Biosurfactants are potentially repl

Biosurfactants are potentially replacements for synthetic surfactants in several industrial
processes, such as lubrication, wetting, softening, fixing dyes, making emulsions, stabilizing
dispersions, foaming, preventing foaming, as well as in food, biomedical and pharmaceutical
industry, and bioremediation of organic- or inorganic-contaminated sites. Glycolipids and
lipopeptides are the most important biosurfactants (BS) for commercial purpose (Table 1).
Shete et al. (2006) [16] mapped the patents on biosurfactants and bioemulsifiers (255 patents
issued worldwide) showing high number of patents in the petroleum industry (33%), cosmet‐
ics (15%), antimicrobial agent and medicine (12%) and bioremediation (11%). Sophorolipids
(24%), surfactin (13%) and rhamnolipids (12%) represent a large portion of the patents,
however, this may be underestimated since many patents do not specify the producer
organism restricting to the specific use of the BS only.
Biodegradation - Life of Science 32
Biosurfactant class Microorganism Application
Glycolipids Rhamnolipids P. aeruginosa and P. putida Bioremediation
P. chlororaphis Biocontrol agent
Bacillus subtilis Antifungal agent
Renibacterium salmoninarum Bioremediation
Sophorolipids Candida bombicola and C. apicola Emulsifier, MEOR, alkane dissimilation
Trehalose lipidsRhodococcus spp. Bioremediation
Tsukamurella sp. and Arthrobacter sp.Antimicrobial agent
Mannosylerythr
itol lipids
Candida antartica Neuroreceptor antagonist, antimicrobial
agent
Kurtzmanomyces sp Biomedical application
Lipopeptides Surfactin Bacillus subtilis Antimicrobial agent, biomedical application
Lichenysin B. licheniformis Hemolytic and chelating agent
Table 1. Major types of biosurfactants.
Improvement of detection methods together with increased concerns with environmental
issues are pushing researchers and policymakers towards more environmentally friendly
solutions for waste management and replacements for non-biodegradable substances. Organic
aqueous wastes (e.g., pesticides), organic liquids, oils (e.g., petroleum-based) and organic
sludges or solids (e.g., paint-derived) are common environmental organic chemical hazards
and are source of soil and aquatic contaminations that are normally difficult to be removed.
Another commonly found environmental hazard are the heavy metals, such as lead, mercury,
chromium, iron, cadmium and copper, which are also linked to activities of our modern
society. The remediation of contaminated sites is usually performed via soil washing or in situ
flushing, in case of soil contamination, and bioremediation or use of dispersants, in case of
aquatic areas. Soil washing/flushing is heavily dependent on the solubility of the contaminants,
which can be very challenging when dealing with poorly soluble hazards. Hydrophobic
contaminants usually require use of detergents or dispersants, both in soil or aquatic environ‐
ment, and the process is often followed by their biodegradation. Heavy metal, however, cannot
be biodegraded and are converted to less toxic forms instead. Hence, the commonly found
combination of inorganic and organic contamination demands a complex remediation process.
High hydrophobicity and solid-water distribution ratios of some pollutants result in their
interaction with non-aqueous phases and soil organic matter. Those interactions reduce
dramatically the availability for microbial degradation, since bacteria preferentially degrade
chemicals that are dissolved in water [17].
Bioremediation is a process that aims the detoxification and degradation of toxic pollutants
through microbial assimilation or enzymatic transformation to less toxic compounds [18]. The
success of this process relies on the availability of microbes, accessibility of contaminants and
conduciveness of environment. A typical bioremediation process consists of application of
Biosurfactants: Production and Applications
http://dx.doi.org/10.5772/56144
33
nutrients (containing nitrogen and phosphorous), under controlled pH and water content,
together with an emulsifier and surface-active agents. Biostimulation is the bioremediation
based on the stimulation of naturally indigenous microbes by addition of nutrients directly to
the impacted site, whereas bioaugmentation is based on addition of specific microbes and
nutrients to the impacted site. Bioaugmentation has been subject of several reports including
use of genetically engineered microorganisms (reviewed in Gentry et al., 2004 [19]). Biostimu‐
lation success relies on microorganism targeting the pollutant as a primarily food source,
which is supported by available electron donors/acceptors and nutrients (reviewed in Smets
& Pritchard, 2003 [20]).
