تعریف و کاربردهای صنعتی بیوسورفاکتانت‌ها (فعال‌کننده‌های سطحی زیستی)

قابلیت بیوتكنولوژی در حوزه‌های مختلف باعث شده است كه از میكروارگانیسم‌ها برای تولید مواد فعال‌كنندهٔ سطحی (surfactants) استفاده نمایند. در مطلب حاضر، به اهمیت و برخی از كاربردهای این دسته از محصولات زیستی كه اصطلاحاً "بیوسورفاكتانت"‌ نامیده می‌شوند، اشاره شده است.
● تعریف سورفاكتانت‌ها
سورفاكتانت‌ها دسته‌ای از مولكول‌های قطبی هستند كه دارای دو بخش هیدروفیل (آب‌دوست) و هیدروفوب (آب‌گریز) می‌باشند كه معمولاً در حد فاصل دو فاز با قطبیت متفاوت مانند روغن / آب یا هوا / آب واقع می‌شوند. این ویژگی، سورفاكتانت‌ها را قادر به كاهش كشش سطحی و بین سطحی مایعات می‌نماید و سبب تشكیل میكروامولسیون می‌گردد؛ بطوریكه هیدروكربن‌های نامحلول می‌توانند در آن حل گردند. در ضمن، خصوصیات پاك‌كنندگی، امولسیون‌سازی، كف‌كنندگی و پراكنده‌كنندگی سورفاكتانت‌ها، به این ویژگی آنها مربوط می‌شود.
در حال حاضر، فروش جهانی سورفاكتانت‌ها حدود ۹/۴ میلیارد دلار در سال می‌باشد، با اینحال انتظار می‌رود تقاضای جهانی آن ۳۵ درصد افزایش یابد.
● مزیت بیوسورفاكتانت‌ها نسبت به سورفاكتانت‌های شیمیایی
صنعت سورفاكتانت با روند بالایی رو به گسترش است. مقدار كل سورفاكتانت‌های تولید شده در ایالات متحده آمریكا و كل جهان در سال ۱۹۸۹ به ترتیب ۱۰۹×۶/۷ و ۱۰۹× ۵/۱۵ پوند تخمین زده شده است.
عملاً تمام این سورفاكتانت‌ها به روش شیمیایی تولید می‌شوند. با این وجود، در سال‌های اخیر به دلیل تجدیدپذیر بودن و طیف گسترده خصوصیات كاربردی بیوسورفاكتانت‌ها و قابلیت‌های متنوع میكروب‌ها در تولید آنها، توجه زیادی به سمت بیوسورفاكتانت‌ها جلب شده است. از سوی دیگر، شناسایی ساختار مولكولی بیوسورفاكتانت‌ها نیز امكان سنتز شیمیایی آنها را فراهم كرده است. مهم‌ترین ویژگی بیوسورفاكتانت‌ها، سازگاری زیست محیطی آنها می‌باشد؛ چرا كه این تركیبات به راحتی در طبیعت تجزیه شده و سمیّت كمتری نسبت به سورفاكتانت‌های سنتزی دارند.
● كاربردهای مختلف صنعتی بیوسورفاكتانت‌ها
در این بخش به برخی از كاربردهای صنعتی بیوسورفاكتانت‌ها اشاره می‌شود:
۱) كاربرد در صنایع نفت
یكی از استفاده‌های بالقوه بیوسورفاكتانت‌ها در صنایع استخراج نفت خام می‌باشد. لازم به ذكر است كه در این مورد، نیاز به خالص بودن بیوسورفاكتانت نبوده و حتی می‌توان از محیط كشت حاوی سلول میكروارگانیسم نیز استفاده كرد.
این تركیبات در مقایسه با سورفاكتانت‌های شیمیایی، بسیار انتخابی عمل كرده و در مقادیر كم مورد نیاز می‌باشند، در دامنه وسیعی از شرایط فعال می‌باشند و از نظر زیست محیطی برای محافظت از مناطق ساحلی در برابر آسیب ناشی از تركیبات سنتزی شیمیایی مناسب می‌باشند. مثلاً با استفاده از ترهالولیپیدهای حاصل از گونهٔ Nocardia rhodochrous ، حدود ۳۰ درصد افزایش در استخراج نفت خام از مخازن زیرزمینی ماسه سنگی به ثبت رسیده است.
▪ مثالی از افزایش برداشت و استخراج نفت
شركت Multi-biotech كه یكی از زیرمجموعه‌های شركت Geodyne Technology می‌باشد، بیوسورفاكتانت‌ها را به منظور كاربرد در افزایش برداشت و استخراج نفت خام به صورت صنعتی درآورده است.باكتری B. licheniformis JF-۲ یكی از ایزوله‌های آب‌های آلوده به نفت است كه علاوه بر تولید بیوسورفاكتانت‌های بسیار مؤثر، خصوصیات دیگری نظیر غیرهوازی بودن، مالوتولرانت و مقاومت به گرما (ترموتولرانت ‌بودن) را نیز دارد.
