3.12 ytaktiva ämnen
ytaktiva ämnen är amfifila molekyler som består av en hydrofil och en hydrofob domän. De separerar mellan två faser i ett heterogent system och ökar den uppenbara lösligheten hos en hydrofob förening i vatten (Georgiou et al., 1992; Pizzul, 2006; Wang och Keller, 2009). De tre allmänna egenskaperna hos ytaktiva ämnen är anrikning vid gränssnitt, sänkning av interfacial spänning och bildning av miceller (Neu, 1996; Li et al., 2007)., De kan vara syntetiska eller av mikrobiellt ursprung (biosurfactants). Det har fastställts att kolkälla spelar en viktig roll vid framställning av ytaktiva föreningar. Vanligtvis krävs närvaron av icke urtagbara vattenämnen, t. ex. kolväten (Rapp et al., 1979; Robert et al., 1989; Hommel, 1990; Abu-Ruwaida m.fl., 1991; Bredholt et al., 1998; Kumar et al., 2006) men vissa bakterier producerar även ytaktiva ämnen när de odlas på komplexa kolväten, såsom kol (Singh och Tripathi, 2013) och råolja (Das och Mukherjee, 2007a; Ali et al.,, 2014); vanlig kolkälla, såsom glycerol (Das et al., 2008; Putri och Hertadi, 2015) och olivolja (Khopade et al., 2012a); kolhydrater, såsom cashewnötter äppeljuice (Freitas de Oliveira et al., 2013), trehalose, dextros, fruktos och sackaros (Khopade et al., 2012b); och vissa organiska avfall, såsom CSL, sockerrör melass, avfall stekning olja, ost vassle avfall, etc. (Guerra-Santos et al., 1984; Person och Molin, 1987; Banat et al., 2010; Rocha e Silva et al., 2014)., Flera typer av biosurfaktanter har isolerats och karakteriserats, inklusive lipolipider, glykolipider, fosfolipider, neutrala lipider, fettsyror, peptidolipider, lipopolysackarider, biopolymerkomplex och andra (Janek et al., 2010).
Biosurfactants rapporteras minska tungmetalltoxiciteten i förorenade områden och öka biotransformeringseffektiviteten (Sandrin et al., 2000; Hegazi et al., 2007)., Detta skulle ske genom komplexbildningen av den fria formen av den metall som är bosatt i lösning, vilket minskar metallens lösningsfasaktivitet och det skulle också främja tungmetalldesorption. Det skulle också uppstå av de reducerade interfaciala spänningsförhållandena uttryckta av biosurfaktanterna, som skulle ackumuleras vid solid-lösningsgränssnittet, vilket möjliggör direktkontakt mellan biosurfaktanten och sorbedmetallen. De är mer effektiva än kemiska för att förbättra lösligheten hos organiska föroreningar (Bai et al.,, 1997) och biotransformation av petroleumkolväten inklusive de motsträviga högmolekylära polynukleära aromatiska kolväten (Cybulski et al., 2003; Wong et al., 2005; Das och Mukherjie, 2007a,b; Li och Chen, 2009). Biosurfaktant rapporteras stimulera den inhemska mikrobiella populationen för att försämra kolväten, genom hela ökningen av ytan av hydrofoba vattenolösliga substrat och/eller öka biotillgängligheten av hydrofoba vattenolösliga ämnen, dessutom under hela inkaset av ytcellhydrofobicitet (Kaczorek et al., 2008).,
Biosurfactants kan också förbättra den mikrobiella tillväxten på bundna substrat genom att desorbera dem från ytor eller genom att öka deras uppenbara vattenlöslighet. Dessutom rapporterade Das och Mukherjie (2007a) att produktionen av biosurfaktant inducerar desorption av kolväten från jord till vattenfasen av jordsluckor vilket leder till ökad mikrobiell mineralisering, antingen genom att öka kolvätelösligheten eller genom att öka kontaktytan med hydrofoba föreningar vilket också leder till ökad bakteriepopulation., Följaktligen ökar biosurfaktantproduktionen tillgängligheten av petroleumkolväten till jordbakterier, vilket förbättrar biotransformationsprocessen. Biosurfactants ensamt rapporteras främja råoljebiotransformation i stor utsträckning utan att tillsätta gödselmedel, vilket skulle minska kostnaden för bioremedieringsprocessen och minimera utspädningen eller tvätta bort problem som uppstår när vattenlösliga gödningsmedel används under bioremediering av vattenmiljöer (Thavasi et al., 2011).,
Men av bra fördelar med biosurfactant och det verkar vara mer attraktiva än deras syntetiska motsvarigheter, biosurfactants ännu inte är konkurrenskraftig på marknaden på grund av funktionella skäl och höga produktionskostnader, särskilt när det gäller substrat, som står för 10%-30% av den totala produktionskostnaden (Rocha e Silva et al., 2014)., Således har användning av biologiskt nedbrytande mikroorganismer som har förmågan att producera biosurfactant(s) eller emulgeringsmedel(s) fördelen av kontinuerlig tillförsel av naturliga, icke-toxiska och biologiskt nedbrytbara ytaktiva ämnen till en låg kostnad för att lösa de hydrofoba petroleumkolväten. Dessutom kan de selektivt motverka den ökade viskositeten och minskade vattenlösligheten hos kolväten, vilket ökar biotransformationshastigheterna (Bento et al., 2005; El-Gendy et al., 2014, Ali et al., Och med 2014. Chandankere et al., 2014).,
Det bör noteras att de flesta av biosurfactants redovisas som kommer att produceras under den stationära fasen av mikrobiell tillväxt och ett par mikrobiell arter kan visa en låg biosurfactant produktivitet under sin exponentiella tillväxtfasen (Ron Rosenberg, 2001; Urum och Pekdemir, 2004). Jain et al. (1991) rapporterade tillägget av Pseudomonas biosurfactant förbättrade biotransformationen av tetradekan, Pristan och hexadekan i en slits loam. Zhang och Miller (1995) rapporterade den förbättrade oktadekandispersionen och bionedbrytningen av ett Pseudomonas rhamnolipids ytaktivt ämne. Herman et al., (1997) rapporterade att rhamnolipids biosurfactants förbättrade biologisk nedbrytning på plats i porös matris.