The bioavailability of a chemical in general is governed by physical-chemical processes such
as sorption and desorption, diffusion and dissolution. Microorganisms improve bioavailabil‐
ity of potential biodegradable nutrients by production of biosurfactants [21], and the success
of microbes in colonize a nutrient-restricted environment is often related to their capacity of
producing polymers with surfactant activity.
The best-studied biosurfactant are the glycolipids, which contain mono- or disaccharides
linked to long-chain aliphatic acids or hydroxyaliphatic acids. Rhamnolipids are better known
glycolipid class, which are normally produced as a mixture of congeners that varies in
composition according to the bacterium strain and medium components, which provides
specific properties to rhamnolipids derived from different isolates and production processes
[7]. This class of biosurfactant has been implied in several potential applications such as in
bioremediation, food industry, cosmetics and as an antimicrobial agent. Several reports have
been shown rhamnolipids to be efficient in chelating and remove/wash heavy metals, perhaps
due to the interaction between the polar glycosidic group with the metal ions. Whereas their
interaction with organic compounds increases their bioavailability or aids their mobilization
and removing in a washing treatment. Rhamnolipids have been shown to be effective in
reducing oil concentration in contaminated sandy soil [22] and their addition at relatively low
concentration (80 mg/L) to diesel/water system substantially increased biomass growth and
diesel degradation [23]. Interestingly, rhamnolipids combined with a pool of enzyme pro‐
duced by Penicillium simplicissimum enhanced the biodegradation of effluent with high fat
content from poultry processing plant, suggesting a synergistic interaction between biosur

Kết quả (Việt) 1:

biosurfactants có tiềm năng thay thế cho bề mặt tổng hợp trong một số quy trình
công nghiệp, chẳng hạn như dầu bôi trơn, làm ẩm, làm mềm, sửa chữa thuốc nhuộm, làm cho nhũ tương, ổn định phân tán
, tạo bọt, chống tạo bọt, cũng như trong thực phẩm, y sinh và dược phẩm
ngành công nghiệp, và xử lý sinh học các trang web hữu cơ hoặc vô cơ bị ô nhiễm. glycolipid và
lipopeptides là biosurfactants quan trọng nhất (bs) cho mục đích thương mại (bảng 1).
shete et al. (2006) [16] ánh xạ các bằng sáng chế trên biosurfactants và bioemulsifiers (255 bằng sáng chế
ban hành trên toàn thế giới) cho thấy số lượng lớn các bằng sáng chế trong ngành công nghiệp dầu khí (33%), cosmet-
ics (15%), chất kháng sinh và thuốc (12% ) và xử lý sinh học (11%). sophorolipids
(24%),surfactin (13%) và rhamnolipids (12%) đại diện cho một phần lớn của các bằng sáng chế,
tuy nhiên, điều này có thể được đánh giá thấp vì nhiều bằng sáng chế không chỉ định nhà sản xuất
vật hạn chế việc sử dụng cụ thể của chỉ bs
phân hủy sinh học -. cuộc sống khoa học 32
biosurfactant ứng dụng vi sinh vật lớp
glycolipids rhamnolipids p. aeruginosa và p. putida xử lý sinh học
p.chlororaphis kiểm soát sinh học đại lý
subtilis trực khuẩn đại lý chống nấm
renibacterium salmoninarum xử lý sinh học
sophorolipids candida bombicola và c. apicola chất nhũ hóa, meor, ankan làm cho khác
trehalose lipidsrhodococcus spp. xử lý sinh học
tsukamurella sp. và Arthrobacter đại lý sp.antimicrobial

mannosylerythr itol lipid
candida Nam cực neuroreceptor đối kháng, kháng khuẩn

đại lýkurtzmanomyces sp y sinh học ứng dụng
lipopeptides surfactin trực khuẩn subtilis tác nhân kháng khuẩn, ứng dụng y sinh học
lichenysin b. licheniformis tán huyết và chelating đại lý
bảng 1. loại chính của biosurfactants
cải thiện phương pháp phát hiện cùng với mối quan tâm tăng lên với các vấn đề môi trường
đang đẩy mạnh nghiên cứu và hoạch định chính sách theo hướng thân thiện hơn với môi trường
.giải pháp quản lý chất thải và thay thế cho các chất không phân hủy. hữu cơ
chất thải dung dịch nước (ví dụ như thuốc trừ sâu), chất lỏng hữu cơ, dầu (ví dụ như dầu mỏ) và hữu cơ
cặn hoặc chất rắn (ví dụ như sơn có nguồn gốc từ) là mối nguy hiểm môi trường hóa chất hữu cơ phổ biến
và là nguồn gốc của đất và nhiễm bẩn thủy sinh thường khó khăn để được gỡ bỏ.
