Sebuah surfaktan adalah senyawa kimia yang mampu mengurangi tegangan permukaan zat cair, akting di sebuah antarmuka atau kontak permukaan antara dua fase, misalnya air-udara atau air-minyak.
Istilah surfaktan berasal dari kata Inggris surfaktan, yang pada gilirannya berasal dari akronim untuk ekspresi agen aktif permukaan, yang berarti dalam bahasa Spanyol agen dengan aktivitas antarmuka atau permukaan.
Gambar 1. Struktur surfaktan. Sumber: Ukuran utama [Domain publik], dari Wikimedia Commons
Dalam bahasa Spanyol kata “surfaktan” digunakan, mengacu pada kemampuan senyawa kimia untuk bekerja pada tegangan permukaan atau antarmuka. Tegangan permukaan dapat didefinisikan sebagai hambatan yang dimiliki cairan untuk menaikkan permukaannya.
Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi karena molekul-molekulnya terikat sangat erat dan menahan pemisahan ketika tekanan diberikan pada permukaannya.
Misalnya, beberapa serangga air, seperti “tukang sepatu” ( Gerris lacustris), dapat bergerak di atas air tanpa tenggelam, berkat tegangan permukaan air, yang memungkinkan pembentukan lapisan di permukaannya.
Gambar 2. Serangga yang mampu bergerak di atas air. Sumber: TimVickers [Domain publik], dari Wikimedia Commons
Juga, jarum baja tetap di permukaan air dan tidak tenggelam, karena tegangan permukaan air.
Indeks artikel
Struktur dan fungsi surfaktan
Semua surfaktan atau bahan kimia surfaktan bersifat amfifilik , yaitu memiliki sifat ganda, karena dapat melarutkan senyawa polar dan non polar. Surfaktan memiliki dua bagian utama dalam strukturnya:
- Kepala polar hidrofilik, mirip dengan air dan senyawa polar.
- Ekor nonpolar lipofilik, hidrofobik, mirip dengan senyawa nonpolar.
Kepala kutub bisa non-ionik atau ionik. Ekor surfaktan, atau bagian apolar, dapat berupa rantai karbon dan hidrogen alkil atau alkilbenzena.
Struktur yang sangat khusus ini memberikan senyawa kimia surfaktan perilaku ganda, amfifilik: afinitas untuk senyawa atau fase polar, larut dalam air dan juga afinitas untuk senyawa nonpolar, tidak larut dalam air.
Secara umum, zat surfaktan mengurangi tegangan permukaan air, yang memungkinkan cairan ini mengembang dan mengalir ke tingkat yang lebih besar, membasahi permukaan dan fase yang berdekatan.
Untuk apa surfaktan?
Bahan kimia surfaktan mengerahkan aktivitasnya pada permukaan atau antarmuka.
Ketika dilarutkan dalam air, mereka bermigrasi ke antarmuka air-minyak atau air-udara, misalnya, di mana mereka dapat berfungsi sebagai:
- Dispersan dan pelarut senyawa yang tidak larut atau sukar larut dalam air.
- Humektan, karena mereka menyukai aliran air ke fase yang tidak larut di dalamnya.
- Stabilisator emulsi senyawa yang tidak larut dalam air dan air, seperti minyak dan air dari mayones.
- Beberapa surfaktan mempromosikan dan lainnya mencegah berbusa.
Biosurfaktan: surfaktan asal biologis
Ketika surfaktan berasal dari organisme hidup, itu disebut biosurfaktan.
Dalam arti yang lebih ketat, biosurfaktan dianggap sebagai senyawa biologis amfifilik (dengan perilaku kimia ganda, larut dalam air dan lemak), yang diproduksi oleh mikroorganisme seperti ragi, bakteri, dan jamur berfilamen.
Biosurfaktan diekskresikan atau dipertahankan sebagai bagian dari membran sel mikroba.
Juga beberapa biosurfaktan diproduksi oleh proses bioteknologi, menggunakan enzim yang bekerja pada senyawa kimia biologis atau produk alami.
Contoh biosurfaktan
Di antara biosurfaktan alam dapat disebutkan tumbuhan saponin seperti bunga cabai rawit ( Hibiscus sp.), lesitin, cairan empedu mamalia atau surfaktan paru manusia (dengan fungsi fisiologis yang sangat penting).
Selain itu, asam amino dan turunannya, betaine dan fosfolipid, semua produk alami yang berasal dari biologi ini, adalah biosurfaktan.
Klasifikasi biosurfaktan dan contohnya
-Menurut sifat muatan listrik di bagian kutub atau kepala
Biosurfaktan dapat dikelompokkan ke dalam kategori berikut, berdasarkan muatan listrik kepala kutubnya:
Biosurfaktan anionik
Mereka memiliki muatan negatif di ujung kutub, seringkali karena adanya gugus sulfonat –SO 3 – .
