I ciliati sono produttori prolifici di farmaci proteici.I loro poteri lavanti e sciogligrassi rendono i tensioattivi additivi indispensabili nei detergenti.Tuttavia, la maggior parte dei tensioattivi si basa sul petrolio, altri sull'olio di palmisti o sull'olio di cocco.Esistono anche biotensioattivi che sono prodotti biotecnologicamente da microrganismi.Ora stai uscendo dalla nicchia.Una panoramica compatta degli sviluppi attuali.I tensioattivi sono sostanze lavanti.Queste molecole sono una parte indispensabile degli agenti di pulizia, lavaggio e pulizia.La particolarità dei tensioattivi è la loro struttura molecolare che favorisce la pulizia: le molecole hanno un'estremità idrofila (amante dell'acqua) e una lipofila (amante dei grassi).I tensioattivi hanno quindi la proprietà di ridurre la tensione superficiale dell'acqua e la tensione interfacciale tra due fasi liquide.Questo aiuta a bagnare uniformemente gli oggetti con l'acqua.A causa della speciale struttura dei tensioattivi, è possibile miscelare due sostanze che in realtà non si mescolano.I tensioattivi sono quindi anche emulsionanti, cioè fanno sciogliere l'olio in acqua.Quando si puliscono i piatti sporchi, l'estremità lipofila si attacca alle particelle di sporco e l'estremità idrofila si allinea con l'acqua.Al di sopra di una certa concentrazione nell'acqua, i tensioattivi si dispongono in piccole sfere cave, le cosiddette micelle, all'interno delle quali possono essere intrappolate piccole particelle.In questo modo, sapone e altri tensioattivi non solo rimuovono il grasso, ma anche lo sporco.Una combinazione di diversi tensioattivi viene solitamente utilizzata nei detergenti.Esistono tensioattivi non ionici caratterizzati da resistenza agli acidi, agli alcali e alla durezza.Sono utilizzati in detersivi e detergenti e come emulsionanti.I tensioattivi anionici, cioè le molecole caricate negativamente, hanno un elevato potere lavante.Si trovano anche principalmente in detersivi, detersivi per piatti e detergenti per la casa.In emollienti e condizionanti vengono utilizzati tensioattivi cationici caricati positivamente con un'elevata affinità per le fibre.I tensioattivi anfoteri molto delicati con un gruppo funzionale caricato negativamente e uno positivo sono adatti per la cosmesi.4.500 anni: ecco quanto tempo è passato da quando gli esseri umani hanno prodotto e utilizzato tensioattivi per la prima volta: circa 2.500 aC.i Sumeri avevano una ricetta per fare il sapone.Da quando i Sumeri producevano per la prima volta sapone con olio d'oliva e potassa, la produzione e l'uso dei tensioattivi si sono evoluti in modo significativo.Per il loro effetto pulente, i tensioattivi sono oggi utilizzati in detersivi, detergenti per la casa e industriali, ma anche in prodotti per la cura della persona come shampoo e gel doccia.Le industrie cosmetiche e alimentari apprezzano l'effetto dei tensioattivi come emulsionanti, ad esempio per una migliore solubilità del cacao in polvere.Nelle vernici, i tensioattivi agiscono come agenti disperdenti per mantenere le particelle solide in sospensione fino a quando la vernice non si è asciugata.In fotografia, i tensioattivi utilizzati come agenti umettanti impediscono la formazione di striature e macchie di secchezza durante lo sviluppo della pellicola.Questo effetto bagnante è apprezzato anche dai produttori di pesticidi, poiché possono essere applicati in modo più efficace sulle foglie, e dai produttori di unguenti medicinali.Tuttavia, i tensioattivi nella loro forma attuale stanno scomparendo sempre più dall'industria tessile, dove in precedenza venivano utilizzati come rivestimento idrorepellente sugli indumenti funzionali.Tuttavia, la loro forma perfluorurata è difficilmente biodegradabile, motivo per cui sempre più