Mục lục cho bài viết này:
1. Sự phát triển của axit amin
2. Đặc tính kết cấu
3. Thành phần hóa học
4. Phân loại
5. Tổng hợp
6. Tính chất lý hóa
7. Độc tính
8. Hoạt tính kháng khuẩn
9. Tính chất lưu biến
10. Ứng dụng trong ngành mỹ phẩm
11. Ứng dụng trong mỹ phẩm hàng ngày
Chất hoạt động bề mặt axit amin (AAS)là một loại chất hoạt động bề mặt được hình thành bằng cách kết hợp các nhóm kỵ nước với một hoặc nhiều Axit amin. Trong trường hợp này, Axit amin có thể được tổng hợp hoặc có nguồn gốc từ chất thủy phân protein hoặc các nguồn tái tạo tương tự. Bài viết này trình bày chi tiết về hầu hết các con đường tổng hợp có sẵn cho AAS và ảnh hưởng của các con đường khác nhau đến tính chất hóa lý của sản phẩm cuối cùng, bao gồm độ hòa tan, độ ổn định phân tán, độc tính và khả năng phân hủy sinh học. Là một loại chất hoạt động bề mặt có nhu cầu ngày càng tăng, tính linh hoạt của AAS do cấu trúc thay đổi của chúng mang lại nhiều cơ hội thương mại.
Cho rằng chất hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi trong chất tẩy rửa, chất nhũ hóa, chất ức chế ăn mòn, thu hồi dầu bậc ba và dược phẩm, các nhà nghiên cứu chưa bao giờ ngừng chú ý đến chất hoạt động bề mặt.
Chất hoạt động bề mặt là sản phẩm hóa học tiêu biểu nhất được tiêu thụ với số lượng lớn hàng ngày trên khắp thế giới và có tác động tiêu cực đến môi trường nước.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng rộng rãi các chất hoạt động bề mặt truyền thống có thể có tác động tiêu cực đến môi trường.
Ngày nay, tính không độc hại, khả năng phân hủy sinh học và khả năng tương thích sinh học gần như quan trọng đối với người tiêu dùng cũng như tính hữu dụng và hiệu quả của chất hoạt động bề mặt.
Chất hoạt động bề mặt sinh học là chất hoạt động bề mặt bền vững thân thiện với môi trường, được tổng hợp tự nhiên bởi các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm và nấm men hoặc được tiết ra ngoại bào.Do đó, các chất hoạt động bề mặt sinh học cũng có thể được điều chế bằng thiết kế phân tử để bắt chước các cấu trúc lưỡng tính tự nhiên, chẳng hạn như phospholipid, alkyl glycoside và Axit amin acyl.
Chất hoạt động bề mặt axit amin (AAS)là một trong những chất hoạt động bề mặt điển hình, thường được sản xuất từ nguyên liệu thô có nguồn gốc từ động vật hoặc nông nghiệp. Trong hai thập kỷ qua, AAS đã thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học với vai trò là chất hoạt động bề mặt mới, không chỉ vì chúng có thể được tổng hợp từ các nguồn tài nguyên tái tạo mà còn vì AAS dễ phân hủy và có các sản phẩm phụ vô hại, khiến chúng an toàn hơn cho con người. môi trường.
AAS có thể được định nghĩa là một loại chất hoạt động bề mặt bao gồm Axit amin chứa các nhóm Axit amin (HO 2 C-CHR-NH 2) hoặc dư lượng Axit amin (HO 2 C-CHR-NH-). Hai vùng chức năng của Axit amin cho phép tạo ra nhiều loại chất hoạt động bề mặt. Tổng cộng có 20 Axit amin tạo protein tiêu chuẩn được biết là tồn tại trong tự nhiên và chịu trách nhiệm cho tất cả các phản ứng sinh lý trong các hoạt động tăng trưởng và sống. Chúng chỉ khác nhau ở dư lượng R (Hình 1, pk a là logarit âm của hằng số phân ly axit của dung dịch). Một số không phân cực và kỵ nước, một số có tính phân cực và ưa nước, một số có tính bazơ và một số có tính axit.