một môi trường nguy hiểm thường thấy là các kim loại nặng như chì, thủy ngân,
crom, sắt, cadmium và đồng, trong đó cũng có liên quan đến các hoạt động của xã hội hiện đại của chúng tôi
. việc xử lý của các vùng ô nhiễm thường được thực hiện thông qua rửa đất hoặc tại chỗ
đỏ bừng, trong trường hợp ô nhiễm đất, và xử lý sinh học, sử dụng các chất phân tán, trong trường hợp
lĩnh vực thủy sản.đất rửa / xả nước phụ thuộc nhiều vào khả năng hòa tan của các chất gây ô nhiễm,
mà có thể rất khó khăn khi đối phó với nguy cơ hòa tan kém. chất gây ô nhiễm
kỵ nước thường đòi hỏi sử dụng các chất tẩy rửa hoặc chất phân tán, cả trong đất, dưới nước môi trường
triển, và quá trình này thường theo sau phân hủy sinh học của họ. kim loại nặng, tuy nhiên, có thể không
được biodegraded và được chuyển đổi thành các dạng ít độc hại để thay thế. do đó, thường được tìm thấy
kết hợp của ô nhiễm vô cơ và hữu cơ đòi hỏi một quá trình khắc phục hậu quả phức tạp.
ưa nước cao và tỷ lệ phân phối rắn nước của một số chất gây ô nhiễm dẫn đến sự tương tác của họ với
giai đoạn không có nước và chất hữu cơ. những tương tác làm giảm
đáng kể sự sẵn có cho sự xuống cấp của vi sinh vật, từ vi khuẩn làm suy giảm ưu tiên hóa chất
được hòa tan trong nước [17].
xử lý sinh học là một quá trình nhằm mục đích giải độc và sự xuống cấp của chất gây ô nhiễm độc hại
thông qua sự đồng hóa của vi sinh vật, chuyển đổi enzyme thành các hợp chất ít độc hại [18] . sự thành công
của quá trình này phụ thuộc vào sự sẵn có của các vi khuẩn,tiếp cận của các chất gây ô nhiễm và
conduciveness của môi trường. một quá trình xử lý sinh học điển hình bao gồm các ứng dụng của
biosurfactants: sản xuất và ứng dụng

33
http://dx.doi.org/10.5772/56144 chất dinh dưỡng (có chứa nitơ và phốt pho), theo ph kiểm soát và hàm lượng nước,
cùng với một chất nhũ hóa và hoạt động bề mặt. biostimulation là xử lý sinh học
dựa vào sự kích thích của vi khuẩn tự nhiên bản địa bằng cách bổ sung các chất dinh dưỡng trực tiếp cho
trang web bị ảnh hưởng, trong khi bioaugmentation dựa trên bổ sung các vi sinh vật cụ thể và các chất dinh dưỡng
để các trang web bị ảnh hưởng. bioaugmentation đã được chủ đề của một số báo cáo bao gồm cả
sử dụng vi sinh vật biến đổi gen (xem xét trong tầng lớp quý tộc và các cộng sự., 2004 [19]). biostimu-
lation thành công phụ thuộc vào mục tiêu chất ô nhiễm như một nguồn thực phẩm chủ yếu,
được hỗ trợ bởi các nhà tài trợ có sẵn điện tử / chất nhận chất dinh dưỡng và vi sinh vật (xem xét trong Smets
& Pritchard, 2003 [20]).