Biosurfaktan kationik
Mereka memiliki muatan positif di kepala, biasanya kelompok amonium kuaterner NR 4 + , di mana R mewakili rantai karbon dan hidrogen.
Biosurfaktan amfoter
Mereka memiliki muatan positif dan negatif pada molekul yang sama.
Biosurfaktan non-ionik
Mereka tidak memiliki ion atau muatan listrik di kepala mereka.
-Menurut sifat kimianya
Menurut sifat kimianya, biosurfaktan diklasifikasikan ke dalam jenis berikut:
Biosurfaktan glikolipid
Glikolipid adalah molekul yang dalam struktur kimianya memiliki bagian lipid atau lemak dan bagian dari gula. Sebagian besar biosurfaktan yang dikenal adalah glikolipid. Yang terakhir terdiri dari sulfat gula seperti glukosa, galaktosa, manosa, rhamnosa, dan galaktosa.
Di antara glikolipid, yang paling terkenal adalah rhamnolipid, bioemulsifier yang telah dipelajari secara ekstensif, dengan aktivitas pengemulsi tinggi dan afinitas tinggi untuk molekul organik hidrofobik (yang tidak larut dalam air).
Ini dianggap sebagai surfaktan paling efektif untuk menghilangkan senyawa hidrofobik di tanah yang terkontaminasi.
Contoh rhamnolipid termasuk surfaktan yang diproduksi oleh bakteri dari genus Pseudomonas.
Ada glikolipid lain, yang diproduksi oleh Torulopsis sp., Dengan aktivitas biosidal dan digunakan dalam kosmetik, produk anti ketombe, bakteriostat dan sebagai deodoran tubuh.
Lipoprotein dan biosurfaktan lipopeptida
Lipoprotein adalah senyawa kimia yang dalam strukturnya memiliki bagian lipid atau lemak dan bagian lain dari protein.
Misalnya, Bacillus subtilis adalah bakteri yang menghasilkan lipopeptida yang disebut surfaktin. Ini adalah salah satu biosurfaktan pereduksi tegangan permukaan yang paling kuat.
Surfaktin memiliki kemampuan untuk menghasilkan lisis eritrosit (pemecahan sel darah merah) pada mamalia. Selain itu, mereka dapat digunakan sebagai biosida untuk hama seperti tikus kecil.
Biosurfaktan asam lemak
Beberapa mikroorganisme dapat mengoksidasi alkana (rantai karbon dan hidrogen) menjadi asam lemak yang memiliki sifat surfaktan.
Biosurfaktan fosfolipid
Fosfolipid adalah senyawa kimia yang memiliki gugus fosfat (PO 4 3- ), melekat pada bagian yang berstruktur lipid. Mereka adalah bagian dari membran mikroorganisme.
Bakteri dan ragi tertentu yang memakan hidrokarbon, ketika tumbuh pada substrat alkana, meningkatkan jumlah fosfolipid dalam membrannya. Misalnya, Acinetobacter sp ., Thiobacillus thioxidans, dan Rhodococcus erythropolis .
Biosurfaktan polimer
Biosurfaktan polimer adalah makromolekul dengan berat molekul tinggi . Biosurfaktan yang paling banyak dipelajari dalam kelompok ini adalah: emulsifier, sedot lemak, mannoprotein dan kompleks polisakarida-protein.
Misalnya, bakteri Acinetobacter calcoaceticus menghasilkan pengemulsi polianionik (dengan berbagai muatan negatif), bioemulsifier yang sangat efektif untuk hidrokarbon dalam air. Ini juga merupakan salah satu stabilisator emulsi paling kuat yang dikenal.
Liposan adalah larut dalam air, pengemulsi ekstraseluler, terdiri dari polisakarida dan protein Candida lipolyca .
Saccharomyces cereviseae menghasilkan sejumlah besar mannoprotein dengan aktivitas pengemulsi yang sangat baik untuk minyak, alkana, dan pelarut organik.
-Menurut berat molekulnya
Biosurfaktan diklasifikasikan menjadi dua kategori:
Biosurfaktan dengan berat molekul rendah
Dengan tegangan permukaan dan antarmuka yang lebih rendah. Misalnya, rhamnolipid.
Biosurfaktan polimer dengan berat molekul tinggi
Itu mengikat kuat ke permukaan, seperti bioemulsifier makanan.
