YÜZEY AKTIF MADDELER VE BIYO YÜZEY AKTIF MADDELER: NE IÇINDIR, ÖRNEKLER VE KULLANIMLAR - BIYOLOJI - 2025

Bir yüzey aktif cismi , sıvı bir maddenin yüzey gerilimini azaltabilen, örneğin su-hava veya su-yağ gibi iki faz arasındaki bir arayüz veya temas yüzeyinde hareket eden kimyasal bir bileşiktir.

Sürfaktan terimi, İngilizce sürfaktan kelimesinden gelir ve bu da, ara yüz veya yüzey etkinliğine sahip İspanyol maddede anlamına gelen, sürfaktan aktif madde ifadesinin kısaltmasından türetilir.

Şekil 1. Yüzey aktif maddelerin yapısı. Kaynak: Wikimedia Commons'tan temel önlem

İspanyolca'da, bir kimyasal bileşiğin yüzey veya arayüzey gerilimi üzerinde etki etme kabiliyetine atıfta bulunan "yüzey aktif madde" kelimesi kullanılır. Yüzey gerilimi, sıvıların yüzeylerini arttırmak zorunda oldukları bir direnç olarak tanımlanabilir.

Su, molekülleri çok sıkı bir şekilde bağlandığından ve yüzeylerine basınç uygulandığında ayrılmaya direndiğinden, yüksek bir yüzey gerilimine sahiptir.

Örneğin “ayakkabıcı” (Gerris lacustris) gibi bazı sucul böcekler, yüzeyinde film oluşumuna imkan veren suyun yüzey gerilimi sayesinde batmadan su üzerinde hareket edebilirler.

Şekil 2. Su üzerinde hareket edebilen böcek. Kaynak: TimVickers, Wikimedia Commons'tan

Ayrıca suyun yüzey gerilimi nedeniyle çelik bir iğne su yüzeyinde kalır ve batmaz.

Yüzey aktif maddelerin yapısı ve işlevi

Tüm yüzey aktif cismi veya yüzey aktif cismi kimyasal maddeleri, doğaları gereği amfifiliktir, yani polar ve polar olmayan bileşikleri çözebildikleri için ikili bir davranışa sahiptirler. Yüzey aktif maddeler yapılarında iki ana bölümden oluşur:

• Suya ve polar bileşiklere benzer hidrofilik bir kutup başı.
• Polar olmayan bileşiklere benzer lipofilik, hidrofobik polar olmayan bir kuyruk.

Kutup başı noniyonik veya iyonik olabilir. Sürfaktan kuyruğu veya apolar kısım, bir alkil veya alkilbenzen karbon ve hidrojen zinciri olabilir.

Bu çok özel yapı, yüzey aktif kimyasal bileşiklere ikili, amfifilik bir davranış verir: suda çözünebilen polar bileşikler veya fazlar için afinite ve ayrıca suda çözünmeyen polar olmayan bileşiklere afinite.

Genel olarak, yüzey aktif maddeler suyun yüzey gerilimini azaltarak, bu sıvının genişlemesine ve daha büyük ölçüde akmasına izin vererek komşu yüzeyleri ve fazları ıslatır.

Sürfaktanlar ne içindir?

Yüzey aktif kimyasallar aktivitelerini yüzeyler veya arayüzler üzerinde uygular.

Suda çözüldüklerinde, su-yağ veya su-hava arayüzlerine göç ederler, örneğin şu şekilde işlev görebilirler:

• Suda çözünmeyen veya az çözünen bileşiklerin dağıtıcıları ve çözünürleştiricileri.
• Nemlendiriciler, suyun içindeki çözünmez fazlara geçişini destekledikleri için.
• Mayonezden elde edilen yağ ve su gibi suda ve suda çözünmeyen bileşiklerin emülsiyonları için stabilizatörler.
• Bazı yüzey aktif maddeler köpüklenmeyi desteklerken diğerleri önler.

Biyolojik yüzey aktif maddeler: biyolojik kaynaklı yüzey aktif maddeler

Sürfaktan canlı bir organizmadan geldiğinde buna biyo yüzey aktif madde denir.

Daha kesin bir anlamda, biyo yüzey aktif maddeler maya, bakteri ve filamentli mantarlar gibi mikroorganizmalar tarafından üretilen amfifilik biyolojik bileşikler (ikili kimyasal davranışa sahip, suda ve yağlarda çözünür) olarak kabul edilir.