produttori cercano alternative.I ricercatori di mercato stimano la produzione annua globale di tensioattivi a circa 20 milioni di tonnellate e le vendite a circa 33 miliardi di euro.In Europa occidentale, circa la metà è rappresentata da detersivi e detergenti.Per il periodo fino al 2024, la Deutsche Industriebank prevede una crescita annua fino al quattro percento per il mercato dei tensioattivi.I moderni tensioattivi sintetici sono in circolazione dalla metà del 20° secolo.La loro svolta arrivò nel 1946 con il tetrapropilenbenzensolfonato sviluppato da Normann K. Adam.Ormai da diversi anni, un'altra generazione sta provocando una rivoluzione con i biotensioattivi.Ma come sono fatti i tensioattivi?Tensioattivi sintetici-chimici: Possono essere ottenuti sia da materie prime rinnovabili che dal petrolio.I tensioattivi misti sono costituiti da materie prime sia petrolchimiche che bio-based.I saponi sono tensioattivi solitamente ottenuti da materie prime rinnovabili.I saponi solidi sono costituiti dai sali degli acidi grassi.Nel caso del sapone di cagliata si tratta in particolare di sali di sodio e, nel caso del sapone morbido, di sali di potassio.Il noto sapone di galla è una miscela di sali di sodio e bile bovina.Oli vegetali e talvolta anche grassi animali sono usati come materie prime per i tensioattivi.Vengono bolliti con una liscivia, che porta alla cosiddetta saponificazione: si formano glicerina e i sali dei rispettivi acidi grassi.Inoltre, esiste anche la saponificazione a freddo, soprattutto nei cosmetici naturali, in cui oli di alta qualità vengono miscelati con soda caustica.Una delle proprietà positive dei tensioattivi derivati ​​da sostanze naturali è che le loro materie prime sono bio-based e facilmente biodegradabili.Inoltre, la produzione richiede poca energia.Tuttavia, le loro prestazioni pulenti sono limitate, così come la loro compatibilità con la pelle, poiché i saponi rimuovono anche parte dello strato protettivo di grasso della pelle.Formano anche film lubrificanti in acqua dura.Quasi tutti i tensioattivi possono ora essere ottenuti anche a base di oli e grassi animali o vegetali.A causa delle proprietà tecniche, tuttavia, si tratta principalmente di oli provenienti da colture tropicali con un'elevata percentuale di acido laurico, ad esempio olio di cocco o di palmisti.Per raggiungere migliori equilibri ecologici, i produttori locali si affidano sempre più a tensioattivi a base biologica a base di piante oleaginose europee come colza, olive, lino e girasole.Tuttavia, questi di solito hanno un basso contenuto di acido laurico.I passaggi chimico-sintetici dall'olio vegetale al tensioattivo sono molto complessi.Tensioattivi petrolchimici: i tensioattivi a base di petrolio hanno prestazioni di pulizia migliori rispetto al sapone e sono meno sensibili alla durezza dell'acqua.Tuttavia, sono anche delicati sulla pelle solo in misura limitata.I tensioattivi sintetici sono prodotti trasformando sostanze chimiche derivate dal petrolio, come alcani o alcoli grassi, in alcani solfati o eteri poliglicolici di alcol grasso, ad esempio.Il problema: molti tensioattivi sintetici oi loro prodotti di degradazione non sono completamente biodegradabili, il che può inquinare i corpi idrici.Non solo i whitecaps sui fiumi negli anni '80 hanno portato a un ripensamento nel settore.Il regolamento europeo sui detersivi stabilisce che un tensioattivo deve essere biodegradabile se esposto all'ossigeno - questo è garantito in un impianto di trattamento delle acque reflue.La legge sui detergenti e gli agenti di pulizia stabilisce inoltre che la degradabilità primaria dei tensioattivi deve essere almeno dell'80%.Tuttavia, la legge non prevede nulla sulla degradazione finale dei prodotti di degradazione risultanti