Produksi biosurfaktan
Untuk produksi biosurfaktan, kultur mikroorganisme digunakan dalam bioreaktor. Sebagian besar mikroorganisme ini diisolasi dari lingkungan yang terkontaminasi, seperti lokasi limbah industri atau lubang hidrokarbon yang dibuang oleh industri minyak.
Efisiensi produksi biosurfaktan tergantung pada beberapa faktor, seperti sifat substrat atau sumber karbon yang digunakan sebagai media kultur dan derajat salinitasnya. Juga, itu tergantung pada faktor-faktor seperti suhu, pH, dan ketersediaan oksigen.
Kegunaan biosurfaktan
Saat ini ada permintaan komersial yang besar untuk biosurfaktan, karena surfaktan yang diperoleh dengan sintesis kimia (dari turunan minyak bumi ) bersifat toksik, tidak dapat terurai, dan oleh karena itu memiliki peraturan lingkungan untuk penggunaannya.
Masalah-masalah ini telah membangkitkan minat yang cukup besar pada biosurfaktan sebagai alternatif yang tidak beracun dan dapat terurai secara hayati.
Biosurfaktan memiliki aplikasi di berbagai bidang, seperti:
Industri minyak
Biosurfaktan digunakan dalam ekstraksi minyak dan bioremediasi (dekontaminasi dengan organisme hidup) hidrokarbon; contoh: biosurfaktan dari Arthrobacter sp.
Mereka juga diterapkan dalam proses biodesulfurisasi (penghilangan belerang menggunakan mikroorganisme) dari minyak bumi. Spesies dari genus Rhodococcus telah digunakan .
Sanitasi lingkungan
Biosurfaktan digunakan dalam bioremediasi tanah yang terkontaminasi oleh logam beracun, seperti uranium, kadmium dan timbal (biosurfaktan Pseudomonas spp. Dan Rhodococcus spp. ).
Mereka juga digunakan dalam proses bioremediasi tanah dan air yang terkontaminasi oleh tumpahan bensin atau minyak.
Gambar 3. Biosurfaktan digunakan dalam proses penyehatan lingkungan akibat tumpahan minyak. Sumber: Ekuador [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)], melalui Wikimedia Commons
Contohnya Aeromonas sp. menghasilkan biosurfaktan yang memungkinkan degradasi minyak atau reduksi molekul besar menjadi molekul yang lebih kecil, yang berfungsi sebagai nutrisi bagi mikroorganisme, bakteri, dan jamur.
Dalam proses industri
Biosurfaktan digunakan dalam industri deterjen dan pembersih, karena mereka meningkatkan aksi pembersihan dengan melarutkan lemak yang mengotori pakaian atau permukaan dalam air cucian.
Mereka juga digunakan sebagai senyawa kimia tambahan dalam industri tekstil, kertas dan penyamakan kulit.
Dalam industri kosmetik dan farmasi
Dalam industri kosmetik, Bacillus licheniformis menghasilkan biosurfaktan yang digunakan sebagai produk anti ketombe, bakteriostatik, dan deodoran.
Beberapa biosurfaktan digunakan dalam industri farmasi dan biomedis untuk aktivitas antimikroba dan/atau antijamurnya.
Dalam industri makanan
Dalam industri makanan, biosurfaktan digunakan dalam pembuatan mayones (yang merupakan emulsi air telur dan minyak). Biosurfaktan ini berasal dari lektin dan turunannya, yang meningkatkan kualitas dan menambah rasa.
Di bidang pertanian
Di bidang pertanian, biosurfaktan digunakan untuk pengendalian biologis patogen (jamur, bakteri, virus) pada tanaman.
Penggunaan biosurfaktan lainnya di bidang pertanian adalah untuk meningkatkan ketersediaan unsur hara mikro dari dalam tanah.
Referensi
- Banat, IM, Makkar, RS dan Cameotra, SS (2000). Potensi aplikasi komersial surfaktan mikroba. Teknologi Mikrobiologi Terapan. 53 (5): 495-508.
- Cameotra, SS dan Makkar, RS (2004). Kegunaan terbaru biosurfaktan sebagai molekul biologis dan imunologis. Opini Saat Ini dalam Mikrobiologi. 7 (3): 262-266.
- Chen, SY, Wei, YH dan Chang, JS (2007). Fermentasi fed-batch pH-stat berulang untuk produksi rhamnolipid dengan Bioteknologi Mikrobiologi Terapan Pseudomonas aeruginosa asli . 76 (1): 67-74.
- Mulligan, CN (2005). Kegunaan lingkungan untuk biosurfaktan. Pencemaran lingkungan. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
- Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. dan Liu, T. (2018). Biosurfaktan meningkatkan penghilangan logam berat dari lumpur dalam perawatan elektrokinetik. Jurnal Teknik Kimia. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.