Enligt Straube et al. (1999), lättolja stimulerar teoretiskt produktionen av biosurfaktant och fungerar som samlösningsmedel, vilket ökar biotillgängligheten av hydrofoba föroreningar genom att hjälpa till att desorbera dem från jordpartiklar., Ökningen av mikrobiell population kan bero på produktion av biosurfaktant, vilket, som nämnts tidigare, inducerade desorption av kolväten från jord till vattenfasen av jordförband som leder till ökad mikrobiell mineralisering, antingen genom att öka kolvätelösligheten eller genom att öka kontaktytan med hydrofoba föreningar (Moran et al., 2000; Christofi och Ivshina, 2002; Rahman et al., 2003; Maier, 2003; Mukherjie och Das, 2005; Das och Mukerjie, 2007a,b). Daziel et al. (1996) rapporterade ökningen av naftalens vattenlöslighet genom biosurfaktant., Zhang et al. (1997) rapporterade också att rhamnolipid biosurfactants ökar lösligheten och biotransformationen av fenantren. Råa biosurfaktanter som framställts av de termofila stammarna, B. subtilis DM-04, P. aeruginosa m eller P. aeruginosa NM-stammarna, rapporteras öka lösligheten hos pyren, antracen och fenanthren (Das och Mukerjie, 2007a). Lipopeptidbiosurfaktant producerat av kolvätenedbrytande och biosurfaktant som producerar B., subtilis CN2 isolerad från kreosot-förorenad jord rapporteras återvinna cirka 85% av använd motorolja från förorenad sand inom 24 h (Bezza och Cheraw, 2015). Det biosurfaktant som produceras av det marina isolatet Bacillus licheniformis MTCC 5514 rapporteras avlägsna mer än 85% adsorberad råolja från olika typer av jord (Kavitha et al., 2015). Hegazi et al. (2007) rapporterade att produktionen av biosurfaktant av C. hominis stam N2 ökar dess heavy metal tolerans, fenantren vattenhaltig soliditet och biotransformationseffektivitet. Das et al., (2008) rapporterade att ett marinisolat Bacillus circulans kan försämra antracen och producera biosurfaktant i ett glycerol-kompletterat mineralsaltmedium. Ett biosurfaktant framställt av en oljeavskiljande bakteriestam B. licheniformis Y-1 rapporteras förbättra bioremedieringen av petroleumförorenad jord av Pleurotus ostreatus, speciellt de 16-polyaromatiska kolväten som anges av US-EPA, som prioriterade föroreningar (Liu et al., 2016)., I ett simulerat bioremedieringsexperiment för oljeutsläpp från havet med hjälp av ett bakteriekonsortium ändrat med rhamnolipider rapporteras de emellertid ha en positiv roll i biotransformeringen av långkedjiga kolväten, biomarkörer och polyaromatiska kolväten, men de har en negativ roll vid biotransformering av kolväten med relativt flyktiga egenskaper, såsom kortkedjiga n-alkaner, lågmolekylära polynukleära aromatiska kolväten och sesquiterpener med enkel struktur (Chen et al., 2013). Det biosurfaktant som producerar Streptomyces spp., isolat AB1, AH4, och AM2 redovisas att försämra 82.36%, 85.23%, och 81.03% 100 mg/L naftalen inom 12 dagar och 76.65%, 80.96%, och 67.94% de alifatiska bråkdel av råolja (1% (v/v) inom 30 dagar, respektive (Ferradji et al., 2014).
