Biosurfactantes: qué son, clasificación, producción y aplicaciones
¿Qué son los biosurfactantes?
Los biosurfactantes son compuestos biológicos anfifílicos producidos por microorganismos como levaduras, bacterias y hongos filamentosos. Son excretados o retenidos como parte de la membrana celular microbiana. Se le dice biosurfactante porque provienen de un organismo vivo.
También algunos biosurfactantes son producidos por procesos biotecnológicos, usando enzimas que actúan sobre un compuesto químico biológico o producto natural.
Entre los biosurfactantes naturales se pueden mencionar las saponinas de plantas como la flor de cayena (Hibiscus sp.), la lecitina, los jugos biliares de los mamíferos o el surfactante pulmonar humano (con funciones fisiológicas muy importantes).
Adicionalmente, son biosurfactantes los aminoácidos y sus derivados, las betaínas y los fosfolípidos, productos naturales de origen biológico.
Clasificación de los biosurfactantes
Según la naturaleza de la carga eléctrica en la parte polar o cabeza
Los biosurfactantes pueden agruparse en las siguientes categorías, según la carga eléctrica de su cabeza polar:
Biosurfactantes aniónicos
Poseen carga negativa en el extremo polar, frecuentemente debido a la presencia de un grupo sulfonato –SO3–.
Biosurfactantes catiónicos
Tienen carga positiva en la cabeza, generalmente un grupo amonio cuaternario NR4+, donde R representa una cadena de carbono e hidrógeno.
Biosurfactantes anfóteros
Poseen las dos cargas, positiva y negativa en la misma molécula.
Biosurfactantes no iónicos
No poseen iones o cargas eléctricas en sus cabezas.
De acuerdo a su naturaleza química
Según su naturaleza química, los biosurfactantes se clasifican en los siguientes tipos:
Biosurfactantes glucolípidos
Los glucolípidos son moléculas que tienen en su estructura química una parte de lípido o grasa y una parte de azúcar.
La mayoría de los biosurfactantes conocidos son glucolípidos. Estos últimos consisten en sulfatos de azúcares como glucosa, galactosa, mannosa, ramnosa y galactosa.
Entre los glucolípidos, los más conocidos son los ramnolípidos, bioemulsificantes que han sido muy estudiados, de alta actividad emulsionante y alta afinidad por moléculas orgánicas hidrofóbicas (que no se disuelven en agua).
Son considerados los surfactantes más efectivos para la remoción de compuestos hidrofóbicos en suelos contaminados.
Como ejemplos de ramnolípidos se pueden mencionar los surfactantes que producen las bacterias del género Pseudomonas.
Existen otros glucolípidos, producidos por Torulopsis sp., con actividad biocida y usados en cosméticos, productos anticaspa, bacteriostáticos y como desodorantes corporales.
Biosurfactantes lipoproteínas y lipopéptidos
Las lipoproteínas son compuestos químicos que tienen en su estructura una parte de lípido o grasa y otra parte de proteína.
Por ejemplo, Bacillus subtilis es una bacteria que produce lipopéptidos llamados surfactinas. Estos son de los más poderosos biosurfactantes reductores de tensión superficial.
Las surfactinas tienen la capacidad de producir lisis de eritrocitos (ruptura de glóbulos rojos) de mamíferos. Además, pueden ser usadas como biocidas de plagas como pequeños roedores.
Biosurfactantes ácidos grasos
Algunos microorganismos pueden oxidar alcanos (cadenas de carbono e hidrógeno) a ácidos grasos que tienen propiedades surfactantes.
Biosurfactantes fosfolípidos
Los fosfolípidos son compuestos químicos que tienen grupos fosfato (PO43-), unidos a una parte con estructura de lípido. Forman parte de las membranas de los microorganismos.
Ciertas bacterias y levaduras que se alimentan de hidrocarburos, cuando crecen en sustratos de alcanos, incrementan la cantidad de fosfolípidos en su membrana. Por ejemplo, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans y Rhodococcus erythropolis.
Biosurfactantes poliméricos
Los biosurfactantes poliméricos son macromoléculas de alto peso molecular. Los biosurfactantes más estudiados de este grupo son: emulsan, liposan, mannoproteína y complejos de polisacáridos-proteínas.