Biyo yüzey aktif maddeler, mikrobiyal hücre zarının bir parçası olarak atılır veya tutulur.

Ayrıca bazı biyo yüzey aktif maddeler, biyolojik bir kimyasal bileşik veya doğal ürün üzerinde etki eden enzimler kullanılarak biyoteknolojik işlemlerle üretilir.

Biyo yüzey aktif madde örnekleri

Doğal biyo yüzey aktif maddeler arasında kırmızı biber çiçeği (Hibiscus sp.), Lesitin, memelilerden safra suları veya insan akciğer yüzey aktif cismi (çok önemli fizyolojik fonksiyonlara sahip) gibi bitkilerden elde edilen saponinler bulunur.

Ek olarak, biyolojik kökenli tüm bu doğal ürünler olan amino asitler ve bunların türevleri, betainler ve fosfolipidler biyo yüzey aktif maddelerdir.

Biyo yüzey aktif maddelerin sınıflandırılması ve örnekler

- Kutupsal kısımdaki veya kafadaki elektrik yükünün niteliğine göre

Biyo yüzey aktif maddeler, kutup başlarının elektrik yüküne bağlı olarak aşağıdaki kategorilere ayrılabilir:

Anyonik biyo yüzey aktif maddeler

Genellikle bir sülfonat grubu –SO ₃ ^- varlığından dolayı kutupsal uçta negatif yüke sahiptirler .

Katyonik biyo yüzey aktif maddeler

Başlarında pozitif bir yüke sahiptirler, genellikle bir dördüncül amonyum grubu NR ₄ ⁺ , burada R bir karbon ve hidrojen zincirini temsil eder.

Amfoterik biyo yüzey aktif maddeler

Aynı molekül üzerinde hem pozitif hem de negatif yükleri vardır.

İyonik olmayan biyo yüzey aktif maddeler

Kafalarında iyon veya elektrik yükü yoktur.

-Kimyasal yapısına göre

Kimyasal yapılarına göre, biyo yüzey aktif maddeler aşağıdaki türlere ayrılır:

Glikolipid biyo yüzey aktif maddeler

Glikolipidler, kimyasal yapılarında bir parça lipit veya yağ ve bir parça şeker içeren moleküllerdir. Bilinen biyo yüzey aktif maddelerin çoğu glikolipidlerdir. İkincisi, glikoz, galaktoz, manoz, ramnoz ve galaktoz gibi şeker sülfatlarından oluşur.

Glikolipidler arasında en iyi bilinenler, yüksek emülsifiye edici aktiviteye ve (suda çözünmeyen) hidrofobik organik moleküller için yüksek afiniteye sahip, kapsamlı bir şekilde çalışılmış olan ramnolipidler, biyoemülsifiye edicilerdir.

Bunlar, kirli topraklardaki hidrofobik bileşiklerin uzaklaştırılmasında en etkili yüzey aktif maddeler olarak kabul edilir.

Ramnolipidlerin örnekleri arasında Pseudomonas cinsi bakteriler tarafından üretilen yüzey aktif maddeler yer alır.

Torulopsis sp. Tarafından üretilen, biyosidal aktiviteye sahip ve kozmetikte, kepek önleyici ürünlerde, bakteriostatlarda ve vücut deodorantlarında kullanılan başka glikolipidler de vardır.

Lipoprotein ve lipopeptid biyo yüzey aktif maddeler

Lipoproteinler, yapılarında bir parça lipit veya yağ ve bir başka protein parçası bulunan kimyasal bileşiklerdir.

Örneğin Bacillus subtilis, surfactin adı verilen lipopeptidler üreten bir bakteridir. Bunlar en güçlü yüzey gerilimini azaltan biyo yüzey aktif maddeler arasındadır.

Surfaktinler, memelilerde eritrosit lizizi (kırmızı kan hücrelerinin parçalanması) üretme yeteneğine sahiptir. Ayrıca küçük kemirgenler gibi zararlılar için biyosit olarak kullanılabilirler.

Yağ asidi biyo yüzey aktif maddeler

Bazı mikroorganizmalar, alkanları (karbon ve hidrojen zincirleri) yüzey aktif madde özelliklerine sahip yağ asitlerine oksitleyebilir.

Fosfolipid biyo yüzey aktif maddeler

Fosfolipidler, fosfat gruplarına (PO ₄ ^3- ) sahip, lipit yapılı bir kısma bağlanan kimyasal bileşiklerdir . Mikroorganizmaların zarlarının bir parçasıdırlar.

