بیوسورفکتانت ها

بیوسورفکتانت ها

دکتر حمیدرضا احمدی آشتیانی (عضو هیات علمی دانشگاه علوم پزشکی آزاد اسلامی تهران و عضو هیات علمی مرکز تحقیقات فرآورده های آرایشی و بهداشتی کشور)

مصطفی غفوری گوراب (عضو گروه تحقیق و توسعه شرکت سپیتاک)

مواد فعال سطحی یا سورفکتانت ها، یکی از پرکاربرد ترین مواد شیمیایی مورد استفاده در زندگی روزمره انسان ها است. از شروع قرن بیستم، تولید طیف گسترده ای از سورفکتانت های سنتزی از منابع نفتی به شکل قابل توجهی افزایش یافت ]۱[. سورفکتانت ها، مولکول هایی آمفی‌فیلیک (دارای سر قطبی و ناقطبی) هستند. این مولکول ها دارای هر دو بخش آبدوست و آبگریز می باشند، به طوری که در حد فاصل لایه هایی با قطبیت های مختلف و پیوند های هیدروژنی مانند آب و روغن یا آب و هوا قرار می گیرند ]۲[. خطرات و یا اثرات منفی سورفکتانت های شیمیایی، باعث پیگیری ایجاد سورفکتانت هایی با خطر کم تر شدند. از این بین، سورفکتانت های بیولوژیک یا بیوسورفکتانت ها در این حوزه مورد توجه قرار گرفته اند. سورفکتانت های مشتق شده از میکروب ها یا بیوسورفکتانت ها برای اولین مرتبه در سال ۱۹۶۰ به عنوان یک ترکیب خارج سلولی در تحقیقاتی که در زمینه ی تخمیر هیدروکربن ها انجام می شد، کشف شدند ]۱[. بیوسورفکتانت ها جهت افزایش دسترسی به مواد غذایی و افزایش رشد در محیط، توسط میکروارگانیسم ها بر روی سطح تولید می شوند ]۳[. بیوسورفکتانت ها را می توان از نقطه نظر های مختلفی طبقه‌بندی کرد. مهم ترین و عمومی ترین طبقه بندی آن ها از نظر وزن مولکولی است. به طور کلی بیوسورفکتانت ها به دو گروه با وزن مولکولی بالا و با وزن مولکولی پایین تقسیم بندی می شوند ]۴[. گلیکولیپید ها، اسید های چرب، لیپید های خنثی، فسفولیپید ها لیپوپپتید ها و لیپوپروتئین ها مهم ترین بیوسورفکتانت ها با وزن مولکولی پایین و بیوسورفکتانت های پلیمری و ذره ای مهم ترین بیوسورفکتانت ها با وزن مولکولی بالا را تشکیل می دهند ]۴[. علاوه بر این، بیوسورفکتانت ها از نقطه نظر بار الکتریکی و میکروارگانیسم تولید کننده نیز قابل طبقه بندی و بررسی هستند. به طور کلی سورفکتانت ها از نظر بار الکتریکی به دو گروه یونی و غیر یونی تقسیم بندی می شوند، حال بخش یونی ممکن است به صورت آنیونی، کاتیونی و یا آمفوتری باشد ]۵[. سورفکتانت های بیولوژیک تنها به صورت غیر یونی و آنیونی یافت می شوند ]۵[. نهایتاً می توان بیوسورفکتانت ها را با توجه به گونه ی تولید کننده آن ها نیز تقسیم بندی کرد؛ بر همین اساس، عوامل تولید کننده ی بیوسورفکتانت ها شامل باکتری ها، قارچ ها و مخمرها هستند ]۵[. قبل از این که وارد کاربرد های این مولکول ها شویم ابتدا خلاصه ای از مزایا و معایب آن ها را مورد بررسی قرار خواهیم داد. مزایایی بیوسورفکتانت ها عبارت اند از ]۴[:
۱- سازگاری با محیط زیست و زیست تخریب پذیری
۲- قابلیت هضم (مفید جهت کاربرد در صنایع غذایی و دارویی)
۳- سمیت عمومی پایین (در اغلب موارد)
۴- فعالیت سطحی مناسب ( مهم جهت کاربرد های آرایشی و بهداشتی)
۵- در دسترس بودن مواد اولیه جهت تولید (از جمله باقیمانده ی محصولات کشاورزی)
۶- اقتصادی بودن تولید (با توجه به این که امکان تولید بیوسورفکتانت از زباله های صنایع مقدور است)
۷- عوامل فیزیکی (بسیاری از میکروارگانیسم ها می توانند در شرایط شدید pH و دما فعال باشند)
معایب بیوسورفکتانت ها عبارت اند از ]۴[:
۱- بالا بودن هزینه ی تولید انبوه
۲- دشوار بودن دسترسی به بیوسورفکتانت خالص
۳- بهره وری پایین (مقدار بسیار کمی بیوسورفکتانت تولید می شود)
