TENSIOACTIFS ET BIOSURFACTANTS: À QUOI ÇA SERT, EXEMPLES ET UTILISATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Un tensioactif est un composé chimique capable de réduire la tension superficielle d'une substance liquide, agissant à une interface ou surface de contact entre deux phases, par exemple eau-air ou eau-huile.

Le terme surfactant vient du mot anglais surfactant, lui-même dérivé de l'acronyme de l'expression surf ace active agent, qui signifie en espagnol agent à activité interfaciale ou de surface.

Figure 1. Structure des tensioactifs. Source: Mesure majeure, de Wikimedia Commons

En espagnol, le mot «tensioactif» est utilisé, se référant à la capacité d'un composé chimique à agir sur la tension superficielle ou interfaciale. La tension superficielle peut être définie comme une résistance que les liquides doivent augmenter leur surface.

L'eau a une tension superficielle élevée car ses molécules sont très étroitement liées et résistent à la séparation lorsqu'une pression est exercée sur leur surface.

Par exemple, certains insectes aquatiques, comme le «cordonnier» (Gerris lacustris), peuvent se déplacer sur l'eau sans couler, grâce à la tension superficielle de l'eau, ce qui permet la formation d'un film à leur surface.

Figure 2. Insecte capable de se déplacer sur l'eau. Source: TimVickers, de Wikimedia Commons

De plus, une aiguille en acier reste à la surface de l'eau et ne coule pas, en raison de la tension superficielle de l'eau.

Structure et fonction des surfactants

Tous les agents chimiques tensioactifs ou tensioactifs sont de nature amphiphile, c'est-à-dire qu'ils ont un double comportement, car ils peuvent dissoudre des composés polaires et non polaires. Les tensioactifs ont deux parties principales dans leur structure:

• Une tête polaire hydrophile, semblable à l'eau et aux composés polaires.
• Une queue non polaire lipophile et hydrophobe, semblable à des composés non polaires.

La tête polaire peut être non ionique ou ionique. La queue de tensioactif, ou partie apolaire, peut être une chaîne carbonée et hydrogène alkyle ou alkylbenzène.

Cette structure très particulière confère aux composés chimiques tensioactifs un double comportement amphiphile: affinité pour les composés ou phases polaires, solubles dans l'eau et aussi affinité pour les composés apolaires, insolubles dans l'eau.

En général, les agents tensioactifs réduisent la tension superficielle de l'eau, permettant à ce liquide de se dilater et de s'écouler à un degré plus élevé, mouillant les surfaces et les phases voisines.

A quoi servent les tensioactifs?

Les agents chimiques tensioactifs exercent leur activité sur les surfaces ou interfaces.

Lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, ils migrent vers les interfaces eau-huile ou eau-air par exemple, où ils peuvent fonctionner comme:

• Dispersants et solubilisants de composés insolubles ou peu solubles dans l'eau.
• Humectants, car ils favorisent le passage de l'eau vers des phases insolubles.
• Stabilisants pour émulsions de composés insolubles dans l'eau et l'eau, tels que l'huile et l'eau de mayonnaise.
• Certains surfactants favorisent et d'autres empêchent la formation de mousse.

Biosurfactants: tensioactifs d'origine biologique

Lorsque le surfactant provient d'un organisme vivant, on parle de biosurfactant.

Au sens plus strict, les biosurfactants sont considérés comme des composés biologiques amphiphiles (à double comportement chimique, solubles dans l'eau et les graisses), produits par des microorganismes tels que la levure, les bactéries et les champignons filamenteux.

Les biosurfactants sont excrétés ou retenus dans le cadre de la membrane cellulaire microbienne.

Certains biosurfactants sont également produits par des procédés biotechnologiques, utilisant des enzymes qui agissent sur un composé chimique biologique ou un produit naturel.

Exemples de biosurfactants

Les biosurfactants naturels comprennent les saponines végétales telles que la fleur de Cayenne (Hibiscus sp.), La lécithine, les jus de bile de mammifères ou le tensioactif pulmonaire humain (avec des fonctions physiologiques très importantes).

De plus, les acides aminés et leurs dérivés, les bétaïnes et les phospholipides, tous ces produits naturels d'origine biologique, sont des biosurfactants.

Classification des biosurfactants et exemples

-Selon la nature de la charge électrique dans la partie polaire ou la tête

Les biosurfactants peuvent être regroupés dans les catégories suivantes, en fonction de la charge électrique de leur tête polaire:

Biosurfactants anioniques

Ils ont une charge négative à l'extrémité polaire, souvent en raison de la présence d'un groupe sulfonate –SO ₃ ^-.

Biosurfactants cationiques

Ils ont une charge positive sur la tête, généralement un groupe ammonium quaternaire NR ₄ ⁺, où R représente une chaîne de carbone et d'hydrogène.

Biosurfactants amphotères

Ils ont à la fois des charges positives et négatives sur la même molécule.

Biosurfactants non ioniques

Ils n'ont pas d'ions ou de charges électriques dans leur tête.

-Selon sa nature chimique

En fonction de leur nature chimique, les biosurfactants sont classés dans les types suivants:

Biosurfactants glycolipidiques

Les glycolipides sont des molécules qui ont dans leur structure chimique une partie de lipide ou de graisse et une partie de sucre. La plupart des biosurfactants connus sont des glycolipides. Ces derniers sont constitués de sulfates de sucres tels que le glucose, le galactose, le mannose, le rhamnose et le galactose.

Parmi les glycolipides, les plus connus sont les rhamnolipides, bioémulsifiants largement étudiés, à forte activité émulsifiante et à forte affinité pour les molécules organiques hydrophobes (qui ne se dissolvent pas dans l'eau).

