TENSIDE UND BIOTENSIDE: WOFÜR ES IST, BEISPIELE UND ANWENDUNGEN - BIOLOGIE - 2025

Ein Tensid ist eine chemische Verbindung, die die Oberflächenspannung einer flüssigen Substanz verringern kann und an einer Grenzfläche oder Kontaktfläche zwischen zwei Phasen wirkt, beispielsweise Wasser-Luft oder Wasser-Öl.

Der Begriff Tensid kommt vom englischen Wort Tensid, das sich wiederum vom Akronym des Ausdrucks Surf Ace Active Agent ableitet, was auf Spanisch Agent mit Grenzflächen- oder Oberflächenaktivität bedeutet.

Figure 1. Struktur von Tensiden. Quelle: Hauptmaßnahme aus Wikimedia Commons

Im Spanischen wird das Wort "Tensid" verwendet, das sich auf die Fähigkeit einer chemischen Verbindung bezieht, auf Oberflächen- oder Grenzflächenspannung einzuwirken. Oberflächenspannung kann als Widerstand definiert werden, den Flüssigkeiten haben, um ihre Oberfläche zu vergrößern.

Wasser hat eine hohe Oberflächenspannung, da seine Moleküle sehr fest gebunden sind und sich nicht trennen, wenn Druck auf ihre Oberfläche ausgeübt wird.

Zum Beispiel können sich einige Wasserinsekten wie „Schuster“ (Gerris lacustris) dank der Oberflächenspannung des Wassers, die die Bildung eines Films auf seiner Oberfläche ermöglicht, auf dem Wasser bewegen, ohne zu sinken.

Abbildung 2. Insekt, das sich auf Wasser bewegen kann. Quelle: TimVickers, aus Wikimedia Commons

Außerdem bleibt eine Stahlnadel auf der Wasseroberfläche und sinkt aufgrund der Oberflächenspannung des Wassers nicht.

Struktur und Funktion von Tensiden

Alle Tenside oder chemischen Tenside sind amphiphiler Natur, dh sie haben ein doppeltes Verhalten, da sie polare und unpolare Verbindungen lösen können. Tenside haben zwei Hauptteile in ihrer Struktur:

• Ein hydrophiler Polkopf, ähnlich wie Wasser und polare Verbindungen.
• Ein lipophiler, hydrophober unpolarer Schwanz, ähnlich unpolaren Verbindungen.

Der Polkopf kann nichtionisch oder ionisch sein. Der Tensidschwanz oder der unpolare Teil kann eine Alkyl- oder Alkylbenzol-Kohlenstoff- und Wasserstoffkette sein.

Diese ganz besondere Struktur verleiht chemischen Tensidverbindungen ein doppeltes amphiphiles Verhalten: Affinität zu polaren Verbindungen oder Phasen, wasserlöslich und Affinität zu unpolaren Verbindungen, unlöslich in Wasser.

Im Allgemeinen verringern Tenside die Oberflächenspannung von Wasser, wodurch sich diese Flüssigkeit ausdehnen und stärker fließen kann, wodurch benachbarte Oberflächen und Phasen benetzt werden.

Wofür sind Tenside?

Tensidchemikalien üben ihre Aktivität auf Oberflächen oder Grenzflächen aus.

Wenn sie in Wasser gelöst sind, wandern sie beispielsweise zu den Wasser-Öl- oder Wasser-Luft-Grenzflächen, wo sie wie folgt funktionieren können:

• Dispergiermittel und Lösungsvermittler von unlöslichen oder schwerlöslichen Verbindungen in Wasser.
• Feuchthaltemittel, da sie den Durchgang von Wasser in unlösliche Phasen begünstigen.
• Stabilisatoren für Emulsionen von Verbindungen, die in Wasser und Wasser unlöslich sind, wie Öl und Wasser aus Mayonnaise.
• Einige Tenside fördern und andere verhindern das Schäumen.

Biotenside: Tenside biologischen Ursprungs

Wenn das Tensid von einem lebenden Organismus stammt, wird es als Biotensid bezeichnet.

Im engeren Sinne werden Biotenside als amphiphile biologische Verbindungen (mit doppeltem chemischem Verhalten, löslich in Wasser und Fett) betrachtet, die von Mikroorganismen wie Hefe, Bakterien und Fadenpilzen produziert werden.

