3.12 Tensioattivi
I tensioattivi sono molecole anfifiliche costituite da un dominio idrofilo e idrofobo. Si dividono tra due fasi in un sistema eterogeneo e aumentano l’apparente solubilità di un composto idrofobo in acqua (Georgiou et al., 1992; Pizzul, 2006; Wang e Keller, 2009). Le tre caratteristiche generali dei tensioattivi sono l’arricchimento alle interfacce, l’abbassamento della tensione interfacciale e la formazione di micelle (Neu, 1996; Li et al., 2007)., Possono essere sintetici o di origine microbica (biosurfactants). È stato stabilito che la fonte di carbonio svolge un ruolo importante nella produzione di composti tensioattivi. Di solito è richiesta la presenza di acqua sostanze immiscibili, ad esempio idrocarburi (Rapp et al., 1979; Robert et al., 1989; Hommel, 1990; Abu-Ruwaida et al., 1991; Bredholt et al., 1998; Kumar et al., 2006) ma alcuni batteri producono anche tensioattivi se coltivati su idrocarburi complessi, come il carbone (Singh e Tripathi, 2013) e il petrolio greggio (Das e Mukherjee, 2007a; Ali et al.,, 2014); fonte di carbonio ordinaria, come il glicerolo (Das et al., 2008; Putri e Hertadi, 2015) e olio d’oliva (Khopade et al., 2012a); carboidrati, come il succo di mela di anacardi (Freitas de Oliveira et al., 2013), trealosio, destrosio, fruttosio e saccarosio (Khopade et al., 2012b); e alcuni rifiuti organici, come CSL, melassa di canna da zucchero, olio di frittura di scarto,rifiuti di siero di formaggio, ecc. (Guerra-Santos et al., 1984; Person e Molin, 1987; Banat et al., 2010; Rocha e Silva et al., 2014)., Diversi tipi di biosurfactants sono stati isolati e caratterizzati tra cui lipolipidi, glicolipidi, fosfolipidi, lipidi neutri, acidi grassi, peptidolipidi, lipopolisaccaridi, complessi biopolimeri e altri (Janek et al., 2010).
I biosurfactants sono segnalati per diminuire la tossicità dei metalli pesanti in siti inquinati e migliorare l’efficienza di biotrasformazione (Sandrin et al., 2000; Hegazi et al., 2007)., Ciò si verificherebbe attraverso la complessazione della forma libera del metallo che risiede in soluzione, che diminuisce l’attività in fase di soluzione del metallo e promuoverebbe anche il desorbimento dei metalli pesanti. Si verificherebbe anche dalle ridotte condizioni di tensione interfacciale espresse dai biosurfattanti, che si accumulerebbero all’interfaccia solido-soluzione, consentendo il contatto diretto tra il biosurfattante e il metallo sorbito. Sono più efficaci di quelli chimici nel migliorare la solubilità degli inquinanti organici (Bai et al.,, 1997) e biotrasformazione di idrocarburi di petrolio compresi gli idrocarburi aromatici polinucleari ad alto peso molecolare recalcitranti (Cybulski et al., 2003; Wong et al., 2005; Das e Mukherjie, 2007a, b; Li e Chen, 2009). Il biosurfattante è segnalato per stimolare la popolazione microbica indigena a degradare gli idrocarburi, durante l’aumento della superficie del substrato idrofobo insolubile in acqua e/o aumentare la biodisponibilità di sostanze idrofobe insolubili in acqua, inoltre, durante il caso di idrofobicità delle cellule superficiali (Kaczorek et al., 2008).,
I biosurfactants possono anche migliorare la crescita microbica su substrati legati desorbendoli dalle superfici o aumentando la loro apparente solubilità in acqua. Inoltre, Das e Mukherjie (2007a) hanno riferito che la produzione di biosurfactant induce il desorbimento di idrocarburi dal suolo alla fase acquosa dei fanghi del suolo portando ad una maggiore mineralizzazione microbica, aumentando la solubilità degli idrocarburi o aumentando la superficie di contatto con composti idrofobici che porta anche ad un aumento della popolazione batterica., Di conseguenza, la produzione di biosurfactant aumenta l’accessibilità degli idrocarburi del petrolio ai batteri del suolo, migliorando il processo di biotrasformazione. I biosurfattanti da soli promuovono la biotrasformazione del petrolio greggio in larga misura senza aggiungere fertilizzanti, il che ridurrebbe il costo del processo di biorisanamento e minimizzerebbe la diluizione o i problemi di lavaggio incontrati quando i fertilizzanti idrosolubili vengono utilizzati durante il biorisanamento degli ambienti acquatici (Thavasi et al., 2011).,
Anche se dei buoni vantaggi di biosurfactant e sembra essere più attraente rispetto alle loro controparti sintetiche, biosurfactants non sono ancora competitivi sul mercato a causa di motivi funzionali e costi di produzione elevati, soprattutto per quanto riguarda i substrati, che rappresentano il 10% -30% del costo totale di produzione (Rocha e Silva et al., 2014)., Pertanto, l’utilizzo di microrganismi biodegradabili che hanno la capacità di produrre biosurfactant(s) o emulsionanti(s) ha il vantaggio di una fornitura continua di tensioattivi naturali, non tossici e biodegradabili a basso costo per solubilizzare gli idrocarburi idrofobi del petrolio. Inoltre, possono contrastare selettivamente l’aumento della viscosità e la diminuzione della solubilità in acqua degli idrocarburi, aumentando così i tassi di biotrasformazione (Bento et al., 2005; El-Gendy et al., 2014; Ali et al., 2014; Chandankere et al., 2014).,
Va notato che la maggior parte dei biosurfactants sono segnalati per essere prodotti durante la fase stazionaria della crescita microbica e alcune specie microbiche possono mostrare una bassa produttività biosurfactant durante la sua fase di crescita esponenziale (Ron e Rosenberg, 2001; Urum e Pekdemir, 2004). Jain et al. (1991) ha riferito che l’aggiunta di Pseudomonas biosurfactant ha migliorato la biotrasformazione di tetradecano, pristano ed esadecano in un terriccio a fessura. Zhang e Miller (1995) hanno riferito la dispersione e la biodegradazione migliorate di octadecane da un tensioattivo di Pseudomonas rhamnolipids. Herman et al., (1997) ha riferito che i biosurfactants dei ramnolipidi hanno migliorato la biodegradazione in situ in matrice porosa.