Ceux-ci sont considérés comme les surfactants les plus efficaces pour l'élimination des composés hydrophobes dans les sols contaminés.

Des exemples de rhamnolipides comprennent des tensioactifs produits par des bactéries du genre Pseudomonas.

Il existe d'autres glycolipides, produits par Torulopsis sp., À activité biocide et utilisés dans les cosmétiques, les produits antipelliculaires, les bactériostatiques et comme déodorants corporels.

Biosurfactants lipoprotéiques et lipopeptidiques

Les lipoprotéines sont des composés chimiques qui ont dans leur structure une partie de lipide ou de graisse et une autre partie de protéine.

Par exemple, Bacillus subtilis est une bactérie qui produit des lipopeptides appelés surfactines. Ce sont parmi les biosurfactants les plus puissants qui réduisent la tension superficielle.

Les surfactines ont la capacité de produire une lyse érythrocytaire (dégradation des globules rouges) chez les mammifères. De plus, ils peuvent être utilisés comme biocides pour les ravageurs tels que les petits rongeurs.

Biosurfactants acides gras

Certains micro-organismes peuvent oxyder les alcanes (chaînes de carbone et d'hydrogène) en acides gras qui ont des propriétés tensioactives.

Biosurfactants phospholipidiques

Les phospholipides sont des composés chimiques qui ont des groupes phosphate (PO ₄ ^3-), attachés à une partie à structure lipidique. Ils font partie des membranes des micro-organismes.

Certaines bactéries et levures qui se nourrissent d'hydrocarbures, lorsqu'elles poussent sur des substrats alcanes, augmentent la quantité de phospholipides dans leur membrane. Par exemple, Acinetobacter sp., Thiobacillus thioxidans et Rhodococcus erythropolis.

Biosurfactants polymères

Les biosurfactants polymères sont des macromolécules de poids moléculaire élevé. Les biosurfactants les plus étudiés dans ce groupe sont: les complexes émulsifiants, liposuccion, mannoprotéine et polysaccharide-protéine.

Par exemple, la bactérie Acinetobacter calcoaceticus produit un émulsifiant polyanionique (avec diverses charges négatives), un bioémulsifiant très efficace pour les hydrocarbures dans l'eau. C'est également l'un des stabilisants d'émulsion les plus puissants connus.

Le liposan est un émulsifiant extracellulaire hydrosoluble, composé de polysaccharides et de protéine Candida lipolytica.

Assainissement environnemental

Les biosurfactants sont utilisés dans la biorestauration de sols contaminés par des métaux toxiques, tels que l'uranium, le cadmium et le plomb (biosurfactants de Pseudomonas spp. Et Rhodococcus spp.).

Ils sont également utilisés dans les processus de biorestauration des sols et de l'eau contaminés par l'essence ou les déversements d'hydrocarbures.

Figure 3. Les biosurfactants sont utilisés dans les processus d'assainissement de l'environnement en raison des déversements d'hydrocarbures. Source: Ministère des Affaires étrangères de l'Équateur, via Wikimedia Commons

Par exemple, Aeromonas sp. produit des biosurfactants qui permettent la dégradation de l'huile ou la réduction de grosses molécules en molécules plus petites, qui servent de nutriments pour les micro-organismes, les bactéries et les champignons.

Dans les processus industriels

Les biosurfactants sont utilisés dans l'industrie des détergents et des nettoyants, car ils améliorent l'action de nettoyage en dissolvant les graisses qui salissent les vêtements ou les surfaces dans l'eau de lavage.

Ils sont également utilisés comme composés chimiques auxiliaires dans les industries du textile, du papier et de la tannerie.

Dans l'industrie cosmétique et pharmaceutique

Dans l'industrie cosmétique, Bacillus licheniformis produit des biosurfactants qui sont utilisés comme produits antipelliculaires, bactériostatiques et déodorants.

Certains biosurfactants sont utilisés dans l'industrie pharmaceutique et biomédicale pour leur activité antimicrobienne et / ou antifongique.

Dans l'industrie alimentaire

Dans l'industrie alimentaire, les biosurfactants sont utilisés dans la fabrication de la mayonnaise (qui est une émulsion d'eau et d'huile d'œuf). Ces biosurfactants proviennent de lectines et de leurs dérivés, qui améliorent la qualité et en plus le goût.

Dans l'agriculture

En agriculture, les biosurfactants sont utilisés pour le contrôle biologique des agents pathogènes (champignons, bactéries, virus) dans les cultures.

Une autre utilisation des biosurfactants en agriculture consiste à accroître la disponibilité des micronutriments du sol.

Références

1. Banat, IM, Makkar, RS et Cameotra, SS (2000). Applications commerciales potentielles des tensioactifs microbiens. Technologie de microbiologie appliquée. 53 (5): 495-508.
2. Cameotra, SS et Makkar, RS (2004). Applications récentes des biosurfactants en tant que molécules biologiques et immunologiques. Opinions actuelles en microbiologie. 7 (3): 262-266.
3. Chen, SY, Wei, YH et Chang, JS (2007). Fermentation par lots nourris à pH-stat répétée pour la production de rhamnolipides avec Pseudomonas aeruginosa Applied Microbiology Biotechnology. 76 (1): 67-74.
4. Mulligan, CN (2005). Applications environnementales des biosurfactants. Pollution environnementale. 133 (2): 183-198.doi: 10.1016 / j.env.pol.2004.06.009
5. Tang, J., He, J., Xin, X., Hu, H. et Liu, T. (2018). Les biosurfactants ont amélioré l'élimination des métaux lourds des boues lors du traitement électro-cinétique. Journal de génie chimique. 334 (15): 2579-2592. doi: 10.1016 / j.cej.2017.12.010.