Biotechnologiczna synteza związków powierzchniowo czynnych i przykłady ich praktycznego zastosowania

• Autorzy: Jolanta Krzyczkowska , Ewa Białecka-Florjańczyk

Warianty tytułu

Biotechnological Synthesis of Surface Active Compounds and Examples of Their Practical Applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Surfaktanty, czyli substancje powierzchniowo czynne, są ważną grupą związków chemicznych, badanych i stosowanych w przemyśle i laboratoriach chemicznych. Obecnie obserwuje się tendencję do produkcji surfaktantów ze źródeł odnawialnych i biodegradowalnych. Taką grupę stanowią biosurfaktanty, które w porównaniu z surfaktantami syntetycznymi cechują się mniejszą toksycznością i lepszą środowiskową kompatybilnością. Biosurfaktanty mogą być otrzymywane metodą biotransformacji lub poprzez fermentację z udziałem bakterii, drożdży czy grzybów. W niniejszym artykule dokonano krótkiej charakterystyki biosurfaktantów, omówiono biotechnologiczne metody ich syntezy, a także przedstawiono wybrane kierunki praktycznego zastosowania związków powierzchniowo czynnych. (abstrakt oryginalny)

EN

Surfactants, i.e. surface active agents, are an important group of chemical compounds that are studied and applied to industry and in chemical laboratories. Presently, a tendency is observed to produce surfactants from renewable and biodegradable sources. Bio-surfactants constitute such a group; they, compared to synthetic surfactants, show a lower toxicity and a higher environmental compatibility. Bio-surfactants can be produced either using a biotransformation method or a fermentation process with the use of bacteria, yeast, or fungi. In this paper, the bio-surfactants are briefly described, the bio-technological methods of their synthesis are depicted, and, also, there are shown some selected trends in practical applications of surface active compounds. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Biotechnologia; Substancje powierzchniowo czynne; Biosynteza; Mikrobiologia

EN

Biotechnology; Surfactants; Biosynthesis; Microbiology

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 19 (2012)
• Numer: nr 4 (83)
• Strony: 5--23