sinh khả dụng của một chất hóa học nói chung được quản lý bởi quá trình vật lý-hóa học
như hấp thụ và giải hấp, khuếch tán và giải thể. vi sinh vật cải thiện bioavailabil-
Với những cách chất dinh dưỡng phân hủy sinh học tiềm năng bằng cách sản xuất biosurfactants [21], và
thành công của các vi sinh vật trong thực dân một môi trường dinh dưỡng hạn chế thường liên quan đến năng lực của
sản xuất polyme với các hoạt động bề mặt.
các biosurfactant nghiên cứu nhiều nhất là glycolipid, có chứa mono hoặc disaccharides
liên quan đến axit béo chuỗi dài hoặc axit hydroxyaliphatic.rhamnolipids được biết đến nhiều hơn
lớp glycolipid, mà thường được sản xuất như một hỗn hợp của congeners mà thay đổi trong
phẩm theo chủng loại vi khuẩn và các thành phần môi trường, cung cấp
tính chất riêng rhamnolipids có nguồn gốc từ các chủng khác nhau và quy trình sản xuất
[7]. lớp này của biosurfactant đã được ngụ ý trong một số ứng dụng tiềm năng như trong
xử lý sinh học, công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và như một tác nhân kháng khuẩn. một số báo cáo đã được chứng minh
rhamnolipids có hiệu quả trong chelating và loại bỏ / rửa kim loại nặng, có lẽ
do sự tương tác giữa các nhóm glycosidic cực với các ion kim loại. trong khi tương tác
của họ với các hợp chất hữu cơ làm tăng khả dụng sinh học của họ hay viện trợ huy động của họ
và loại bỏ trong một điều trị rửa. rhamnolipids đã được chứng minh có hiệu quả trong
giảm nồng độ dầu trong đất cát bị ô nhiễm [22], bổ sung tại tương đối thấp
tập trung (80 mg / l) để hệ thống động cơ diesel / nước tăng đáng kể tốc độ tăng trưởng sinh khối và
diesel suy thoái [23]. thú vị, rhamnolipids kết hợp với một hồ bơi của enzyme ủng hộ
duced bởi Penicillium simplicissimum tăng cường phân hủy sinh học của nước thải với chất béo cao
nội dung từ các nhà máy chế biến gia cầm, cho thấy một sự tương tác hiệp đồng giữa biosur

Kết quả (Việt) 2:

Biosurfactants có khả năng là thay thế cho các bề mặt tổng hợp trong một số công nghiệp
quá trình, chẳng hạn như dầu bôi trơn, làm ướt, làm mềm, sửa chữa thuốc nhuộm, làm cho nhũ tương, ổn định
dispersions, tạo bọt, ngăn ngừa tạo bọt, cũng như trong thực phẩm, y sinh và dược phẩm
ngành công nghiệp, và đều của các trang web hữu cơ - hoặc vô cơ-nhiễm. Glycolipids và
lipopeptides là quan trọng nhất biosurfactants (BS) cho mục đích thương mại (bảng 1).