Vì Axit amin là hợp chất có thể tái tạo nên chất hoạt động bề mặt được tổng hợp từ Axit amin cũng có tiềm năng cao trở nên bền vững và thân thiện với môi trường. Cấu trúc đơn giản và tự nhiên, độc tính thấp và khả năng phân hủy sinh học nhanh thường khiến chúng vượt trội hơn các chất hoạt động bề mặt thông thường. Sử dụng nguyên liệu thô tái tạo (ví dụ: Axit amin và dầu thực vật), AAS có thể được sản xuất bằng các phương pháp công nghệ sinh học và hóa học khác nhau.
Vào đầu thế kỷ 20, Axit amin lần đầu tiên được phát hiện để sử dụng làm chất nền cho quá trình tổng hợp chất hoạt động bề mặt.AAS chủ yếu được sử dụng làm chất bảo quản trong công thức dược phẩm và mỹ phẩm.Ngoài ra, AAS còn được phát hiện là có hoạt tính sinh học chống lại nhiều loại vi khuẩn, khối u và vi rút gây bệnh. Năm 1988, sự sẵn có của AAS chi phí thấp đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu về hoạt động bề mặt. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ sinh học, một số Axit amin cũng có thể được tổng hợp thương mại trên quy mô lớn bằng nấm men, điều này gián tiếp chứng tỏ việc sản xuất AAS thân thiện với môi trường hơn.
01 Sự phát triển của axit amin
Ngay từ đầu thế kỷ 19, khi Axit amin tự nhiên lần đầu tiên được phát hiện, cấu trúc của chúng được dự đoán là cực kỳ có giá trị - có thể sử dụng làm nguyên liệu thô để điều chế các chất lưỡng tính. Nghiên cứu đầu tiên về tổng hợp AAS được Bondi báo cáo vào năm 1909.
Trong nghiên cứu đó, N-acylglycine và N-acylalanine được giới thiệu là nhóm ưa nước cho chất hoạt động bề mặt. Công việc tiếp theo liên quan đến việc tổng hợp Axit lipoAmino (AAS) bằng glycine và alanine, và Hentrich et al. đã công bố một loạt các phát hiện,bao gồm đơn xin cấp bằng sáng chế đầu tiên về việc sử dụng muối acyl sarcosine và acyl aspartate làm chất hoạt động bề mặt trong các sản phẩm tẩy rửa gia dụng (ví dụ: dầu gội, chất tẩy rửa và kem đánh răng).Sau đó, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu tính chất tổng hợp và hóa lý của Axit amin acyl. Cho đến nay, một lượng lớn tài liệu đã được xuất bản về tổng hợp, tính chất, ứng dụng công nghiệp và khả năng phân hủy sinh học của AAS.
02 Thuộc tính kết cấu
Chuỗi axit béo kỵ nước không phân cực của AAS có thể khác nhau về cấu trúc, chiều dài chuỗi và số lượng.Sự đa dạng về cấu trúc và hoạt động bề mặt cao của AAS giải thích sự đa dạng về thành phần cũng như các đặc tính lý hóa và sinh học của chúng. Các nhóm đầu của AAS bao gồm Axit amin hoặc peptide. Sự khác biệt trong các nhóm đầu quyết định khả năng hấp phụ, kết tụ và hoạt động sinh học của các chất hoạt động bề mặt này. Sau đó, các nhóm chức năng trong nhóm đầu xác định loại AAS, bao gồm cation, anion, không ion và lưỡng tính. Sự kết hợp của các axit amin ưa nước và các phần chuỗi dài kỵ nước tạo thành cấu trúc lưỡng tính làm cho phân tử có hoạt tính bề mặt cao. Ngoài ra, sự hiện diện của các nguyên tử carbon bất đối xứng trong phân tử giúp hình thành các phân tử bất đối.
03 Thành phần hóa học
Tất cả các Peptide và Polypeptide đều là sản phẩm trùng hợp của gần 20 axit α-Amino tạo protein này. Tất cả 20 Axit α-Amino đều chứa một nhóm chức axit cacboxylic (-COOH) và một nhóm chức năng amino (-NH 2), cả hai đều được gắn vào cùng một nguyên tử α-carbon tứ diện. Các axit amin khác nhau ở các nhóm R khác nhau gắn với α-carbon (ngoại trừ lycine, trong đó nhóm R là hydro.) Các nhóm R có thể khác nhau về cấu trúc, kích thước và điện tích (độ axit, độ kiềm). Những khác biệt này cũng quyết định độ hòa tan của Axit amin trong nước.