بیوسورفکتانت ها در زمینه های مختلفی از جمله آرایشی- بهداشتی، داروسازی، کشاورزی، مواد غذایی، نفت و غیره کاربرد دارند. در ادامه به مرور کاربرد های این خانواده از سورفکتانت ها در صنعت آرایشی و بهداشتی با تاکیید بر شامپو ها خواهیم پرداخت.
بیوسورفکتانت ها می توانند در شامپو ها و سایر محصولات بهداشتی به عنوان امولسیفایر عمل کنند. به عنوان مثالKim و همکارانش، توضیح دادند گلیکولیپید بیوسورفکتانت هایی که توسط Candida antarctica SY16 تولید می‌شوند، در غلظت های پایین توانایی امولسیون کردن روغن گیاه را دارد و میزان HLB آن ۸/۸ است]۸[. علاوه بر این بیوسورفکتانت ها می توانند نقش آنتی باکتریالی داشته باشند. به عنوان نمونه، Defdsanto و همکارانش، با استفاده از رامینولیپید (نوعی گلیکولیپید) های تولید شده توسط P. aeruginosa ، فرمولاسیون شامپویی که حاوی ۲ درصد رامینولیپید حل شده در آب است، پیشنهاد کرده اند. نتایج نشان می دهد که اثرات آنتی باکتریالی، موجب از بین رفتن بوی اسکالپ برای ۳ روز می شود درحالی که درخشندگی مو باقی می ماند ]۶[. در تحقیقی دیگر، رامینولیپید ها و سوفورولیپید هایی که توسط نویسندگان استفاده می‌شد، در ترکیب با ۱۰ درصد روغن اولئیک در محصولات مختلف آرایشی و بهداشتی مانند شامپو های نرم کننده‌ی ضد شوره، پاک کننده های پوست که دارای خاصیت مرطوب کنندگی هستند، تمیز کننده های بدن، ژل های استحمام مورد استفاده قرار گرفت ]۷[.
در بعضی از بررسی های آزمایشگاهی، بیوسورفکتانت رامینولیپیدی که از P. aeruginosa مشتق شده است، موثر تر از سورفکتانت های سنتزی مانند Tween 60 ]9[، SDS و polyoxyethylene ]10[، sorbitan monooleate ]11[، SDS و Pluronic F-68 ]12[ گزارش شده است، ولی معمولاً بیوسورفکتانت ها را در ترکیب با سورفکتانت های سنتزی استفاده می کنند؛ به عنوان مثال، Trevor و همکارانش، با استفاده از سوفورولیپید ها به همراه سورفکتانت های آنیونی، فرمولاسیون ملایمی برای شستوشوی شخصی، ژل های استحمام و فرمولاسیون شامپو ها از آماده سازی کردند ]۱۳[.Kulkarni و Choudhary متوجه شدند سوفورولیپید هایی که از Starmerella bombicola ناشی می شوند در ترکیب با کوکوآمیدوپروپیل بتائین (نسبت ۲:۳)، فرمولاسیون مناسبی را برای بدن شوی آماده می کند ]۱۴[.
بیوسورفکتانت ها می توانند به عنوان مرطوب کننده نیز کاربرد داشته باشند؛ سوفورولیپیدی که توسط Torulopsis bombicolu تولید می‌شود با الکیلن اکسید ها واکنش می دهد تا گروهی از زنجیره های طولانی آلکیل سوفورولیپید ها را تشکیل دهد ]۱۵[. این ترکیبات که به صورت شیمیایی مورد اصلاح قرار گرفته اند، تکمیل کننده مواد مرطوب کننده‌ی طبیعی (NMFs) هستند. Oleylsophorolipid دارای HLB 7 تا ۸ است و نشان می دهد سازگاری مناسبی با پوست دارد ]۱۶[. با توجه با خاصیت باکتریالی سوفورولیپید ها (نوعی گلیکولیپید) می‌توانند در محصولات آرایشی بهداشتی مربوط به آکنه، شوره و بوی بدن مورد استفاده قرار بگیرند ]۱۷[.
ویژگی های عالی گلیکولیپید بیوسورفکتانت های ناشی از مخمر ها، منجر به قرار گیری آن ها در مواد تشکیل دهنده لوازم آرایشی و بهداشتی مانند مواد مرطوب کننده ی پوست خشک، محصولات ترمیم کننده ی موی آسیب دیده، فعال کننده‌ی فیبروبلاست، سلول های پاپیلا و آنتی اکسیدانت ها و اثر محافظتی بر روی سلول های پوست، شده است ]۱۸[ که در محصولات برند کازموسپ از تکنولوژی بیوسورفکتانت استفاده شده است. موارد ذکر شده تنها بخش اندکی از کاربرد های بیوسورفکتانت ها محصولات مراقبت از مو بوده است.