in acqua, minerali e CO2, motivo per cui nella pratica esistono grandi differenze.Questo può essere problematico, come mostra il caso degli alchilfenoli etossilati: nel suolo e negli impianti di trattamento delle acque reflue, vengono scomposti in nonalfenolo, che è considerato un interferente endocrino, cioè può danneggiare il sistema ormonale.In linea di principio, dal 1964 esistono tensioattivi sintetici biologicamente degradabili sotto forma di alchilbenzensolfonati.Non solo sono sintetizzati a base di petrolio, ma sono spesso a base di oli vegetali.Biotensioattivi microbici: I biotensioattivi in ​​senso stretto sono prodotti biotecnologicamente da microrganismi sulla base di materie prime rinnovabili.Sono biodegradabili, insensibili alla durezza dell'acqua e, nonostante il loro forte potere pulente, sono delicati sulla pelle.I ricercatori hanno scoperto il potenziale dei biotensioattivi alla fine degli anni '80.Tuttavia, una produzione economicamente vantaggiosa è diventata possibile solo di recente: uno dei pionieri è il gruppo tedesco di specialità chimiche Evonik, che è stato coinvolto nello sviluppo dal 2010 e ha iniziato a promuovere la commercializzazione del processo biotecnologico alcuni anni fa.La principale sfida tecnica è controllare la formazione di schiuma nei grandi volumi di produzione.In natura, alcuni microrganismi producono naturalmente tensioattivi per aiutare a dissolvere i grassi di cui si nutrono.Un esempio di questo è l'agente patogeno Pseudomonas aeruginosa, che produce ramnolipidi.Tuttavia, anche altri biotensioattivi provenienti da diversi microrganismi sono oggetto di ricerca o sono nelle prime fasi della commercializzazione.I ramnolipidi sono prodotti da batteri del genere Pseudomonas, che richiedono zucchero o glicerolo come materia prima.Hanno un ottimo effetto pulente e si trovano già in alcuni detergenti per la casa.Inoltre, sono completamente biodegradabili con e senza ossigeno.I soforolipidi sono prodotti dai funghi del lievito, che possono nutrirsi di oli vegetali oltre agli zuccheri.Finora hanno ottenuto la migliore resa di prodotto tra i biotensioattivi con oltre 400 grammi per litro.Sono stati trovati in commercio nelle creme per la pelle per qualche tempo.La surfattina è prodotta dal batterio Bacillus subtilis.È considerato il biotensioattivo più conosciuto e studiato per la commercializzazione.I lipidi di cellobiosio e i lipidi di mannosileritritolo (MEL) sono prodotti dalla famiglia di funghi fuligginosi non patogeni Ustilaginaceae, tra cui Ustilago maydis o Moesziomyces aphidis.Tuttavia, il suo utilizzo è ancora in fase di ricerca.Altri biotensioattivi sono Emulsan (prodotto da Acinetobacter calcoaceticus) e Liposan (da Candida lipolytica).Detergente multiuso con soforolipidi Nel 2016, il produttore belga Ecover è stato il primo a lanciare un detergente multiuso con soforolipidi.I biotensioattivi provenivano da Evonik e sono stati prodotti utilizzando il lievito Starmerella bombicola, che ha già tutti i processi metabolici necessari allo stato selvatico.Il ceppo di produzione è stato ottimizzato di conseguenza per produrre soforolipidi in grandi quantità.Zucchero e olio di colza sono usati come materie prime.Nonostante gli ostacoli tecnici per evitare la formazione di schiuma e purificare il biotensioattivo, ci sono voluti sei anni per svilupparlo prima che fosse pronto per il mercato.Il fatto che i soforolipidi schiumano meno dei ramnolipidi si è rivelato utile.Rhamnolipidi per prodotti per la pulizia Evonik lavora con i ramnolipidi da molti anni e collabora con il gigante dei beni di consumo Unilever, che vuole utilizzare i biotensioattivi per i prodotti per la pulizia.Secondo l'azienda, la produzione è su scala commerciale dal 2020 e dovrebbe essere