Biosurfactantes: Producción y aplicaciones

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Dr. Ashish Verma, biochemical engineering consultant on Kolabtree, writes about the production and applications of biosurfactants.

El término surfactante es una mezcla de surfas actuarive agent. Surfactants are usually organic compounds that are amphiphilic, meaning they contain both hydrophobic groups (their “tails”) and hydrophilic groups (their “heads”). Therefore, they are soluble in both organic solvents and water. The term surfactant was coined by Antara products in 1950.

Los tensioactivos reducen la tensión superficial del agua al adsorberse en la interfaz líquido-gas. También reducen la tensión interfacial entre el aceite y el agua al adsorberse en la interfaz líquido-líquido. Muchos tensioactivos también pueden reunirse en la solución a granel formando agregados. Ejemplos de estos agregados son las vesículas y las micelas. La concentración a la que los tensioactivos comienzan a formar micelas se conoce como concentración micelar crítica o CMC. Cuando se forman micelas en el agua, sus colas forman un núcleo que puede encapsular una gota de aceite, y sus cabezas (iónicas/polares) forman una cubierta exterior que mantiene un contacto favorable con el agua.

Global surfactant demand increases day by day due to its large application in various sectors such as enhanced oil recovery, soil and aquifer remediation, foods, pharmaceuticals, cosméticos, herbicides, pesticides, leather industries, house hold, paint industries etc. Global surfactants market demand was 15.93 million tons in 2014 and is expected to reach 24.19 million tons by 2022, growing at a CAGR of 5.4% from 2015 to 2022.

Producción de biosurfactantes

Casi todos los tensioactivos sintéticos que se utilizan actualmente son derivados químicos de petróleo. Estos compuestos suelen ser tóxicos para el medio ambiente, y pueden liberar sustancias químicas tóxicas cuando se descomponen, son tóxicos para la piel humana y también sus subproductos pueden ser peligrosos para el medio ambiente, debido a su naturaleza persistente (no biodegradable) pueden afectar negativamente a la fertilidad del suelo y también contaminar las masas de agua. A pesar de estas desventajas, su uso aumenta día a día en todo el mundo, tanto en las industrias como en los hogares.

Ahí es donde entran los biosurfactantes. Los biosurfactantes son compuestos tensioactivos producidos por seres vivos. células. Su naturaleza y capacidad de reducción de la tensión superficial dependen del tipo y la cepa del microorganismo (bacterias, levaduras, hongos) utilizado y del sustrato nutritivo disponible para el crecimiento celular.

Los tensioactivos microbianos/biotensioactivos son metabolitos tensioactivos producidos por los microorganismos cuando se cultivan en sustratos miscibles en agua o aceitosos: permanecen adheridos a las superficies de las células microbianas o se secretan en el caldo de cultivo. 

Microbial surfactants constitute a diverse group of surface-active molecules and are known to occur in a variety of químico structures, such as glycolipids, lipopeptides and lipoproteins, fatty acids, neutral lipids, phospholipids, and polymeric and particulate structures. The features that make them commercially promising alternatives to chemically synthesized surfactants are their lower toxicity, higher biodegradability and, hence, greater environmental compatibility, better foaming properties (useful in mineral processing), and stable actividad at extremes of pH, salinity and temperature.

Biosurfactant activities can be determined by measuring the changes in surface and interfacial tensions, stabilization or destabilization of emulsions, and hydrophilic-lipophilic balance (HLB). Surface tension at the air/water and oil/water interfaces can easily be measured with a tensiometer. Biosurfactants have unique properties that chemical synthesized surfactants do not have, such as high surface activity, environmental friendliness, lower toxicity, biodegradability, ecological acceptability, good anti-microbial activity and do not lose physico-chemical properties at different temperatures, pH and salinity levels. They are widely used in microbial-enhanced oil recovery (MEOR), agriculture, food, cosmetics, and pharmaceuticals industries. Today crude oil and petroleum products are the major source of hydrocarbon pollutants for soil and marine environments. Due to the insoluble nature of these pollutants in water, their removal from the environment is very difficult. Biodegradation of hydrocarbons by microorganisms is one of the promising ways to remove them from the soil and marine environment.  

The global market for biosurfactants is expected to reach USD 2,308.8 million by 2020. Escalating consumer preference towards the use of bio-based products, particularly in Europe and North America is expected to increase biosurfactant penetration. The global biosurfactant market is expected to reach 462 kilo tons by 2020, growing at a CAGR of 4.3% from 2014 to 2020 (https://www.grandviewresearch.com/industry-análisis/biosurfactants-industry).

Europa fue el mayor mercado regional de biosurfactantes, con un consumo de 178,9 kilo toneladas en 2013. América del Norte fue el segundo mayor consumidor de biosurfactantes en 2013, con una cuota de más de una cuarta parte. 

Asia-Pacífico era un mercado relativamente pequeño en 2013, pero se espera que gane una cuota considerable durante el período de previsión debido a la creciente industria de aplicaciones en la región. Países como India y China cuentan con una amplia presencia de la industria textil, agrícola y de cuidado personal, lo que se espera que aumente la demanda de biosurfactantes en los próximos seis años

Aplicaciones de los biosurfactantes

Sin embargo, las aplicaciones de los biosurfactantes están todavía en fase de desarrollo a nivel industrial. El desarrollo de la aplicación de los biosurfactantes en las industrias se centra principalmente en el alto rendimiento de la producción de biosurfactantes y en la producción de biosurfactantes altamente activos con propiedades específicas para aplicaciones concretas. Los biosurfactantes tienen importantes aplicaciones en las industrias relacionadas con el petróleo, como:

  • Recuperación mejorada de petróleo,
  • Cleaning oil spills,
  • Limpieza de petroleros contaminados,
  • Viscosity controlar
  • Emulsión de aceite, y
  • Extracción de petróleo crudo de los lodos.

Teniendo en cuenta las amplias aplicaciones potenciales de los biosurfactantes, es importante mejorar su producción a nivel comercial y también una amplia variedad de microorganismos diversos pueden producir biosurfactantes con diferentes estructuras químicas y propiedades superficiales. La producción de biosurfactantes a través de los microorganismos es más ventajosa cuando éstos crecen en sustratos inmiscibles con el agua al interactuar con el límite de fase entre dos fases en un sistema heterogéneo. Los biosurfactantes mejoran la emulsión de los hidrocarburos para solubilizar los contaminantes de hidrocarburos y aumentar su disponibilidad para los microbios y, como resultado, este fenómeno permite el crecimiento microbiano en la fuente de carbono inmiscible en agua.

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Sobre el autor

Ramya Sriram gestiona los contenidos digitales y las comunicaciones en Kolabtree (kolabtree.com), la mayor plataforma de trabajo autónomo para científicos del mundo. Cuenta con más de una década de experiencia en edición, publicidad y creación de contenidos digitales.

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