Shete et al. (2006) [16] ánh xạ bằng sáng chế trên biosurfactants và bioemulsifiers (bằng sáng chế 255
phát hành trên toàn thế giới) Hiển thị số lượng bằng sáng chế trong ngành công nghiệp dầu khí (33%), cosmet‐
ics (15%), các chế phẩm kháng đại lý và y khoa (12%) và đều (11%). Sophorolipids
(24%), surfactin (13%) và rhamnolipids (12%) đại diện cho một phần lớn của các bằng sáng chế,
Tuy nhiên, điều này có thể được đánh giá thấp vì nhiều bằng sáng chế không xác định các nhà sản xuất
sinh vật hạn chế để sử dụng cụ thể chỉ BS.
phân - cuộc sống khoa học 32
Biosurfactant lớp ứng dụng vi sinh vật
Glycolipids Rhamnolipids P. aeruginosa và P. putida đều
P. chlororaphis Biocontrol đại lý
Bacillus subtilis kháng nấm đại lý
Renibacterium salmoninarum đều
Sophorolipids Candida bombicola và C. apicola Emulsifier, MEOR, ankan dissimilation
Trehalose lipidsRhodococcus spp. đều
Tsukamurella sp. và Arthrobacter sp.Các chế phẩm kháng tác nhân
Mannosylerythr
itol lipid
Candida antartica Neuroreceptor đối kháng, kháng khuẩn
đại lý
Kurtzmanomyces sp y sinh học ứng dụng
Lipopeptides Surfactin Bacillus subtilis kháng sinh đại lý, y sinh học ứng dụng
Lichenysin sinh licheniformis bệnh và đại lý chelating
bảng 1. Các loại biosurfactants.
cải thiện phát hiện phương pháp cùng với mối quan tâm tăng với môi trường
vấn đề đang đẩy mạnh các nhà nghiên cứu và hoạch định chính sách đối với nhiều hơn nữa thân thiện môi trường
giải pháp quản lý chất thải và thay thế cho phòng không phân hủy chất. Hữu cơ
dung dịch chất thải (ví dụ như, thuốc trừ sâu), chất lỏng hữu cơ, các loại dầu (ví dụ như, dựa trên dầu mỏ) và hữu cơ
sludges hoặc chất rắn (ví dụ như, nguồn gốc Sơn) là phổ biến môi trường nguy hiểm hóa học hữu cơ
và là nguồn của contaminations đất và thủy sản thường khó có thể được gỡ bỏ.
Một mối nguy hiểm môi trường phổ biến mặt hàng là các kim loại nặng, chẳng hạn như chì, thủy ngân,
crôm, sắt, cadmium và đồng, cũng được liên kết với các hoạt động của chúng tôi hiện đại
xã hội. Khắc phục trang web bị ô nhiễm là thường thực hiện thông qua đất rửa hoặc tại chỗ
đỏ bừng, trong trường hợp ô nhiễm đất và đều hoặc sử dụng các chất phân tán, trong trường hợp của
khu vực thủy sản. Đất Giặt/đỏ bừng là phụ thuộc nhiều vào độ hòa tan của các chất gây ô nhiễm,
có thể rất khó khăn khi giao dịch với mối nguy hiểm kém hòa tan. Kỵ nước
chất gây ô nhiễm thường đòi hỏi việc sử dụng chất tẩy rửa hoặc chất phân tán, cả hai trong đất hoặc thủy environ‐
ment, và quá trình thường được theo sau bởi phân của họ. Kim loại nặng, Tuy nhiên, không thể
được biodegraded và là hình thức chuyển đổi để ít độc hại thay vào đó. Vì thế, phổ biến mặt hàng
sự kết hợp của vô cơ và hữu cơ ô nhiễm đòi hỏi một quá trình phức tạp khắc phục.
cao hydrophobicity và rắn nước phân phối tỷ lệ các chất ô nhiễm một số kết quả của họ
tương tác với giai đoạn phòng không dung dịch nước và đất chất hữu cơ. Những tương tác giảm
đáng kể sự sẵn có cho vi khuẩn suy thoái, kể từ khi vi khuẩn hay làm suy giảm
hóa chất này được hòa tan trong nước [17].