Twórcy

autor

Jolanta Krzyczkowska

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

autor

Ewa Białecka-Florjańczyk

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Bibliografia

• [1] Abouseoud M., Maachi R., Amrane A., Boudergua S., Nabi A.: Evaluation of different carbon and nitrogen sources in production of biosurfactant by Pseudomonas fluorescens. Desalination, 2008, 223, 143-151.
• [2] Al-Araii L., Rahman R.N.Z.R.A., Basri M., Salleh A.B.: Microbial surfactants. Asia Pac. J. Mol. Biol., 2007, 15 (3), 99-105.
• [3] Antczak T., Szczęsna-Antczak M., Patura J.: Wykorzystanie lipaz do otrzymywania estrów sacharydów, ich charakterystyka i zastosowanie. W: Enzymatyczna modyfikacja składników żywności. Red. E. Kołakowski, W. Bednarski, S. Bielecki. Wyd. AR w Szczecinie, 2005, ss. 295-312.
• [4] Banat I.M., Makkar R.S., Cameotra S.S.: Potential commercial applications of microbial surfactants. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2000, 53, 495-508.
• [5] Bednarski W., Adamczak M., Tomasik J., Płaszczyk M.: Application of oil refinery waste in biosynthesis of glycolipids by yeast. Bioresource Technol., 2004, 95, 15-18.
• [6] Cameotra S.S., Makkar R.S.: Synthesis of biosurfactants in extreme conditions. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1998, 50, 520-529.
• [7] Cao L., Fischer A., Bornscheuer U.T., Schmid R.D.: Lipase-catalyzed solid phase synthesis of sugar fatty acid ester. Biocatal. Biotransfor., 1997, 14, 269-283.
• [8] Cao L., Fischer A., Bornscheuer U.T., Schmid R.D.: Lipase-catalyzed solid phase synthesis of sugar fatty acid ester. Influence of immobilization on productivity and stability of the enzyme. J. Mol. Catal. B: Enzymatic, 1999, 6, 279-285.
• [9] Chrzanowski Ł., Dziadas M., Ławniczak Ł., Cyplik P., Białas W., Szulc A., Lisiecki P., Jeleń H.: Biodegradation of ramnolipids in liquid cultures: Effect of biosurfactant dissipation on diesel fuel/B20 blend biodegradation efficiency and bacterial community composition. Bioresource Technol., 2012, 111, 328-335.
• [10] Chrzanowski Ł., Ławniczak Ł., Czaczyk K.: Why do microrganisms produce rhamnolipids? World J. Microbiol. Biotechnol., 2012, 28, 401-419.
• [11] Chrzanowski Ł., Owsianiak M., Szulc A., Marecki R., Piotrowska-Cyplik A., Olejnik-Schmidt A.K., Staniewski J., Lisiecki P., Ciesielczyk F., Jesionowski T., Heipieper H.J.: Interaction between rha- mnolipid bio surfactants and toxic chlorinated phenols enhance biodegradation of model hydrocarbon-rich effluent. Internat. Biodeterior. Biodegrad., 2011, 65, 605-611.
• [12] Das P., Mukherjee S., Sen R.: Genetic regulations of the biosynthesis of microbial surfactants: An overview. Biotechnol. Genet. Eng. Rev. 2008, 25, 165-186.
• [13] Deleu M., Paquot M.: From renewable vegetables resources to micro-organisms: new trends in surfactants. C.R. Chimie, 2004, 7, 641-646.
• [14] Desai J., Banat I.: Microbial production of surfactants and their commercial potential. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 1997, 61 (1), 47-64.
• [15] Dubey K., Juwarkar A.: Distillery and curd whey wastes as viable alternative sources for biosurfactant production. Word J. Microbiol. Biotechnol., 2001, 17, 61-69.
• [16] Fiechter A.: Biosurfactants: moving towards industrial application. Trends Food Sci. Technol., 1992, 3, 286-293.
• [17] Guerra-Santos L., Kappeli O., Fiechter A.: Dependence of Pseudomonas aeruginosa continuous culture biosurfactant production on nutritional and environmental factor. Applied Microbiol. Biotechnol., 1986, 24, 443-448.
• [18] Gumienna M., Czarnecka M., Czarnecki Z.: Kondensat podezodoryzacyjny jako substrat tłuszczowy w biosyntezie związków powierzchniowo czynnych z wykorzystaniem drożdży Candida bombicola. Acta Scientiarum Polonorum. Technologia Alimentaria, 2002, 1 (2), 71-82.
• [19] Gummienna M., Czarnecki Z.: Rola mikroorganizmów w syntezie związków powierzchniowo czynnych. Nauka. Przyroda. Technologie, 2010, 4, 1-14.
• [20] Haba E., Espuny M., Busquets M., Manresa A.: Screening and production of rhamnolipids by Pseudomonas aeruginosa 47T2 NCIB 40044 from waste frying oils. J. Appl. Microbiol., 2000, 88, 379-387.
• [21] Holmberg K.: Natural surfactants. Curr. Op. In Colloid & Interface Science, 2001, 6, 148-159.
• [22] Krasowska A.: Biomedyczna aktywność biosurfaktantów. Postępy Hig. Med. Dośw., [online], 2010, 64, 310-313.
• [23] Ławniczak Ł., Czaczyk K., Owsianiak M., Chrzanowski Ł.: Rola ramnolipidów w środowisku naturalnym. Post. Microbiol., 2011, 50, 1, 17-30.
• [24] Makkar R.S., Cameotra S.S.: Biosurfactant production by microorganisms on unconventional carbon sources. J. Surfactants Deterg., 1999, 2 (2), 237-241.
• [25] Makkar R.S., Cameotra S.S.: Biosurfactant production by a thermophilic Bacillus subtilis strain. J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 1997, 18, 37-42.
• [26] Makkar R.S., Cameotra S.S.: An update on the use of unconventional substrates for biosurfactant production and their new applications. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2002, 58, 428-434.
