界面活性剤とバイオサーファクタント：それが何であるか、例と用途 - 生物学 - 2025

界面活性剤は、二つの相、例えば水、空気または水-油間の界面又は接触面に作用し、液体物質の表面張力を低下させることができる化合物です。

界面活性剤という用語は英語の界面活性剤に由来し、これは次に界面活性剤という表現の頭字語に由来します。これはスペイン語で界面または表面活性を有する薬剤を意味します。

図1.界面活性剤の構造。出典：メジャー測定、ウィキメディア・コモンズより

スペイン語では、「界面活性剤」という言葉が使用され、化学物質が表面張力または界面張力に作用する能力を指します。表面張力は、液体がその表面を増加させなければならない抵抗として定義できます。

水は分子が非常に強く結合していて、表面に圧力が加えられたときに分離に抵抗するため、水は高い表面張力を持っています。

たとえば、「コブラー」（Gerris lacustris）などの一部の水生昆虫は、水の表面張力のおかげで、沈むことなく水の上を移動し、その表面に膜を形成することができます。

図2.水の上を移動できる昆虫。出典：TimVickers、Wikimedia Commons

また、水の表面張力により鋼針が水面に留まり沈みません。

界面活性剤の構造と機能

すべての界面活性剤または界面活性剤化学物質は、本質的に両親媒性です。つまり、極性および非極性化合物を溶解できるという事実により、それらは二重の振る舞いをします。界面活性剤は、その構造に2つの主要な部分があります。

• 水や極性化合物に似た親水性極性ヘッド。
• 非極性化合物に似た、親油性で疎水性の非極性尾。

極性ヘッドは非イオン性またはイオン性であり得る。界面活性剤テール、または無極性部分は、アルキルまたはアルキルベンゼン炭素および水素鎖であり得る。

この非常に特殊な構造により、界面活性剤化学化合物に二重の両親媒性挙動が与えられます。極性化合物または水相に可溶な相への親和性と、水に不溶性の非極性化合物への親和性。

一般に、界面活性剤は水の表面張力を低下させ、この液体をより大きく膨張および流動させ、隣接する表面および相を濡らします。

界面活性剤とは何ですか？

界面活性剤の化学物質は、表面または界面でその活性を発揮します。

それらは水に溶解すると、例えば水と油または水と空気の界面に移動し、そこで次のように機能します。

• 水に不溶性または難溶性の化合物の分散剤および可溶化剤。
• 保湿剤。水が不溶相に移行するのを助けるため。
• マヨネーズの油や水など、水や水に不溶の化合物のエマルジョン用安定剤。
• 一部の界面活性剤は発泡を促進し、他の界面活性剤は発泡を防止します。

バイオサーファクタント：生物起源のサーファクタント

界面活性剤が生物に由来する場合、それはバイオサーファクタントと呼ばれます。

より厳密な意味では、バイオサーファクタントは、酵母、バクテリア、糸状菌などの微生物によって生成される両親媒性の生物学的化合物（水と脂肪に溶解する二重の化学的挙動をもつ）と見なされます。

バイオサーファクタントは微生物細胞膜の一部として排泄または保持されます。

また、いくつかのバイオサーファクタントは、生物学的化合物または天然物に作用する酵素を使用して、バイオテクノロジープロセスによって生成されます。

バイオサーファクタントの例

天然のバイオサーファクタントには、カイエンフラワー（Hibiscus sp。）、レシチン、哺乳類の胆汁ジュース、または人間の肺サーファクタント（非常に重要な生理機能を持つ）などの植物からのサポニンが含まれます。

さらに、アミノ酸とその誘導体、ベタインとリン脂質、これらすべての生物由来の天然産物はバイオサーファクタントです。

バイオサーファクタントの分類と例

-極性部分または頭部の電荷の性質によると

バイオサーファクタントは、極頭の電荷に基づいて、次のカテゴリに分類できます。

アニオン性バイオサーファクタント

彼らはしばしば起因スルホン酸基-SOの存在下に、極性末端に負電荷を有する₃ ^- 。

カチオン性バイオサーファクタント

それらは頭部に正電荷を持ち、通常は第4級アンモニウム基NR ₄ ^+です。ここで、Rは炭素と水素の鎖を表します。

両性バイオサーファクタント

それらは同じ分子に正と負の両方の電荷を持っています。

非イオン性バイオサーファクタント

彼らの頭にはイオンや電荷がありません。

-その化学的性質によると

化学的性質に応じて、バイオサーファクタントは次のタイプに分類されます。

糖脂質バイオサーファクタント

糖脂質は、化学構造中に脂質または脂肪の一部と糖の一部を持っている分子です。既知のバイオサーファクタントのほとんどは糖脂質です。後者は、グルコース、ガラクトース、マンノース、ラムノース、ガラクトースなどの糖の硫酸塩で構成されています。