منابع
[۱]. Kitamoto D, Isoda H and Nakahara T, Functions and potential applications of glycolipid biosurfactants. J Biosci Bioeng 94:187–۲۰۱ (۲۰۰۲).
[۲]. Vance MH, Gusmao NB, Campos GM (2003) New bioemulsifiers produced by Candida lipolytica using D-glucose and babassu oil as carbon sources. J Microbiol 34, 120–۳٫
[۳]. Coronel León J, Manresa Presas M, Marqués Villavecchia AM. Lichenysin production and application in the pharmaceutical field. Recent Advances in Pharmaceutical Sciences VI, 2016, Research Signpost Editors: Diego Muñoz Torrero, Àngela Domínguez García & Ma Ángeles Manresa Presas ISBN: 978-81-308-0566-5 Chapter 9, p 147-163. 2016.
[۴]. De S, Malik S, Ghosh A, Saha R, Saha B. A review on natural surfactants. RSC advances. 2015;5(81):65757-67.
[۵]. Shekhar S, Sundaramanickam A, Balasubramanian T. Biosurfactant producing microbes and their potential applications: A review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2015;45(14):1522-54.
[۶]. Desanto K. Rhamnolipid-based formulations. Patent WO 2008013899 A2; 2008.
[۷]. Vecino X, Cruz J, Moldes A, Rodrigues L. Biosurfactants in cosmetic formulations: trends and challenges. Critical reviews in biotechnology. 2017;37(7):911-23.
[۸]. Kim HS, Jeon JW, Kim SB, et al. Surface and physicochemical properties of a glycolipid biosurfactant, mannosylerythritol lipid, from Candida antarctica. Biotechnol Lett. 2002;24:1637–۱۶۴۱٫
[۹]. ScheibenbogenK, Zytner RG, LeeHandTrevors JT, Enhanced removal of selected hydrocarbons from soil by Pseudomonas Aeruginosa UG2biosurfactants andsomechemical surfactants. JChemTechnol Biotechnol 59:53–۵۹ (۱۹۹۴).
[۱۰]. Hirata Y, Ryua M, Odaa Y, Igarashia K, Nagatsuka A, Furuta T et al., Novel characteristics of sophorolipids, yeast glycolipid biosurfactants, as biodegradable low-foaming surfactants. J Biosci Bioeng 108:142–۱۴۶ (۲۰۰۹).
[۱۱]. Bai G, Brusseau ML and Miller RM, Biosurfactant-enhanced removal of hydrocarbon from soil. JContHydrol 25:157–۱۷۰ (۱۹۹۷).
[۱۲] Pornsunthorntawee O, Wongpanit P, Chavadej S, Abe M and Rujiravanit R, Structural and physicochemical characterization of crude biosurfactant produced by Pseudomonas aeruginosa SP4 isolated from petroleum-contaminated soil. Bioresour Technol 99:1589–۱۵۹۵ (۲۰۰۸).
[۱۳]. Trevor F, Crawford R, Garry L, et al. Mild to the skin, foaming detergent composition. Patent US 8563490 B2; 2013.
[۱۴]. Kulkarni S, Choudhary P. Production and isolation of biosurfactant-sophorolipid and its application in body wash formulation. Asian J Microbiol Biotechnol Environ Sci. 2011;13:217–۲۲۱٫
[۱۵]. Inoue, S. Biosurfactants in cosmetic applications. Proceedings of the World Conference on Biotechnology for the Fats and Oils Industry, Am. Oil Chem. SOC. p. 206-10 (1988).
[۱۶]. Brown MJ. Biosurfactants for cosmetic applications. International journal of cosmetic science. 1991;13(2):61-4.
[۱۷] Mnif,I. and Ghribi, D.: Glycolipids biosurfactants; potential related biomedical and biotechnologicalapplications, Carbohydr.Res.inpress (2015). DOI:10.1016/j.carres.2015.07.016
[۱۸] Morita T, Fukuoka T, Imura T, et al. Production of mannosylerythritol lipids and their application in cosmetics. Appl Microbiol Biotechnol. 2013;97: 4691–۴۷۰۰٫

نوشتهٔ بعدی
نقش pH مناسب شامپوهای درمانی در حفظ سلامت مو و پوست سر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
You need to agree with the terms to proceed

فهرست