ความเป็นพิษและพลังในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวประจุลบอยู่ระหว่างทั้งสอง

2020-12-16 00:27:11

กระบวนการเมตาบอลิซึมของวัสดุหมักเป็นชุดของปฏิกิริยาทางชีวเคมี เนื่องจากแบคทีเรียมีขนาดเล็ก ปฏิกิริยาทางชีวภาพที่รวดเร็ว ความยากลำบากในการติดตามปฏิกิริยา และข้อจำกัดของอุปกรณ์ทดลอง การพัฒนาการวิจัยขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์จึงถูกจำกัดในระดับมาก การทำความเข้าใจกระบวนการเมแทบอลิซึมของสายพันธุ์ต้องใช้เวลาค่อนข้างนาน ตัวอย่างเช่น การวิจัยกระบวนการหมักและเมแทบอลิซึมของกรดกลูตามิกได้ผ่านเวลามาหลายทศวรรษ ในปัจจุบัน ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีชีวภาพ เทคโนโลยีการทดลอง และอุปกรณ์ที่มีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง วงจรการวิจัยจะยังคงสั้นลง คำอธิบายของกลไกที่สารลดแรงตึงผิวสามารถใช้เป็นโปรโมเตอร์การหมักได้นั้นขึ้นอยู่กับสมมติฐานของการทำความเข้าใจเมแทบอลิซึมของวัสดุของการหมักแบคทีเรียด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีต้นน้ำทางชีวภาพ เช่น พันธุวิศวกรรมและวิศวกรรมเซลล์ เพื่อแก้ปัญหาทางทฤษฎีนี้เป็นหลัก และจากนั้นเพื่อแก้ไขปัญหาในทางปฏิบัติที่มีต้นทุนสูงและการผลิตต่ำในอุตสาหกรรมการหมักในปัจจุบัน หยิบยกแนวทางการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ

เมื่อเติมสารลดแรงตึงผิวลงในระบบการหมัก ไม่ว่าจะเป็นสารลดฟองหรือโปรโมเตอร์ จนกระทั่งสิ้นสุดกระบวนการหมัก สารลดแรงตึงผิวจะยังคงละลายในแม่สุราของการหมัก ทำให้ส่วนประกอบของสุราแม่ในการหมักมีความซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งอาจส่งผลต่อสภาวะกระบวนการในการแยกและทำให้สารเมตาโบไลท์บริสุทธิ์จากสารนั้น อย่างไรก็ตาม ผลกระทบนี้อาจเป็นประโยชน์หรือไม่เอื้ออำนวย ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารลดแรงตึงผิวโดยตรง เป็นที่ทราบกันดีว่าสารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เป็นสารตกตะกอนได้ เช่น พอลิอะคริลาไมด์, โพลีไวนิลแอลกอฮอล์, โซเดียมโดเดซิลแซนเทต เป็นต้น หากเพิ่มสารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ลงในระบบเป็นโปรโมเตอร์การหมัก อาจเป็นประโยชน์ต่ออัตราการแยกตัวของสารเมตาบอไลต์ หากสารลดแรงตึงผิวมีผลในการละลายจะเกิดผลตรงกันข้าม

ปัจจุบันมีรายงานเพียงไม่กี่ฉบับเกี่ยวกับการเติมสารลดแรงตึงผิวเข้าสู่ระบบการหมักเป็นสารตกตะกอน เฉพาะความเข้มข้นของสารเมตาบอไลต์ในสุราแม่ของการหมักเท่านั้นที่จะได้รับการศึกษาเมื่อมีการเติมสารลดแรงตึงผิวลงในระบบการหมักในฐานะโปรโมเตอร์ และไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยในด้านอื่นๆ ดังนั้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการหมักจึงจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับการศึกษาผลผลิตของสารตกตะกอนมากขึ้น

จากการจำแนกประเภทของสารลดแรงตึงผิว จะเห็นได้ว่าสารลดแรงตึงผิวมีหลายประเภท ตามกลุ่มที่ชอบน้ำ จะแบ่งออกเป็นคาร์บอกซิเลท ซัลเฟต เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม อนุพันธ์ของ PEO แลคโตน ฯลฯ นักวิจัยบางคนสามารถแบ่งพวกมันออกเป็นประเภทไอออนิกและชนิดไม่มีไอออนิกตามคุณสมบัติไอออนิกขององค์ประกอบโมเลกุล นอกจากนี้ยังมีการจำแนกประเภทต่างๆ ตามความสามารถในการละลายน้ำ ลักษณะโครงสร้างทางเคมี และวิธีการจัดหาวัตถุดิบ ปัจจุบันเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าวิธีการจำแนกประเภทนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะของการแยกตัวออก ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: สารลดแรงตึงผิวแบบประจุลบ, สารลดแรงตึงผิวประจุบวก, สารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก และสารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่ไอออนิก ภายใต้เงื่อนไขที่กลไกของสารลดแรงตึงผิวที่ส่งเสริมการหมักไม่ชัดเจน จึงไม่สามารถเลือกสารลดแรงตึงผิวที่จำเป็นในการทดลองและการผลิตได้

สารลดแรงตึงผิวหลายชนิดมีหน้าที่ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียเนื่องจากมีลักษณะทางโครงสร้าง ตัวอย่างเช่น เจรามีนเป็นสารลดแรงตึงผิวประจุบวกที่มีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้ดี แต่ฟังก์ชันการฆ่าเชื้อแบคทีเรียจะเห็นได้ชัดก็ต่อเมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวถึงค่าวิกฤตที่แน่นอนเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว ความเป็นพิษของสารลดแรงตึงผิวประจุบวกนั้นมากกว่าของสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ และความเป็นพิษและพลังในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวประจุลบอยู่ระหว่างทั้งสอง สารลดแรงตึงผิวในฐานะโปรโมเตอร์การหมักคือเพื่อให้แน่ใจว่าแบคทีเรียเจริญเติบโตตามปกติภายใต้สมมติฐานในการปรับปรุงผลผลิตของผลิตภัณฑ์หมัก โดยกำหนดให้ปริมาณของสารลดแรงตึงผิวที่เติมควรน้อยกว่าค่าวิกฤตของความเข้มข้นในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียของสารลดแรงตึงผิวต่างๆ อย่างไรก็ตาม การวิจัยเกี่ยวกับคุณค่าที่สำคัญนี้ยังไม่เพียงพอ ช่วงความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวที่เลือกมักจะอยู่ที่ 0.5-10 g/L ตามการทดสอบเบื้องต้นหรือจากประสบการณ์ส่วนตัว ในช่วงความเข้มข้นที่กว้างเช่นนี้ เป็นเรื่องง่ายที่จะมองข้ามผลการส่งเสริมของสารลดแรงตึงผิวบางชนิด และไม่สามารถสรุปผลที่เข้มงวดได้