Por ejemplo, la bacteria Acinetobacter calcoaceticus produce emulsan polianiónico (con varias cargas negativas), un bioemulsionante muy efectivo para hidrocarburos en agua. También es uno de los más potentes estabilizantes de emulsión conocidos.
Liposan es un emulsionante extracelular, soluble en agua, formado por polisacáridos y proteína de Candida lipolytica.
Saccharomyces cereviseae produce grandes cantidades de mannoproteínas con excelente actividad emulsionante de aceites, alcanos y solventes orgánicos.
Según su peso molecular
Los biosurfactantes se clasifican en dos categorías:
Biosurfactantes de bajo peso molecular
Con tensiones superficiales e interfaciales menores. Por ejemplo, los ramnolípidos.
Biosurfactantes poliméricos de alto peso molecular
Que se unen fuertemente a superficies, como los bioemulsionantes de alimentos.
Producción de biosurfactantes
Para la producción de biosurfactantes se emplean cultivos de microorganismos en biorreactores. La mayoría de estos microorganismos son aislados de medios contaminados, como lugares de desechos industriales o fosas de hidrocarburos desechados por la industria petrolera.
La producción eficiente de biosurfactantes depende de varios factores, como la naturaleza del sustrato o fuente de carbono utilizado como medio de cultivo y su grado de salinidad. Además, depende de factores como la temperatura, el pH y la disponibilidad de oxígeno.
Aplicaciones de los biosurfactantes
Actualmente, existe una enorme demanda comercial de biosurfactantes, debido a que los surfactantes obtenidos por síntesis química (a partir de derivados del petróleo) son tóxicos, no biodegradables y, por lo tanto, tienen regulaciones ambientales para su uso.
Estos problemas han generado un considerable interés por los biosurfactantes como alternativas biodegradables, no tóxicas.
Los biosurfactantes tienen aplicaciones en muchos campos, tales como:
Industria petrolera
Los biosurfactantes se usan en la extracción de petróleo y biorremediación (descontaminación con organismos vivos) de hidrocarburos. Ejemplo: el biosurfactante de Arthrobacter sp.
También son aplicados en procesos de biodesulfuración (eliminación del azufre usando microorganismos) de petróleo. Se han empleado especies del género Rhodococcus.
Saneamiento ambiental
Los biosurfactantes se usan en la biorremediación de suelos contaminados por metales tóxicos, como uranio, cadmio y plomo (biosurfactantes de Pseudomonas spp. y Rhodococcus spp.).
También son usados en procesos de biorremediación de suelos y aguas contaminadas por derrames de gasolina o petróleo.
Por ejemplo, Aeromonas sp. produce biosurfactantes que permiten la degradación de petróleo o reducción de moléculas grandes a unas más pequeñas, que sirven de nutrientes para los microorganismos, bacterias y hongos.
En procesos industriales
Los biosurfactantes son utilizados en la industria de detergentes y limpiadores, puesto que potencian la acción limpiadora al disolver las grasas que ensucian la ropa o superficies, en el agua de lavado.
También son usados como compuestos químicos auxiliares en la industria textil, de papel y en tenerías.
En la industria cosmética y farmacéutica
En la industria de cosméticos, Bacillus licheniformis produce biosurfactantes que se emplean como productos anticaspa, bacteriostáticos y desodorantes.
Algunos biosurfactantes son usados en la industria farmacéutica y biomédica por su actividad antimicrobiana y/o antifúngica.
En la industria de alimentos
En la industria de alimentos, se utilizan biosurfactantes en la fabricación de mayonesa (que es una emulsión de agua, huevo y aceite). Estos biosurfactantes provienen de lectinas y sus derivados, los cuales mejoran la calidad y adicionalmente el sabor.
En la agricultura
En agricultura se emplean biosurfactantes para el control biológico de patógenos (hongos, bacterias, virus) de los cultivos.
Otro uso de los biosurfactantes en agricultura es el incremento de la disponibilidad de micronutrientes del suelo.
Referencias
- Cameotra, S.S. y Makkar, R.S. (2004). Recent applications of biosurfactants as biological and immunological molecules. Current Opinions in Microbiology.
- Mulligan, C.N. (2005). Environmental applications for biosurfactants. Environmental Pollution.