糖脂質の中で最もよく知られているのは、広く研究されてきたラムノリピドであり、高い乳化活性と疎水性有機分子（水に溶解しない）に対する高い親和性を備えた生体乳化剤です

これらは、汚染された土壌中の疎水性化合物を除去するための最も効果的な界面活性剤と考えられています。

ラムノ脂質の例には、シュードモナス属の細菌によって産生される界面活性剤が含まれる。

Torulopsis sp。が生産する他の糖脂質があり、殺菌活性があり、化粧品、フケ防止製品、静菌剤、および体の消臭剤として使用されています。

リポタンパク質およびリポペプチドバイオサーファクタント

リポタンパク質は、その構造内に脂質または脂肪の一部とタンパク質の別の部分を持つ化学化合物です。

たとえば、枯草菌はサーファクチンと呼ばれるリポペプチドを生産する細菌です。これらは、最も強力な表面張力低下バイオサーファクタントの1つです。

サーファクチンは哺乳動物で赤血球溶解（赤血球の分解）を起こす能力があります。さらに、小さなげっ歯類などの害虫の殺生物剤としても使用できます。

脂肪酸バイオサーファクタント

一部の微生物は、アルカン（炭素鎖および水素鎖）を酸化して、界面活性剤の特性を持つ脂肪酸にすることができます。

リン脂質バイオサーファクタント

リン脂質は、リン酸基（PO ₄ ^3-）が脂質構造を持つ部品に結合している化合物です。それらは微生物の膜の一部です。

炭化水素を摂食する特定のバクテリアや酵母は、アルカン基質上で成長するとき、それらの膜のリン脂質の量を増やします。たとえば、Acinetobacter sp。、Thiobacillus thioxidans、Rhodococcus erythropolisなどです。

高分子バイオサーファクタント

高分子バイオサーファクタントは高分子量の高分子です。このグループで最も研究されているバイオサーファクタントは、乳化剤、脂肪吸引、マンノプロテイン、および多糖類-タンパク質複合体です。

たとえば、バクテリアAcinetobacter calcoaceticusは、水中の炭化水素に非常に効果的なバイオ乳化剤であるポリアニオン性乳化剤（さまざまな負電荷を持つ）を生成します。また、知られている最も強力な乳化安定剤の1つです。

リポサンは水溶性の細胞外乳化剤で、多糖類とカンジダリポリティカタンパク質から構成されています。

環境衛生

バイオサーファクタントは、ウラン、カドミウム、鉛などの有毒金属で汚染された土壌のバイオレメディエーションで使用されます（シュードモナス属およびロドコッカス属のバイオサーファクタント）。

また、ガソリンや油流出により汚染された土壌や水のバイオレメディエーションプロセスにも使用されます。

図3.バイオサーファクタントは、油流出による環境衛生プロセスで使用されています。出典：エクアドル外務省、Wikimedia Commons経由

たとえば、Aeromonas sp。微生物、細菌、真菌の栄養素として機能する、オイル分解または大きな分子のより小さな分子への還元を可能にするバイオサーファクタントを生成します。

工業プロセスで

バイオサーファクタントは、衣類や表面を汚す脂肪を洗浄水に溶解することにより洗浄作用を高めるため、洗剤およびクリーナー業界で使用されています。

それらはまた、繊維、紙および皮革産業における補助化学化合物として使用されます。

化粧品および製薬業界で

化粧品業界では、Bacillus licheniformisがフケ防止、静菌、デオドラント製品として使用されるバイオサーファクタントを製造しています。

一部のバイオサーファクタントは、抗菌および/または抗真菌活性のために製薬および生物医学産業で使用されています。

食品業界では

食品業界では、マヨネーズ（卵の水と油の乳濁液）の製造にバイオサーファクタントが使用されています。これらのバイオサーファクタントはレクチンとその誘導体から来ており、品質と味を向上させます。

農業で

農業では、バイオサーファクタントは作物中の病原体（真菌、細菌、ウイルス）の生物学的防除に使用されます。

農業におけるバイオサーファクタントの別の用途は、土壌からの微量栄養素の利用可能性を高めることです。

参考文献

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