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Palabras clave: biosurfactantes para reparar metales pesados e hidrocarburos aromáticos policíclicos
Los biosurfactantes son metabolitos tensioactivos secretados por microorganismos durante su cultivo y metabolismo en determinadas condiciones. En comparación con los tensioactivos sintetizados químicamente, los biosurfactantes tienen muchas propiedades únicas, como diversidad estructural, biodegradabilidad, amplias actividades biológicas y suavidad ambiental.
Tabla 1 Tipos de biosurfactantes y sus bacterias productoras
Biosurfactantes
Bacterias productoras
Éster de trehalosa
Arthrobacter parafina
Corynebacterium spp.
Rhodococcus erythropolis
Rhamnolipid
Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa)
Sophorolipid
p>Candida lipolytica y Bombas de Torulopsis.
Ésteres de glucosa, fructosa, sacarosa
Corynebacterium spp.
Rhodococcus erythropolis..Rhodococcus erythropolis)
Éster de disacárido de celulosa
Ustilago maysa
Lipopolisacárido
p>Acinetobacter calcoaceticus trapo 1
Pseudomonas spp.
Lipopéptidos
Bacillus subtilis (Bacillus subtilis)
Bacillus licheniformis y Pseudomonas fluorescens.
Ornitina, lisina, péptido
Thiothiobacillus thiooxidans
Streptomyces schizii
Glucocereus Bacillus
Fosfolípidos
T. Oxidación del azufre
Ácidos grasos
Corynebacterium conejo
Parafina de Arthrobacter
p>2 Producción de biosurfactantes
Actualmente existen dos métodos de producción de biosurfactantes: fermentación microbiana y métodos enzimáticos.
Durante la producción por fermentación, el tipo y el rendimiento de los biosurfactantes dependen principalmente del tipo de bacteria de producción, la etapa de crecimiento, las propiedades del sustrato de carbono, la concentración de N, P y los iones metálicos Mg2+ y Fe2+ en el cultivo. medio y condiciones de cultivo (pH, temperatura, velocidad de agitación, etc.). Por ejemplo, Davis et al [5] encontraron que la concentración máxima de savantin (439,0 mg/L) se podía obtener en condiciones de agotamiento del oxígeno disuelto. y nitrógeno limitado. Kitamoto et al. [6] utilizaron células en reposo de Candida antarctica para producir manoeritritol. Después de optimizar las condiciones de cultivo, el rendimiento máximo puede alcanzar los 140 g/L. La producción de biosurfactantes mediante el método de fermentación tiene las ventajas de un bajo costo de producción, una amplia variedad, un proceso simple, etc., y es conveniente para la producción industrial a gran escala, pero el costo de separación y purificación del producto es alto.
En comparación con la fermentación microbiana, la mayoría de las moléculas tensioactivas sintetizadas mediante métodos enzimáticos tienen estructuras relativamente simples, pero también tienen una excelente actividad superficial. Sus ventajas son el bajo costo de extracción, la conveniente modificación de la estructura secundaria, la fácil purificación, las enzimas inmovilizadas que se pueden reutilizar y los tensioactivos sintetizados enzimáticamente se pueden usar para producir productos de alto valor agregado, como ingredientes farmacéuticos. Aunque el costo actual de las preparaciones de enzimas es alto, se espera que mejorar la estabilidad y actividad de las enzimas mediante tecnología de ingeniería genética reduzca sus costos de producción.