ampliata.Evonik non utilizza il batterio patogeno Pseudomonas aeruginosa, ma ha trasferito i geni rilevanti al batterio Pseudomonas putida.Il team di sviluppo ha anche modificato questo aspetto in modo che il microrganismo non utilizzi più l'olio vegetale come fonte di carbonio, ma possa cavarsela solo con lo zucchero.A medio termine, questo zucchero dovrebbe provenire da residui.Breve panoramica di altri produttori Altre aziende stanno ora pubblicizzando biotensioattivi, tra cui AkzoNobel, BASF-Cognis, Jeneil Biotech, Lanxess, MG Intobio, Mitsubishi Chemical Corporation, Saraya e Urumqi Unite.Tuttavia, non è sempre del tutto chiaro se le aziende si riferiscano davvero a tensioattivi prodotti biotecnologicamente o semplicemente vogliano fare riferimento alla combinazione di materie prime bio-based e biodegradabilità.Al fine di promuovere lo sviluppo e la produzione biotecnologica di biotensioattivi da materie prime rinnovabili nazionali e residui, diversi istituti di ricerca e aziende in Germania hanno unito le forze nella "Innovation Alliance for Function-Optimized Biosurfactants".Il Karlsruhe Institute of Technology (KIT), l'Università tecnica di Monaco (TUM), l'Università di Hohenheim, l'Università di Stoccarda e l'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia (IGB) sono coinvolti negli istituti di ricerca.Il consorzio è coordinato dal produttore di detergenti e cosmetici Dalli-Werke GmbH & Co. KG.Nella prima fase di finanziamento dal 2018 sono state coinvolte anche le società di biotecnologie Analyticon Discovery, Insilico Biotechnology e Biotensidon.Altri partner sono il gruppo Henkel, il gruppo chimico BASF, l'azienda di automazione Festo, il produttore di proteine ​​di insetti Hermetia e il produttore di zucchero Pfeifer & Langen.A metà del 2021 l'alleanza, valutata positivamente, ha iniziato la sua seconda fase di finanziamento fino al 2024.Il Ministero Federale dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF) sostiene l'alleanza strategica dei biotensioattivi nell'ambito della "Iniziativa di innovazione per le biotecnologie industriali" con un totale di 6,4 milioni di euro.L'obiettivo dell'alleanza è scoprire il portafoglio più ampio possibile di diversi biotensioattivi per il maggior numero possibile di aree di applicazione."Si tratta di trovare diverse varianti di molecole e testarne l'idoneità.Da due a tre grammi di laboratorio non bastano.Dobbiamo ottimizzare e ridimensionare i processi per quantità di campioni più grandi in una fase iniziale", ha affermato Susanne Zibek, responsabile del gruppo per lo sviluppo di bioprocessi presso il Fraunhofer IGB e promotrice dell'alleanza, recentemente alla trascrizione della rivista di scienze della vita.In primo luogo, i biotensioattivi potenzialmente interessanti sono stati identificati e descritti dai gruppi di ricerca ed esaminati per il loro potenziale applicativo insieme ai partner industriali.Sono stati quindi stabiliti processi biotecnologici per i biotensioattivi prioritari dalle aziende e ottimizzati per un'elevata resa spazio-temporale.Processi di purificazione efficienti costituivano l'ultimo passaggio.Gli aspetti di sostenibilità e rilevanza per il mercato sono stati sempre tenuti presenti.Al Fraunhofer IGB, i ricercatori si stanno concentrando sui lipidi del cellobiosio e sui lipidi del mannosileritritolo, al KIT sulla tensioattiva biotensiva.L'Università di Hohenheim è particolarmente interessata al legno duro come materia prima, l'Università di Stoccarda sta studiando, tra le altre cose, la riduzione dell'impatto ambientale e l'Università tecnica di Monaco ha sviluppato una valutazione di sostenibilità."Per me è stato uno dei più bei progetti congiunti finora", afferma Zibek nella trascrizione."Abbiamo partner industriali