Biotenside werden als Teil der mikrobiellen Zellmembran ausgeschieden oder zurückgehalten.

Einige Biotenside werden auch durch biotechnologische Prozesse unter Verwendung von Enzymen hergestellt, die auf eine biologische chemische Verbindung oder ein Naturprodukt wirken.

Beispiele für Biotenside

Natürliche Biotenside umfassen Saponine aus Pflanzen wie Cayennepfeffer (Hibiscus sp.), Lecithin, Gallensäften von Säugetieren oder menschlichem Lungensurfactant (mit sehr wichtigen physiologischen Funktionen).

Darüber hinaus sind Aminosäuren und ihre Derivate, Betaine und Phospholipide, all diese Naturstoffe biologischen Ursprungs, Biotenside.

Klassifizierung von Biotensiden und Beispiele

- Entsprechend der Art der elektrischen Ladung im polaren Teil oder Kopf

Biotenside können basierend auf der elektrischen Ladung ihres Polkopfes in die folgenden Kategorien eingeteilt werden:

Anionische Biotenside

Sie haben am polaren Ende eine negative Ladung, häufig aufgrund der Anwesenheit einer Sulfonatgruppe - SO ₃ ^- .

Kationische Biotenside

Sie haben eine positive Ladung am Kopf, normalerweise eine quaternäre Ammoniumgruppe NR ₄ ⁺ , wobei R eine Kette aus Kohlenstoff und Wasserstoff darstellt.

Amphotere Biotenside

Sie haben sowohl positive als auch negative Ladungen am selben Molekül.

Nichtionische Biotenside

Sie haben keine Ionen oder elektrischen Ladungen in ihren Köpfen.

- Entsprechend seiner chemischen Natur

Biotenside werden aufgrund ihrer chemischen Natur in folgende Typen eingeteilt:

Glycolipid-Biotenside

Glykolipide sind Moleküle, die in ihrer chemischen Struktur einen Teil Lipid oder Fett und einen Teil Zucker enthalten. Die meisten bekannten Biotenside sind Glykolipide. Letztere bestehen aus Zuckersulfaten wie Glucose, Galactose, Mannose, Rhamnose und Galactose.

Unter den Glykolipiden sind die Rhamnolipide, Bioemulgatoren, die ausgiebig untersucht wurden, mit hoher Emulgieraktivität und hoher Affinität für hydrophobe organische Moleküle (die sich nicht in Wasser lösen) die bekanntesten.

Diese gelten als die wirksamsten Tenside zur Entfernung hydrophober Verbindungen in kontaminierten Böden.

Beispiele für Rhamnolipide umfassen Tenside, die von Bakterien der Gattung Pseudomonas produziert werden.

Es gibt andere Glykolipide, die von Torulopsis sp. Hergestellt werden, biozide Wirkung haben und in Kosmetika, Antischuppenprodukten, Bakteriostaten und als Körperdeodorants verwendet werden.

Lipoprotein- und Lipopeptid-Biotenside

Lipoproteine ​​sind chemische Verbindungen, die in ihrer Struktur einen Teil Lipid oder Fett und einen anderen Teil Protein enthalten.

Zum Beispiel ist Bacillus subtilis ein Bakterium, das Lipopeptide produziert, die Surfactine genannt werden. Diese gehören zu den stärksten oberflächenspannungsreduzierenden Biotensiden.

Surfactine haben die Fähigkeit, bei Säugetieren eine Erythrozytenlyse (Abbau roter Blutkörperchen) zu erzeugen. Darüber hinaus können sie als Biozide für Schädlinge wie kleine Nagetiere eingesetzt werden.

Fettsäure-Biotenside

Einige Mikroorganismen können Alkane (Kohlenstoff- und Wasserstoffketten) zu Fettsäuren mit Tensideigenschaften oxidieren.

Phospholipid-Biotenside

Phospholipide sind chemische Verbindungen mit Phosphatgruppen (PO ₄ ^3- ), die an einen Teil mit Lipidstruktur gebunden sind. Sie sind Teil der Membranen von Mikroorganismen.

Bestimmte Bakterien und Hefen, die sich von Kohlenwasserstoffen ernähren, erhöhen beim Wachstum auf Alkansubstraten die Menge an Phospholipiden in ihrer Membran. Zum Beispiel Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans und Rhodococcus erythropolis.

