ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

12. МЕТАБОЛІЧНА АКТИВНІСТЬ АЕРОБНИХ ГЕТЕРОТРОФІВ

12.6. НЕПОВНІ ОКИСНЕННЯ

12.6.5. Утворення вторинних метаболітів

12.6.5.5. Поверхнево-активні речовини мікробного походження

Поверхнево-активні речовини (ПАР) — це сполуки, які здатні знижувати поверхневий натяг на межі розподілу фаз. Такі речовини, завдяки силам міжмолекулярної взаємодії, можуть концентруватися (адсорбуватися) на межі розподілу фаз, знижуючи величини поверхневого натягу. ПАР поділяються на молекулярно-розчинні, які утворюють істинні розчини, та колоїдні (міцелярнорозчинні). Основні характеристики ПАР такі:

1) критична концентрація міцелоутворення (ККМ). ККМ визначається як концентрація ПАР, за якої в його розчині утворюються міцели, що перебувають у рівновазі з молекулами чи іонами. На практиці ККМ визначається як максимальна концентрація істинно розчинного ПАР, яка може бути отримана в даних умовах;

2) величина гідрофільно-ліпофільного балансу (ГЛБ). ГЛБ визначається за 20-бальною шкалою і показує співвідношення гідрофільної та гідрофобної частин у молекулі ПАР. Чим вище значення ГЛБ, тим гідрофільнішою є сполука.

ПАР мікробного походження називаються біо ПАР, біо-сурфактантами. Розробляти їх почали у 70-х роках XX ст., тобто, як і мікробні лектини, вони є відносно новим продуктом біотехнології. Субстратами для синтезу ПАР є переважно вуглеводні (н-алкани) — нерозчинні у воді сполуки, і у зв’язку з цим синтез ПАР мікроорганізмами можна розглядати як життєво важливу функцію, а саме — емульгування важкодоступних субстратів і переведення у форму, доступну для засвоєння. З такої точки зору біо-ПАР можна розглядати як первинні метаболіти. Проте, крім вуглеводнів, як субстрати для синтезу ПАР можуть бути використані і водорозчинні сполуки (глюкоза, етанол). У таких випадках утворення ПАР не є життєво необхідною функцією, і їх можна розглядати як вторинні метаболіти.

Біо-ПАР є міцелярно-розчинними сполуками, тобто складаються з гідрофобної та гідрофільної частин. ПАР на основі значення ККМ можна поділити на три групи:

1) ПАР, для яких ККМ перевищує 7 г/л. Таким ПАР не притаманні мийні властивості;

2) типові мийні засоби, емульгатори. Значення ККМ становить 0,2-7,0 г/л;

3) ПАР, слабкорозчинні у воді і добре розчинні у вуглеводневих середовищах. ККМ не перевищує 0.2 г/л.

Слід зазначити, що дистильована вода має поверхневий натяг 73 мН/м. Ефективні біо-ПАР знижують це значення до 29-32 мН/м, маючи при цьому низькі значення ККМ.

За хімічною природою біо-ПАР поділяються на п’ять груп (класифікація німецького вченого Ф. Вагнера, який є провідним спеціалістом у галузі біотехнології мікробних ПАР): 1) гліколіпіди; 2) ліпопептиди (ліпопротеїни); 3) ліпополісахариди; 4) жирні кислоти та їх похідні; 5) фосфоліпіди.

Продуцентами ПАР можуть бути бактерії, дріжджі, гриби та мікроводорості. Найвідомішими з мікробних ПАР є гліколіліди (продуцентами є аргробактерії, псевдомонади синтезують ПАР, який називається «рамноліпід Р-1» дріжджі родів Candida та Torulopsis). Серед ліпонротеїнів найбільш відомими є бацилярні ПАР — сурфактин, ліхенізин, серед ліпополісахаридів — емульсан.

За класифікацією ізраїльського вченого Е. Розенберга (1999 р.) біосурфактанти поділяються на низько- та високомолекулярні. До низькомолекулярних належать гліколіпіди (трегалозоліпіди, софороліпіди, рамноліпіди) та ліпопептиди (сурфактин, поліміксин, граміцидин S). Високомолекулярні біосурфактанти — це полісахариди, білки, ліпополісахариди, ліпопротеїни або комплекси цих сполук. Низькомолекулярні ПАР здатні знижувати поверхневий натяг на межі розподілу фаз, а високомолекулярні є ефективними стабілізаторами емульсій типу ’’масло у вода», тобто вони є емульгаторами.