đều là một quá trình mà nhằm mục đích giải độc và suy thoái các chất ô nhiễm độc hại
thông qua vi sinh vật đồng hóa hoặc chuyển đổi enzym độc hại đến dưới hợp chất [18]. Các
thành công của quá trình này dựa vào sự sẵn có của vi khuẩn, khả năng tiếp cận của chất gây ô nhiễm và
conduciveness của môi trường. Một quá trình điển hình đều bao gồm các ứng dụng của
Biosurfactants: sản xuất và ứng dụng
http://dx.doi.org/10.5772/56144
33
chất dinh dưỡng (có chứa nitơ và phốt pho), dưới kiểm soát pH và hàm lượng nước,
cùng với một emulsifier và surface-active đại lý. Biostimulation là đều
Dựa trên sự kích thích của các vi khuẩn tự nhiên bản địa của bổ sung các chất dinh dưỡng trực tiếp đến
ảnh hưởng các trang web, trong khi bioaugmentation dựa trên các bổ sung cụ thể vi khuẩn và
chất dinh dưỡng để các trang web bị ảnh hưởng. Bioaugmentation đã là các chủ đề của một số báo cáo bao gồm
sử dụng vi sinh vật biến đổi gen (được nhận xét trong Gentry et al., năm 2004 [19]). Biostimu‐
lation thành công dựa vào các vi sinh vật nhắm mục tiêu chất gây ô nhiễm như là một nguồn thực phẩm chủ yếu
mà được hỗ trợ bởi điện tử có sẵn các nhà tài trợ/chất nhận khác ở và chất dinh dưỡng (xem xét trong Smets
& Pritchard, 2003 [20]).
khả dụng sinh học của một chất hóa học nói chung được quản lý bởi quá trình vật lý-hóa chất như vậy
như sorption và desorption, phổ biến và giải thể. Vi sinh vật cải thiện bioavailabil‐
Anh tiềm năng phân hủy chất dinh dưỡng bằng cách sản xuất biosurfactants [21], và sự thành công
của vi sinh vật trong thực dân hoá một chất dinh dưỡng giới hạn môi trường thường liên quan đến khả năng của họ của
sản xuất polyme với chất hoạt động.
chạy nhất nghiên cứu biosurfactant là glycolipids, có chứa mono - hoặc disacarit
liên kết với các axit béo chuỗi dài hoặc hydroxyaliphatic axit. Rhamnolipids biết đến
glycolipid lớp, mà thường được sản xuất như một hỗn hợp của congeners mà thay đổi trong
thành phần theo chủng vi khuẩn và các thành phần trung bình, cung cấp
các thuộc tính cụ thể để rhamnolipids có nguồn gốc từ chủng khác nhau và quy trình sản xuất
[7]. Lớp này của biosurfactant đã được gợi ý trong một số tiềm năng như vậy như trong
đều, công nghiệp thực phẩm, Mỹ phẩm và là một tác nhân kháng khuẩn. Một số báo cáo có
hiển thị rhamnolipids để được hiệu quả trong chelating và loại bỏ/rửa các kim loại nặng, có lẽ
do sự tương tác giữa nhóm glycosidic cực với các ion kim loại. Trong khi đó của
tương tác với các hợp chất hữu cơ làm tăng khả dụng sinh học của họ hoặc hỗ trợ vận động của
và loại bỏ trong một điều trị rửa. Rhamnolipids đã được chứng minh là có hiệu quả trong
giảm dầu tập trung tại ô nhiễm đất cát [22] và của họ bổ sung tại tương đối thấp
tập trung (80 mg/L) để hệ thống động cơ diesel/nước đáng kể tăng sự phát triển nhiên liệu sinh học và
động cơ diesel suy thoái [23]. Điều thú vị, rhamnolipids kết hợp với một hồ bơi của enzym pro‐
duced bởi Penicillium simplicissimum nâng cao phân nước thải với cao chất béo
nội dung từ chăn nuôi gia cầm nhà máy chế biến, cho thấy một sự tương tác hiệp đồng giữa biosur