Polymere Biotenside

Polymere Biotenside sind Makromoleküle mit hohem Molekulargewicht. Die am meisten untersuchten Biotenside in dieser Gruppe sind: Emulgator-, Fettabsaugungs-, Mannoprotein- und Polysaccharid-Protein-Komplexe.

Beispielsweise produziert das Bakterium Acinetobacter calcoaceticus einen polyanionischen Emulgator (mit verschiedenen negativen Ladungen), einen sehr wirksamen Bioemulgator für Kohlenwasserstoffe in Wasser. Es ist auch einer der stärksten bekannten Emulsionsstabilisatoren.

Liposan ist ein wasserlöslicher extrazellulärer Emulgator, der aus Polysacchariden und Candida lipolytica-Protein besteht.

Umwelthygiene

Biotenside werden zur biologischen Sanierung von Böden verwendet, die mit toxischen Metallen wie Uran, Cadmium und Blei kontaminiert sind (Biotenside von Pseudomonas spp. Und Rhodococcus spp.).

Sie werden auch bei Bioremediationsprozessen von Böden und Wasser verwendet, die durch Benzin- oder Ölverschmutzungen kontaminiert sind.

Abbildung 3. Biotenside werden aufgrund von Ölverschmutzungen in Umwelthygieneprozessen eingesetzt. Quelle: Ecuadorianisches Außenministerium, über Wikimedia Commons

Zum Beispiel kann Aeromonas sp. produziert Biotenside, die den Ölabbau oder die Reduktion großer Moleküle zu kleineren ermöglichen, die als Nährstoffe für Mikroorganismen, Bakterien und Pilze dienen.

In industriellen Prozessen

Biotenside werden in der Waschmittel- und Reinigungsmittelindustrie verwendet, da sie die Reinigungswirkung verbessern, indem sie die Fette auflösen, die Kleidung oder Oberflächen im Waschwasser verschmutzen.

Sie werden auch als chemische Hilfsstoffe in der Textil-, Papier- und Gerbereiindustrie eingesetzt.

In der Kosmetik- und Pharmaindustrie

In der Kosmetikindustrie produziert Bacillus licheniformis Biotenside, die als Antischuppen-, bakteriostatische und Deodorant-Produkte verwendet werden.

Einige Biotenside werden in der pharmazeutischen und biomedizinischen Industrie wegen ihrer antimikrobiellen und / oder antimykotischen Aktivität verwendet.

In der Lebensmittelindustrie

In der Lebensmittelindustrie werden Biotenside zur Herstellung von Mayonnaise (einer Emulsion aus Eiwasser und Öl) verwendet. Diese Biotenside stammen aus Lektinen und ihren Derivaten, die die Qualität und den Geschmack verbessern.

In der Landwirtschaft

In der Landwirtschaft werden Biotenside zur biologischen Bekämpfung von Krankheitserregern (Pilzen, Bakterien, Viren) in Kulturpflanzen eingesetzt.

Eine weitere Verwendung von Biotensiden in der Landwirtschaft besteht darin, die Verfügbarkeit von Mikronährstoffen aus dem Boden zu erhöhen.

Verweise

1. Banat, IM, Makkar, RS und Cameotra, SS (2000). Mögliche kommerzielle Anwendungen von mikrobiellen Tensiden. Angewandte Mikrobiologie. 53 (5): 495 & ndash; 508.
2. Cameotra, SS und Makkar, RS (2004). Neuere Anwendungen von Biotensiden als biologische und immunologische Moleküle. Aktuelle Meinungen in der Mikrobiologie. 7 (3): 262 & ndash; 266.
3. Chen, SY, Wei, YH und Chang, JS (2007). Wiederholte Fed-Batch-Fermentation mit pH-Wert für die Rhamnolipid-Produktion mit einheimischer Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology. 76 (1): 67 & ndash; 74.
4. Mulligan, CN (2005). Umweltanwendungen für Biotenside. Umweltverschmutzung. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. und Liu, T. (2018). Biotenside verbesserten die Entfernung von Schwermetallen aus dem Schlamm bei der elektrokinetischen Behandlung. Chemical Engineering Journal. 334 (15): 2579 & ndash; 2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.