molto impegnati che sono interessati a testare i biotensioattivi e ad aiutare a sviluppare i processi e le materie prime." Nell'alleanza, finora sono state trovate circa 20 varianti di molecole e per tutte sono stati ottenuti risultati positivi.La seconda fase di finanziamento di Allianz Biotenside, con una composizione leggermente diversa dei partner, riguarda principalmente l'espansione della produttività e della scalabilità dei processi.Ciò dovrebbe essere ottenuto anche attraverso l'automazione e la digitalizzazione.BestBioSurf Il progetto BestBioSurf combina bioinformatica, biologia sintetica e progettazione di percorsi metabolici per ottimizzare i biotensioattivi consolidati ei loro processi di fermentazione.Le condizioni al contorno sono la compatibilità ambientale e l'efficienza economica.Le applicazioni dovrebbero spaziare dall'agricoltura alla medicina fino ai cosmetici.Il sostegno finanziario per il progetto internazionale proviene, tra gli altri, dal Ministero federale dell'alimentazione e dell'agricoltura e dall'UE.Il partner tedesco è l'Università di Tubinga.CARBOSURF Il progetto dell'UE CARBOSURF si è svolto da agosto 2015 a luglio 2018. Ha perseguito con successo l'obiettivo di sviluppare nuovi biotensioattivi simili alla natura che possono essere prodotti da prodotti di scarto agricoli e utilizzati nell'industria alimentare e cosmetica.L'attenzione si è concentrata sui microrganismi Starmerella bombicola, Saccharomyces cerevisiae ed Escherichia coli, nonché sui biotensioattivi soforolipidi, ramnolipidi, xilolipidi e MEL.I partner tedeschi erano Fraunhofer IGB, Evonik e IMD Natural Solutions.Il budget del progetto era di circa 6 milioni di euro, di cui 2,7 milioni di euro provenivano da fondi della Bio-Based Industries Joint Undertaking.GlycoX Con l'iniziativa BioProMare, il BMBF persegue l'obiettivo di ricercare e sviluppare il potenziale biotecnologico delle forme di vita in mare.Un progetto in questa iniziativa è GlycoX, che sblocca il percorso biosintetico dei glicolipidi in Alcanivorax borkumensis.Nel corso del progetto, il batterio scoperto nel Mare del Nord sarà utilizzato per produrre nuovi biotensioattivi.I partner del progetto sono l'Università RWTH di Aquisgrana, l'Università di Düsseldorf e l'Università di Bonn.La BMBF finanzia il progetto da febbraio 2020 a gennaio 2023.LIPOMAR LIPOMAR - "Lipidi e sostanze tensioattive da biomassa marina" - è un sottoprogetto della rete BioKatalyse 2021. Ha perseguito e raggiunto l'obiettivo di identificare tensioattivi di alta qualità dalle macroalghe e convertirli in una fermentazione microbica.Da settembre 2013 ad agosto 2016 vi hanno lavorato le società Clariant e Hanseatische Umwelt CAM, nonché la TU Hamburg-Harburg, la TU Munich e il Fraunhofer IGB.Circa 1,2 milioni di euro sono confluiti nel progetto, il 34,5% finanziato dalla BMBF.Ramnolipidi di terza generazione “Rhamnolipidi di terza generazione – prodotti a base di xilosio”.Questo è il titolo di un progetto congiunto finanziato dal Ministero Federale dell'Agricoltura.I gruppi di ricerca delle università di Hohenheim e Ulm e dell'Università tecnica di Braunschweig hanno identificato la via metabolica attraverso la quale Pseudomonas aeruginosa produce i ramnolipidi e li hanno trasferiti all'innocuo batterio P. putida utilizzando metodi di ingegneria genetica.Inoltre, è stato possibile per il microbo utilizzare lo xilosio e altre frazioni zuccherine come sostanze nutritive, che vengono prodotte durante l'estrazione della lignocellulosa dal legno.Il team è stato anche in grado di ottimizzare il processo di fermentazione insieme al partner industriale Evonik.Per attivare il video, fare clic sul pulsante "Riproduci video".Segnaliamo che l'avvio del video trasmetterà i dati a YouTube.