Che cosa sono i biosurfattanti?

I biosurfattanti sono metaboliti secreti dai microrganismi durante i loro processi metabolici in specifiche condizioni di coltivazione. Rispetto ai tensioattivi sintetizzati chimicamente, i biosurfattanti possiedono molte caratteristiche uniche, come la diversità strutturale, la biodegradabilità, l'ampia attività biologica e la compatibilità ambientale. A causa di fattori quali la disponibilità delle materie prime, il costo e i limiti prestazionali dei tensioattivi sintetici, unitamente alla loro tendenza a causare un grave inquinamento ambientale e a rappresentare un rischio per la salute umana durante la produzione e l'utilizzo, la ricerca sui biosurfattanti è cresciuta significativamente negli ultimi due decenni, parallelamente alla crescente consapevolezza ambientale e sanitaria. Il settore si è sviluppato rapidamente, con numerosi brevetti depositati a livello internazionale per diversi biosurfattanti e i relativi processi di produzione. In Cina, la ricerca si è concentrata principalmente sull'applicazione dei biosurfattanti nel recupero avanzato del petrolio e nella biorisanamento.

1. Tipologie di biosurfattanti e ceppi produttori

1.1 Tipologie di biosurfattanti

I tensioattivi sintetizzati chimicamente vengono generalmente classificati in base ai loro gruppi polari, mentre i biotensioattivi sono categorizzati in base alle loro proprietà biochimiche e ai microrganismi che li producono. Si dividono in genere in cinque tipologie: glicolipidi, fosfolipidi e acidi grassi, lipopeptidi e lipoproteine, tensioattivi polimerici e tensioattivi specializzati.

1.2 Ceppi produttori di biosurfattanti

La maggior parte dei biosurfattanti sono metaboliti di batteri, lieviti e funghi. Questi ceppi produttori vengono prevalentemente isolati da laghi, suoli o ambienti marini contaminati da petrolio.

2. Produzione di biosurfattanti

Attualmente, i biosurfattanti possono essere prodotti principalmente tramite due metodi: la fermentazione microbica e la sintesi enzimatica.

Nella fermentazione, il tipo e la resa dei biosurfattanti dipendono principalmente dal ceppo del microrganismo, dalla sua fase di crescita, dalla natura del substrato carbonioso, dalle concentrazioni di N, P e ioni metallici (come Mg²⁺ e Fe²⁺) nel mezzo di coltura, nonché dalle condizioni di coltivazione (pH, temperatura, velocità di agitazione, ecc.). I vantaggi della fermentazione includono bassi costi di produzione, diversità di prodotti e processi semplici, che la rendono adatta alla produzione industriale su larga scala. Tuttavia, i costi di separazione e purificazione possono essere elevati.

Al contrario, i tensioattivi sintetizzati enzimaticamente presentano spesso strutture molecolari relativamente più semplici, ma mostrano un'attività superficiale altrettanto eccellente. I vantaggi dell'approccio enzimatico includono costi di estrazione inferiori, facilità di modifica strutturale, purificazione semplice e riutilizzabilità degli enzimi immobilizzati. Inoltre, i tensioattivi sintetizzati enzimaticamente possono essere utilizzati per produrre prodotti ad alto valore aggiunto, come i componenti farmaceutici. Sebbene i costi degli enzimi siano attualmente elevati, si prevede che i progressi nell'ingegneria genetica volti a migliorare la stabilità e l'attività enzimatica ridurranno le spese di produzione.