Biosurfactanten Microbiële oppervlakte-actieve stoffen (of biosurfactanten) kunnen ingedeeld worden op basis van hun chemische samenstelling en hun microbiële oorsprong (zie Tabel 1). Men onderscheidt moleculen met een lage moleculaire massa die efficiënt de oppervlaktespanning verlagen, en moleculen met een hoge moleculaire massa die effectiever zijn in het stabiliseren van emulsies. De meeste bio-oppervlakte-actieve stoffen zijn anionisch of neutraal. Ze zijn opgebouwd uit een hydrofobe staart die gebaseerd is op lange keten vetzuren of derivaten ervan, terwijl de hydrofiele kop gevormd kan worden door een koolhydraat, aminozuur, fosfaat, flavonoïde of cyclisch peptide. |
In tal van levensmiddelensystemen dienen stabiele emulsies gevormd te worden. Hiervoor worden meestal amfifiele componenten als emulgatoren gebruikt. Als oppervlakte-actieve stoffen met een hydrofobe (niet-polaire) en een hydrofiele (polaire) groep adsorberen deze ter hoogte van olie/water of lucht/water interfasen wat emulsievorming en -stabilisatie bevordert.
Bio-oppervlakte-actieve stoffen, welke typisch door micro-organismen gesynthetiseerd worden, vormen een zeer diverse groep van moleculen (zie Tabel 1). Deze stoffen, biosurfactanten genoemd, bieden een alternatief voor chemische emulgatoren (zoals sulfonaten, carboxylaten en sulfaat esters) en kunnen op een groeiende interesse reken omwille van:
- hun milieuvriendelijkheid (biodegradeerbaarheid)
- hun lage toxiciteit
- hun unieke structuren (en dus functionaliteiten)
Tot hiertoe werden deze biosurfactanten vooral toegepast bij milieusaneringen. Doch, ook in de voedingsindustrie zouden ze ondermeer ingezet kunnen worden als emulgatoren, schuimstabilisatoren en als anti-adhesive en antimicrobiële agentia.
Tabel 1 : Belangrijkste microbiële oppervlakte-actieve stoffen
Stof | Micro-organisme |
Glycolipiden |
|
Rhamnolipide | Pseudomonas aeruginosa |
Trehalose lipide | Rhodococcus erithropolis, Arthobacter sp. |
Sophorolipide | Candida bombicola, Candida apicola |
Mannosylerythritol lipide | Candida antartica |
Lipopeptiden |
|
Surfactin/iturin/fengycin | Bacillus subtilis |
Viscosin | Pseudomonas fluorescens |
Lichenysin | Bacillus licheniformis |
Serrawettin | Serratia marcescens |
Fosfolipiden |
|
Fosfolipide | Acinetobacter sp., Corynebacterium lepus |
Flavolipiden |
|
Flavolipide | Flavobacterium sp. |
Vetzuren/neutrale lipiden |
|
Corynomicolicinezuur | Corynebacterium insidibasseosum |
Polymere surfactanten |
|
Emulsan | Acinetobacter calcoaceticus |
Alasan | Acinetobacter radioresistens |
Liposan | Candida lipolytica |
Lipomanan | Candida tropicalis |
Bijzondere surfactanten |
|
vesikels | Acinetobacter calcoaceticus |
complete cellen | Cyanobacteria |
In een artikel in Trends in ‘Food Science & Technology’ gaan Nitschke en Costa verder in op de eigenschappen van biosurfactanten.
Oppervlakte-activiteit
- Rhamnolipiden en Surfactin zijn zeer sterke oppervlaktespanning verlagers
- Biosurfactanten zijn over het algemeen efficiënter dan chemische surfactanten
Temperatuur, pH en ionische sterkte tolerantie
- Biosurfactanten zijn werkzaam in brede temperatuur- en pH-domeinen
- Biosurfactanten geproduceerd door extremofiele micro-organismen vertonen vaak extreme stabiliteit.
Biodegradeerbaarheid
- Alle biosurfactanten zijn goed biodegradeerbaar
Toxiciteit
- Weinig tot geen toxiciteit werd vastgesteld voor Rhamnolipiden, Trehalose lipiden, Sophorolipiden en Emulsan
- Tot nog toe werden geen allergene effecten waargenomen
Emulsie vorming en breking
- Sophorolipiden reduceren oppervlaktespanning maar zijn geen goede emulgatoren
- Een aantal Lipopeptiden zijn beloftevolle emulgatoren
- Polymere surfactanten zijn goede emulgatoren (bv. Emulsan voor olie/water emulsies)
Antimicrobiële activiteit
- Antibacteriële, -fungale en –algen activiteiten werden gerapporteerd voor verschillende glycolipiden (Rhamnolipiden, Sophorolipiden, Mannosylerythritol lipide)
- Het lipopeptide Iturin vertoont sterke antifungale eigenschappen
Concrete toepassingen van bio-oppervlakte-actieve stoffen in de voedingsindustrie zijn, omwille van hun hogere productiekost, vooralsnog schaars. Men verwacht echter dat men deze kosten in de nabije toekomst zal kunnen reduceren door agroindustriële afvalstromen (typisch koolhydraten en plantaardige oliën) als alternatieve substraten voor hun productie in de fermentatieprocessen te gaan gebruiken. Voorbeelden waar biosurfactanten potentieel tonen zijn volgens Nitschke en Costa:
- in bakkerij- en roomijsformuleringen
- in oliën en vetten voor bakken, braden en frituren
- in food-grade reinigingsmiddelen
- voor bioconditionering van oppervlakten en materialen (verhinderen van biofilmvorming)
Interessante links
Producenten
- Producent Sophorolipiden: Ecover Belgium NV, Industrieweg 3, 2390 Malle
- Producenten Rhamnolipiden: Jeneil Biosurfactant Company, LLC 400 N, Dekora Woods Blvd.,Saukville, WI 53080, USA en Iwata Chemical Co Ltd, Japan
- Producent Surfactin: Wako Pure Chemical Industries GmbH, Nissanstrasse 2, D-41468 Neuss, Duitsland
- Biologische reinigingsmiddelen voor voedingsindustrie: Practical Environmental Solutions, P.O. Box 12563,San Antonio, TX 78212, USA
Vlaamse onderzoeksinstellingen actief op het vlak van biosurfactanten
- Laboratorium voor Industriële Microbiologie en Biokatalyse (UGent)
- Departement Industriële Wetenschappen en Technologie (Hogeschool Antwerpen)
Patent
WO2004040984: Rhamnolipids in Bakery Products (Puratos NV),
Bron
Nitschke M., Costa S.G.V.A.O. (2007) Biosurfactants in food industry. Trends in Food Science & Technology 18, 252-259.
Reprints van dit artikel kunnen aangevraagd worden bij: M. Nitschke, verbonden aan het Embrapa Food Technology Research Centre, Rio de Janeiro, Brazil. (nitschke@ctaa.embrapa.br)