3 Extracción de biosurfactantes
La extracción de productos de fermentación (también llamado procesamiento downstream) representa alrededor del 60% del coste total de producción y es un paso importante en la comercialización de productos biosurfactantes. Gran obstáculo. El método de extracción óptimo de biosurfactantes varía según la operación de fermentación y sus propiedades fisicoquímicas. Entre ellos, la extracción con disolventes es el método de extracción más utilizado. Por ejemplo, Kuyukina et al. [7] utilizaron metil terc-butil éter para extraer biosurfactantes producidos por Rhodococcus, y se pudo obtener un rendimiento mayor de 10 mg/l. La ultrafiltración es un nuevo método para extraer biosurfactantes. Lin et al. [8] utilizaron una membrana de ultrafiltración con un límite de peso molecular de 30.000 Da para extraer el biosurfactante lipopéptido savantisina del caldo de fermentación de Bacillus subtilis, con un rendimiento del 95%. Mattei et al. diseñaron un dispositivo para la extracción continua de biosurfactantes. Los productos se pueden extraer continuamente mediante filtración de flujo tangencial con rendimientos de hasta 3 g/L [1]. Los métodos de extracción de productos que pueden combinarse con la producción de fermentación continua incluyen el método de separación de espuma, el método de resina de intercambio iónico, etc. Davis et al. [9] utilizaron el método de separación de espuma para extraer continuamente savantin producido por Bacillus subtilis y el rendimiento alcanzó el 71,4%. El proceso de extracción de ramnolípidos consiste en eliminar las células mediante filtración centrífuga, luego concentrar los ramnolípidos en la resina Amberlite XAD-2 mediante cromatografía de adsorción y luego purificar mediante cromatografía de intercambio iónico. Finalmente, mediante evaporación y liofilización se puede obtener el producto terminado con una pureza del 90%, con un rendimiento del 60% [2].
Aplicación de los biosurfactantes en ingeniería ambiental
Muchos surfactantes sintetizados químicamente dañan el medio ambiente ecológico debido a su degradación refractaria, toxicidad y acumulación en el ecosistema. Por el contrario, los biosurfactantes son más adecuados para el control de la contaminación en ingeniería ambiental debido a su fácil biodegradación y su no toxicidad para el medio ambiente ecológico.
Por ejemplo, se puede utilizar como recolector de flotación para atraer partículas coloidales cargadas en procesos de tratamiento de aguas residuales para eliminar iones metálicos tóxicos y remediar sitios contaminados por materia orgánica y metales pesados.
4.1 Aplicación en el proceso de tratamiento de aguas residuales
Cuando se tratan aguas residuales mediante métodos biológicos, los iones de metales pesados a menudo inhiben o envenenan la flora microbiana en los lodos activados. Por lo tanto, el pretratamiento es necesario cuando se tratan aguas residuales que contienen iones de metales pesados mediante métodos biológicos. En la actualidad, el método de precipitación con hidróxido se usa comúnmente para eliminar iones de metales pesados en aguas residuales, pero su eficiencia de precipitación está limitada por la solubilidad del hidróxido y el efecto de aplicación no es ideal. Cuando se utiliza el método de flotación para el pretratamiento de aguas residuales, debido a que el colector de flotación utilizado (como el tensioactivo dodecilsulfonato de sodio sintetizado químicamente) es difícil de degradar durante el proceso de tratamiento posterior, es fácil producir contaminación secundaria. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar alternativas biodegradables y no tóxicas, y los biosurfactantes ofrecen exactamente esta ventaja. Sin embargo, hay pocos estudios aplicados en esta área en el país y en el extranjero, y sólo se han publicado recientemente. Zouboulis et al. [10] estudiaron el problema del uso de biosurfactantes como colectores para eliminar dos iones metálicos tóxicos ampliamente presentes en las aguas residuales industriales: Cr4++ y Zn2++. Los resultados muestran que tanto Savantin como Bacillus licheniformis pueden separar bien αFeO(OH) o Cr4++ de FeCl3·6H2O. El quelato formado mejora en gran medida la tasa de eliminación de Cr4+ (50 mg/L), alcanzando casi el 100%. A pH 6, la tasa de eliminación de Zn2+ (50 mg/L) en el quelato es tan alta como 96%, pero en las mismas condiciones, el efecto del tratamiento de Bacillus licheniformis no es obvio y la tasa de eliminación es de aproximadamente 50%.