• [27] Mazurkiewicz J.: Związki powierzchniowo czynne wytwarzane przez mikroorganizmy. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość., 1996, 3 (8), 60-70.
• [28] Mukherjee S., Das P., Sen R.: Towards commercial production of microbial surfactants. Trends Biotechnol., 2006, 24 (11), 509-515.
• [29] Mulligan C.N.: Environmental applications for biosurfactants. Environ. Pollut., 2005, 133, 183-198.
• [30] Mulligan C.N.: Recent advances in the environmental application of biosurfactants. Curr. Opin. Colloid & Int. Sci., 2009, 14, 372-378.
• [31] Muthusamy K., Gopalakrishnan S., Ravi T.K., Sivachidambaram P.: Biosurfactants: Properties, commercial production and application. Curr. Sci., 2008, 94, 736-747.
• [32] Nagao A., Kito M.: Synthesis of O-Acyl-L-Homoserine by lipase. J. Am. Oil Chemists' Society 1989, 66, 710-713.
• [33] Nitschke M., Costa S.G.V.A.O.: Biosurfactants in food industry. Trends Food Sci Tech., 2007, 18, 252-259.
• [34] Nitschke M., Pastore G.: Production and properties of a surfactant obtained from Bacillus subtilis grown on cassava wastewater. Bioresource Technol., 2006, 97, 336-341.
• [35] Ohno A., Ano T., Shoda M.: Effect of temperature on production of lipopeptide antibiotics iturin A and surfactin by a dual producer, Bacillus subtilis RB14, in solid-state fermentation. J. Ferment. Bioeng., 1995, 80 (5), 517-519.
• [36] Owsianiak M., Chrzanowski Ł., Szulc A., Staniewski J., Olszanowski A., Olejnik-Schmidt A., Heipieper H.J.: Biodegradation of diesel/biodiesel blends by a consortium of hydrocarbon degraders: Effect of the type of blend and the addition of biosurfactants. Bioresource Technol., 2009, 100, 1497-1500.
• [37] Pacwa-Płociniczak M., Plaza G.A., Piotrowska-Seget Z., Cameotra S.S.: Environmental Application of Biosurfactants: Resent Advances. Int. J. Mol. Sci. 2011, 12, 633-654.
• [38] Paraszkiewicz K., Długoński J.: Wykorzystanie drobnoustrojowych surfaktantów do usuwania metali ciężkich z gleby. Biotechnologia, 2007, 2 (77), 81-94.
• [39] Patil D., Leonardis A., Nag A.: Synthesis of biosurfactants from natural resources. J. Food Biochem., 2011, 35, 747-758.
• [40] Ron E.Z., Rosenberg E.: Natural roles of biosurfactants. Environ. Microbiol., 2001, 3, 229-236.
• [41] Rosenberg E., Ron E.Z.: High- and low-molecular-mass microbial surfactants. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1999, 52, 154-162.
• [42] Saharan B.S., Sahu R.K., Sharma D.: A review of biosurfactants: fermentation, current developments and perspectives. Genet. Eng. Biotechnol. J., 2011, 7, 1-38.
• [43] Sarney D.B., Vulfson E.N.: Application of enzymes to the synthesis of surfactants. Focus, 1995, 13, 164-172.
• [44] Singh P., Cameotra S.S.: Potential applications of microbial surfactants in biomedical sciences. Trends Biotechnol., 2004, 22 (3), 142-146.
• [45] Singh A., Hamme J.D., Ward O.P.: Surfactants in microbiology and biotechnology: Part 2. Application aspects. Biotechnol. Adv., 2007, 25, 99-121.
• [46] Stuwer O., Hommel R., Haferburg D., Kieber H.P.: Production of crystalline surface-active glycolipids by a strain of Torulopsis apicola. J. Biotechnol., 1987, 6, 259-269.
• [47] Sullivan E.R.: Molecular genetics of biosurfactant production. Curr. Opin. Biotech., 1998, 9, 263-269.
• [48] Sutthivanitchakul, B., Thaniyavorn J., Thaniyavarn S.: Biosurfactant production by Bacillus lichenisformis F2.2. Thai J. Biotechnol., 1999, 1, 46-53.
• [49] Sabeder S., Habulin M., Knez Z.: Lipase-catalyzed synthesis of fatty acid fructose esters. J. Food Engin., 2006, 77, 880-886.
• [50] Tarahomjoo S., Alemzadeh I.: Surfactant production by an enzymatic method. Enzyme Microb Tech., 2003, 33, 33-37.
• [51] Van-Hamme J.D., Singh A., Ward O.P.: Physiological aspects Part 1 in a series of papers devoted to surfactants in microbiology and biotechnology. Biotechnol. Adv., 2006, 24: 604-620.
• [52] Ward O.P., Fang J., Li Z.: Lipase-catalyzed synthesis of a sugar ester containing arachidonic acid. Enzyme Microb. Tech., 1997, 20, 52-56.
• [53] Wyrwas B., Chrzanowski Ł., Ławniczak Ł, Szulc A., Cyplik P., Białas W., Szymański A., Hołderna-Odachowska A. Utilization of Tryton X-100 and polyethylene glycols during surfactant-mediated biodegradation of diesel fuel. J. Hazard. Mater. 2011, 197, 97-103.
• [54] Xu Q., Nakajima M., Liu Z., Shiina T.: Soybean-based surfactants and their applications. 2010, Chapter 20, 342-364 (online).
• [55] Yakimov, M.M., Timmis, K.N., Wray, V., Fredrickson, H.L.: Characterization of a new lipopeptide surfactant produced by thermo-tolerant and halo-tolerant subsurface Bacillus licheniformis BAS50. Appl. Environ. Microbiol., 1995, 61, 1706-1713.
• [56] Yan Y., Bornscheuer U.T., Cao L., Schmid R.D.: Lipase-catalyzed solid-phase synthesis of sugar fatty acid esters: Removal of byproducts by azeotropic distillation. Enzyme Microb Tech., 1999, 25, 725-728.
• [57] Yoo I.S., Park S.J., Yoon H.H.: Enzymatic synthesis of sugar fatty acid esters. J. Ind. Eng. Chem., 2007, 1 (13), 1-6.
• [58] Zhang I., Sun J., Hao Y., Zhu J., Chu J., Wei D., Shen Y.: Microbial production of 2,3-butanediol by a surfactant (serrawettin)-deficient mutant of Serratia marcescens H30. J. Ind. Microbial. Biotechnol., 2010, 37 (8), 857-862.