Alkan alt tabakalarda büyürken hidrokarbonlarla beslenen bazı bakteri ve mayalar, zarlarındaki fosfolipit miktarını artırır. Örneğin Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans ve Rhodococcus erythropolis.

Polimerik biyo yüzey aktif maddeler

Polimerik biyo yüzey aktif maddeler, yüksek moleküler ağırlıklı makromoleküllerdir. Bu grupta en çok çalışılan biyo yüzey aktif maddeler şunlardır: emülgatör, liposuction, manoprotein ve polisakkarit-protein kompleksleri.

Örneğin, Acinetobacter calcoaceticus bakterisi, sudaki hidrokarbonlar için çok etkili bir biyoemülgatör olan polianyonik emülgatör (çeşitli negatif yüklü) üretir. Aynı zamanda bilinen en güçlü emülsiyon stabilizatörlerinden biridir.

Liposan, polisakkaritler ve Candida lipolytica proteininden oluşan, suda çözünür, hücre dışı bir emülgatördür.

Çevre sağlığı

Biyolojik yüzey aktif maddeler uranyum, kadmiyum ve kurşun (Pseudomonas spp. Ve Rhodococcus spp. Biyo yüzey aktif maddeleri) gibi toksik metallerle kirlenmiş toprakların biyoremediasyonunda kullanılır.

Ayrıca, benzin veya petrol sızıntıları ile kirlenmiş toprak ve suyun bioremediasyon işlemlerinde de kullanılırlar.

Şekil 3. Biyo yüzey aktif maddeler, petrol sızıntıları için çevresel temizlik işlemlerinde kullanılmaktadır. Kaynak: Ekvador Dışişleri Bakanlığı, Wikimedia Commons aracılığıyla

Örneğin Aeromonas sp. mikroorganizmalar, bakteriler ve mantarlar için besin görevi gören büyük moleküllerin daha küçük moleküllere indirgenmesine veya yağın bozulmasına izin veren biyo yüzey aktif maddeler üretir.

Endüstriyel süreçlerde

Biyo yüzey aktif maddeler, çamaşırları veya yüzeyleri yıkama suyunda kirleten yağları çözerek temizleme etkisini arttırdığı için deterjan ve temizleyici endüstrisinde kullanılmaktadır.

Ayrıca tekstil, kağıt ve tabakhane endüstrilerinde yardımcı kimyasal bileşikler olarak kullanılırlar.

Kozmetik ve ilaç endüstrisinde

Kozmetik endüstrisinde Bacillus licheniformis kepek önleyici, bakteriyostatik ve deodorant ürünler olarak kullanılan biyo yüzey aktif maddeler üretir.

Bazı biyo yüzey aktif maddeler, antimikrobiyal ve / veya antifungal aktiviteleri için farmasötik ve biyomedikal endüstrisinde kullanılmaktadır.

Gıda endüstrisinde

Gıda endüstrisinde, mayonez (yumurta suyu ve yağ emülsiyonu olan) üretiminde biyo yüzey aktif maddeler kullanılmaktadır. Bu biyolojik yüzey aktif maddeler, kaliteyi ve ayrıca tadı artıran lektinlerden ve türevlerinden gelir.

Tarımda

Tarımda biyo yüzey aktif maddeler, bitkilerdeki patojenlerin (mantar, bakteri, virüs) biyolojik kontrolü için kullanılır.

Tarımda biyo yüzey aktif maddelerin bir başka kullanımı da topraktaki mikro besin maddelerinin bulunabilirliğini artırmaktır.

Referanslar

1. Banat, IM, Makkar, RS ve Cameotra, SS (2000). Mikrobiyal yüzey aktif cisimlerinin potansiyel ticari uygulamaları. Uygulamalı Mikrobiyoloji Teknolojisi. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS ve Makkar, RS (2004). Biyo yüzey aktif maddelerin biyolojik ve immünolojik moleküller olarak son uygulamaları. Mikrobiyolojide Güncel Görüşler. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH ve Chang, JS (2007). Yerel Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology ile ramnolipid üretimi için tekrarlanan pH-stat beslemeli kesikli fermantasyon. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Biyo yüzey aktif maddeler için çevresel uygulamalar. Çevre kirliliği. 133 (2): 183-198. Doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. ve Liu, T. (2018). Biyolojik yüzey aktif maddeler, elektrokinetik arıtmada çamurdan ağır metallerin uzaklaştırılmasını arttırdı. Kimya Mühendisliği Dergisi. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.