این باكتری بیوسورفاكتانت‌هایی را می‌سازد كه قابلیت استفاده مستقیم برای افزایش استخراج میكروبی نفت خام را دارا هستند. هیز (Hayes) و همكارانش نشان دادند، زمانی‌كه نفت خام سنگین ونزوئلا با امولسان تیمار شود، ویسكوزیته آن از ۲۰۰۰۰ به Cp ۱۰۰ كاهش می‌یابد. بنابراین بعد از این تیمار، نفت سنگین را می‌توان در خطوط لوله نفت به سهولت تا ۲۶۰۰۰ مایل پمپ كرد؛ در صورتی‌كه تیمار با سورفاكتانت‌های شیمیایی ناموفق بوده است. بنت (Banat) و همكارانش، استفاده از بیوسورفاكتانت را برای لجن‌زدایی (desludging) یك تانك ذخیره نفت خام شركت نفت كویت نشان دادند. این گروه موفق شدند ۹۰ درصد نفت محبوس در لجن را با استفاده از یك سویه تولید‌كننده بیوسورفاكتانت مناسب، بازیابی نمایند.
▪ پاكسازی آلودگی‌های نفتی و هیدروكربنی
تجزیهٔ میكروبی آلودگی‌های نفتی و هیدروكربنی نیز یك فناوری مفید است كه شامل كاربرد بیوسورفاكتانت‌ها می‌باشد. رامنولیپیدهای حاصل از گونهٔ P. aeruginosa مقادیر بسیار زیادی از آلودگی‌های ناشی از حادثه نفتی Exon Valdz را در سواحل شنی آلاسكا برطرف كرده است. همچنین با افزودن رامنولیپیدهای حاصل از P. aeruginosa، ا۵۶ درصد از هیدوركربن‌های آلیفاتیك و ۳۷ درصد از تركیبات آروماتیك خاك‌های لومی- ماسه‌ای آلوده به نفت، بازیافت شد.
بیوسورفاكتانت‌های گلیكولیپیدی، بازیافت هیدوركربن‌ها و همچنین تبدیل هیدوركربن‌ها به تركیبات معدنی را تا دو برابر افزایش داده و در مقابل، زمان لازم برای سازگار شدن جمعیت‌های میكروبی به محیط را تا چند ساعت كاهش می‌دهند.
توانایی بیوسورفاكتانت‌ها در امولسیونه كردن مخلوط آب- هیدوركربن به خوبی ثابت شده است. این ویژگی، تجزیه هیدوركربن‌ها را به‌طور قابل ‌توجهی افزایش می‌دهد. به همین علت، بیوسورفاكتانت‌ها پتانسیل بالقوه‌ای در مدیریت آلودگی‌های نفتی دارند.
اخیراً كارآیی بیوسورفاكتانت‌ها در رفع آلودگی‌های Polychlorinated biphenyl Phenanthren از خاك نیز نشان داده شده است.
۲) پاكسازی محیط زیست از فلزات سنگین
بیوسورفاكتانت‌ها در رفع بیولوژیكی آلودگی‌های ناشی از فلزات سنگین سمی مانند اورانیوم، كادمیم و سرب نیز مفید می‌باشند. این مسأله، كارآیی میكروارگانیسم‌ها و محصولات آنها را در حل معضلات زیست‌محیطی نشان می‌دهد.
۳) كاربرد در صنایع غذایی
بیوسورفاكتانت‌ها كاربردهای بسیار گسترده‌ای در صنایع غذایی دارند. در حال حاضر، گروهی از این تركیبات به‌عنوان افزودنی‌های مجاز مواد غذایی بكار می‌روند. برای مثال، لسیتین و مشتقات آن، استرهای اسیدهای چرب حاوی گلیسرول، سوربیتان (Sorbitan ) یا اتیلن‌گلیكول و مشتقات اتیوكسیلات منوگلیسریدهای حاوی یك الیگوپپتید، در تمام دنیا به‌عنوان عوامل امولسیونه كننده در مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۴) كاربرد در صنایع بهداشتی و آرایشی
بیوسورفاكتانت‌ها در صنایع بهداشتی و آرایشی نیز كاربردهای زیادی دارند. محصول حاوی یك مول سوفورولیپید و ۱۲ مول پروپیلن‌گلیكول، بسیار با پوست سازگار بوده و به‌صورت تجاری به‌عنوان مرطوب‌كننده پوست مورد استفاده قرار می‌گیرد. تعداد زیادی از تركیبات آرایشی با تبدیل آنزیمی مولكول‌های آب‌گریز (هیدروفوب) توسط لیپازهای مختلف و سلول‌های كامل میكروارگانیسم‌ها تهیه می‌شوند. برای مثال، منوگلیسریدها یكی از سورفاكتانت‌های پرمصرف در صنایع آرایشی هستند كه می‌توان آنها را از مخلوط گلیسرول- چربی و بكارگیری لیپاز حاصل از P. fluorescens با ۹۰ درصد بازده، به دست آورد.
۵) سایر كاربردها
بیوسورفاكتانت‌ها همچنین در آب‌زدایی از ذغال سنگ، خمیر كاغذ، نساجی و صنایع فرآوری سنگ معدن اورانیوم كاربرد دارند.

نویسنده: اسماعیل كفایتی
مأخذ:
ابوالحسنی سوركی، علی، ابراهیمی‌پور، غلامحسین، "بیوسورفاكتانت‌ها و كاربرد آنها در صنعت"، سمینار كارشناسی ارشد زیست‌شناسی (میكروبیولوژی)، گروه زیست‌شناسی دانشكدهٔ علوم دانشگاه شهید بهشتی، ۱۳۸۰.

منبع : شبکه تحلیل گران تکنولوژی ایران