeptidi chiamati surfattine. Questi sono tra i più potenti biosurfattanti che riducono la tensione superficiale.

Le surfattine hanno la capacità di produrre la lisi degli eritrociti (rottura dei globuli rossi) nei mammiferi. Inoltre, possono essere utilizzati come biocidi per parassiti come i piccoli roditori.

Biosurfattanti degli acidi grassi

Alcuni microrganismi possono ossidare gli alcani (catene di carbonio e idrogeno) in acidi grassi che hanno proprietà tensioattive.

Biosurfattanti fosfolipidi

I fosfolipidi sono composti chimici che hanno gruppi fosfato (PO ₄ ^3- ), attaccati a una parte con una struttura lipidica. Fanno parte delle membrane dei microrganismi.

Alcuni batteri e lieviti che si nutrono di idrocarburi, quando crescono su substrati alcano, aumentano la quantità di fosfolipidi nella loro membrana. Ad esempio, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans e Rhodococcus erythropolis.

Biosurfattanti polimerici

I biosurfattanti polimerici sono macromolecole ad alto peso molecolare. I biosurfattanti più studiati in questo gruppo sono: emulsionante, liposuzione, mannoproteine ​​e complessi polisaccaride-proteina.

Ad esempio, il batterio Acinetobacter calcoaceticus produce un emulsionante polianionico (con varie cariche negative), un bioemulsionante molto efficace per gli idrocarburi in acqua. È anche uno dei più potenti stabilizzanti di emulsione conosciuti.

Liposan è un emulsionante extracellulare solubile in acqua, costituito da polisaccaridi e proteina Candida lipolytica.

Igiene ambientale

I biosurfattanti sono utilizzati nel biorisanamento di suoli contaminati da metalli tossici, quali uranio, cadmio e piombo (biosurfattanti di Pseudomonas spp. E Rhodococcus spp.).

Sono anche utilizzati nei processi di biorisanamento di suoli e acque contaminati da fuoriuscite di benzina o petrolio.

Figura 3. I biosurfattanti sono utilizzati nei processi di risanamento ambientale a causa delle fuoriuscite di petrolio. Fonte: Ministero degli Esteri dell'Ecuador, tramite Wikimedia Commons

Ad esempio, Aeromonas sp. produce biosurfattanti che consentono la degradazione dell'olio o la riduzione di molecole grandi a molecole più piccole, che fungono da nutrienti per microrganismi, batteri e funghi.

Nei processi industriali

I biosurfattanti sono utilizzati nell'industria dei detergenti e pulitori, poiché potenziano l'azione pulente sciogliendo nell'acqua di lavaggio i grassi che sporcano i vestiti o le superfici.

Sono anche usati come composti chimici ausiliari nell'industria tessile, della carta e della conceria.

Nell'industria cosmetica e farmaceutica

Nell'industria cosmetica, Bacillus licheniformis produce biosurfattanti che vengono utilizzati come prodotti antiforfora, batteriostatici e deodoranti.

Alcuni biosurfattanti sono utilizzati nell'industria farmaceutica e biomedicale per la loro attività antimicrobica e / o antimicotica.

Nell'industria alimentare

Nell'industria alimentare, i biosurfattanti vengono utilizzati nella produzione di maionese (che è un'emulsione di acqua e olio d'uovo). Questi biosurfattanti derivano dalle lectine e dai loro derivati, che migliorano la qualità e inoltre il gusto.

Nell'agricoltura

In agricoltura, i biosurfattanti sono utilizzati per il controllo biologico di agenti patogeni (funghi, batteri, virus) nelle colture.

Un altro uso dei biosurfattanti in agricoltura è aumentare la disponibilità di micronutrienti dal suolo.

Riferimenti

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