Биосурфактанты (БС) – это поверхностно-активные биомолекулы (гликолипиды, липопептиды, фосфолипиды и жирные кислоты), которые вырабатываются различными микроорганизмами и растениями.
Они обладают уникальными свойствами - более низкой токсичностью, более высокой биодеградируемостью и экологичностью по сравнению с их химическими аналогами.
Гликолипиды и липопептиды получили широкое применение в биотехнологии и косметике благодаря своему многофункциональным свойствам (эмульгирующим, пенообразующим и увлажняющим) для кожи человека. Кроме того, некоторые из них могут быть использованы в качестве противомикробных препаратов.
История обнаружения БС
БС были впервые обнаружены в качестве внеклеточных амфифильных соединений в исследованиях углеводородного брожения, которые начались в конце 1960-х гг. Они были получены при выращивании на смешиваемых с водой или маслянистых субстратах и находились либо на поверхности микробных клеток, либо содержались в культуральной жидкости.
Большинство из них производится биотехнологически т. е. бактериями, дрожжами и грибами при культивировании на различных источниках углерода.
Для того, чтобы биопродукция была рентабельной, выход продукта естественным продуцентом-микроорганизмом должен быть высоким.
Генетика организма-продуцента является важным фактором, влияющим на выход продукции биосурфактанта.
Для производства БС используются растительные масла (рапсовые, кукурузные, пальмовые масла) в качестве субстрата для накопления биомассы микроорганизмов, которые в основном являются пищевыми и недешевыми, так как для каждого микроорганизма необходимо подбирать определенный субстрат, отвечающий требованиям для культивирования данного микроорганизма ( а именно – рН среды, температура инкубации, способ культивирования, давление в культиваторе, вид микроорганизма, размер и плотность инокулята, оптимизированное соотношение углерода и азота и прочее).
В последнее время синтез БС был разработан с использованием микробных ферментов. Использование ферментов упрощает непрерывное производство и восстановление.
Хотя ферментный метод для гликолипидных поверхностно-активных веществ имеет ряд преимуществ, но и существуют трудности с активностью и стабильностью фермента, а также растворимостью субстрата. Выбор способа изготовления БС зависит от цели использования БС.
Физиологические свойства биосурфактантов:
- БС способствуют росту микроорганизмов на несмешивающихся с водой субстратах за счет снижения межфазного натяжения
- повышение адгезии клеток к нерастворимым субстратам и активности антибиотиков
- защищают микробную клетку или растение от заражения патогенными организмами
- способствуют быстрому связыванию металла со своей поверхностью и его проникновение внутрь клетки-хозяина
На сегодняшний день поверхностно-активные вещества являются одними из наиболее часто использовавшихся химических веществ, которые потребляются в больших количествах в мировом масштабе, потому что они имеют явные преимущества перед химически синтезированными поверхностно-активными веществами т. е. более низкую токсичность, более высокую биодеградируемость, более низкую критическую концентрацию мицелл, постепенную адсорбцию и превосходную способность к образованию жидких кристаллов, а также обладают противомикробной и противоопухолевой активностью.
Кроме того, они содержат гидрофобные и гидрофильные элементы, так необходимые для нашей кожи. Пищевые, фармацевтические и косметические составы используют смеси поверхностно-активных веществ с эмульгирующими, солюбилизирующими, смачивающими, вспенивающими и диспергирующими свойствами уже несколько десятков лет. Большинство традиционных коммерческих поверхностно-активных веществ, которые используют в косметике - это фосфолипиды, гликолипиды и липопептиды.
Однако подобные химические вещества, входящие в составы различных средств по уходу за кожей, должны отвечать целому ряду требований:
- Они должны иметь приятный внешний вид и сохранять его при хранении
- Они должны дарить приятные ощущения во время нанесения и оказывать длительное благотворное воздействие на кожу
- Они должны сохранять свои свойства во время использования.
С другой стороны, известно, что поверхностно-активные вещества могут негативно влиять на внешнюю среду.
Биодеградируемость и биосовместимость поверхностно-активных веществ стали почти так же важны, как и их функциональная эффективность для потребителя.
Существует настоятельная необходимость в открытии эффективных поверхностно-активных веществ, которые являются биоразлагаемыми и биосовместимыми, а соответственно не принесут никакого вреда окружающей среде.