Secondo Straube et al. (1999), l’olio leggero stimola teoricamente la produzione di biosurfactant e agisce come co-solvente, aumentando la biodisponibilità dei contaminanti idrofobici aiutando a desorbirli dalle particelle del suolo., L’aumento della popolazione microbica può essere dovuto alla produzione di biosurfactant, che, come accennato prima, ha indotto il desorbimento degli idrocarburi dal suolo alla fase acquosa dei fanghi del suolo portando ad una maggiore mineralizzazione microbica, aumentando la solubilità degli idrocarburi o aumentando la superficie di contatto con composti idrofobici (Moran et al., 2000; Christofi e Ivshina, 2002; Rahman et al., 2003; Maier, 2003; Mukherjie e Das, 2005; Das e Mukerjie,2007a, b). Daziel et al. (1996) ha riferito l’aumento della solubilità acquosa del naftalene da parte del biosurfactant., Zhang et al. (1997) ha riferito anche che i biosurfactants rhamnolipid aumentano la solubilità e la biotrasformazione del fenantrene. I biosurfattanti grezzi prodotti dai ceppi termofili, B. subtilis DM-04, P. aeruginosa M o ceppi P. aeruginosa NM, sono segnalati per aumentare la solubilità di pirene, antracene e fenantrene (Das e Mukerjie, 2007a). Lipopeptide biosurfactant prodotto da idrocarburi degradanti e biosurfactant producendo B., subtilis CN2 isolato da terreno contaminato da creosoto è segnalato per recuperare circa l ‘ 85% di olio motore usato dalla sabbia contaminata entro 24 h (Bezza e Cheraw, 2015). Il biosurfactant prodotto dall’isolato marino Bacillus licheniformis MTCC 5514 è segnalato per rimuovere oltre l ‘ 85% del petrolio greggio adsorbito da diversi tipi di terreno (Kavitha et al., 2015). Hegazi et al. (2007) ha riferito che la produzione di biosurfactant dal ceppo N2 di C. hominis aumenta la sua tolleranza ai metalli pesanti, la solidità acquosa del fenantrene e l’efficienza della biotrasformazione. Das et al., (2008) ha riferito che un isolato marino Bacillus circulans può degradare l’antracene e produrre biosurfactant in un mezzo di sali minerali integrato con glicerolo. Un biosurfactant prodotto da un ceppo di batteri degradanti del petrolio B. licheniformis Y-1 è segnalato per migliorare il biorisanamento del suolo inquinato dal petrolio da Pleurotus ostreatus, specialmente gli idrocarburi 16 poliaromatici elencati da US-EPA, come inquinanti prioritari (Liu et al., 2016)., Tuttavia, in una simulazione di fuoriuscita di olio marino bioremediation esperimento utilizzando un consorzio batterica modificato con rhamnolipids, si sono segnalati per esercitare un ruolo positivo nella biotrasformazione di una lunga catena di idrocarburi, biomarcatori, e gli idrocarburi policiclici aromatici, ma esercitano un ruolo negativo nella biotrasformazione di idrocarburi con relativamente volatili di proprietà, come la breve catena n-alcani a basso peso molecolare, granulociti, idrocarburi aromatici e sesquiterpeni con la struttura semplice (Chen et al., 2013). Il biosurfactant che produce Streptomyces spp., gli isolati AB1, AH4 e AM2 sono segnalati per degradare 82.36%, 85.23% e 81.03% di 100 mg/L naftalene entro 12 giorni e 76.65%, 80.96% e 67.94% la frazione alifatica del petrolio greggio (1% v/v) entro 30 giorni, rispettivamente (Ferradji et al., 2014).