Axit amin là chất bất đối (trừ glycine) và có bản chất hoạt động quang học vì chúng có bốn nhóm thế khác nhau liên kết với carbon alpha. Axit amin có thể có hai dạng; chúng là những hình ảnh phản chiếu không chồng lên nhau, mặc dù thực tế là số lượng đồng phân lập thể L cao hơn đáng kể. Nhóm R có trong một số Axit amin (Phenylalanine, Tyrosine và Tryptophan) là aryl, dẫn đến khả năng hấp thụ tia cực tím tối đa ở bước sóng 280 nm. Axit α-COOH và α-NH 2 cơ bản trong Axit amin có khả năng ion hóa và cả hai đồng phân lập thể, bất kể chúng là loại nào, đều tạo nên trạng thái cân bằng ion hóa như trình bày bên dưới.
R-COOH ↔R-COO－＋H＋
R-NH3＋↔R-NH2＋H＋
Như thể hiện ở trạng thái cân bằng ion hóa ở trên, axit amin chứa ít nhất hai nhóm axit yếu; tuy nhiên, nhóm carboxyl có tính axit cao hơn nhiều so với nhóm amino được proton hóa. pH 7,4, nhóm carboxyl bị khử proton trong khi nhóm amino bị proton hóa. Các axit amin có nhóm R không ion hóa sẽ trung hòa về điện ở độ pH này và tạo thành ion zwitterion.
04 Phân loại
AAS có thể được phân loại theo bốn tiêu chí lần lượt được mô tả dưới đây.
4.1 Theo nguồn gốc
| Theo nguồn gốc, AAS có thể được chia thành 2 loại như sau. ① Hạng mục tự nhiên Một số hợp chất tự nhiên có chứa axit amin cũng có khả năng làm giảm sức căng bề mặt/giao diện, và một số thậm chí còn vượt quá hiệu quả của glycolipids. Những AAS này còn được gọi là lipopeptide. Lipopeptide là những hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, thường được sản xuất bởi loài Bacillus.
AAS như vậy được chia thành 3 lớp con:Surfactin, iturin và fengycin.
|
| Họ peptide hoạt động bề mặt bao gồm các biến thể heptapeptide của nhiều loại chất,như được hiển thị trong Hình 2a, trong đó chuỗi axit béo β-hydroxy không bão hòa C12-C16 được liên kết với peptide. Peptide hoạt động bề mặt là một lacton vòng lớn trong đó vòng được đóng lại bằng xúc tác giữa đầu C của axit béo β-hydroxy và peptide. Trong phân lớp của iturin, có sáu biến thể chính là iturin A và C, mycosubtilin và bacillomycin D, F và L.Trong mọi trường hợp, các heptapeptide được liên kết với chuỗi C14-C17 của axit béo β-amino (chuỗi có thể đa dạng). Trong trường hợp của ekurimycin, nhóm amino ở vị trí β có thể tạo thành liên kết amit với đầu C do đó tạo thành cấu trúc lactam vòng lớn.
Phân lớp fengycin chứa fengycin A và B, còn được gọi là plipastatin khi Tyr9 có cấu hình D.Decapeptide được liên kết với chuỗi axit béo β-hydroxy bão hòa hoặc không bão hòa C14 -C18. Về mặt cấu trúc, plipastatin cũng là một lactone vòng lớn, chứa chuỗi bên Tyr ở vị trí 3 của chuỗi peptide và tạo thành liên kết este với gốc C, do đó tạo thành cấu trúc vòng bên trong (như trường hợp của nhiều lipopeptide Pseudomonas).
② Danh mục tổng hợp AAS cũng có thể được tổng hợp bằng cách sử dụng bất kỳ axit amin có tính axit, bazơ và trung tính nào. Các axit amin phổ biến được sử dụng để tổng hợp AAS là axit glutamic, serine, proline, axit aspartic, glycine, arginine, alanine, leucine và protein thủy phân. Phân lớp chất hoạt động bề mặt này có thể được điều chế bằng phương pháp hóa học, enzyme và hóa học; tuy nhiên, để sản xuất AAS, tổng hợp hóa học khả thi hơn về mặt kinh tế. Các ví dụ phổ biến bao gồm axit N-lauroyl-L-glutamic và axit N-palmitoyl-L-glutamic.
|
4.2 Dựa trên các nhóm thế chuỗi béo
Dựa trên các nhóm thế chuỗi béo, chất hoạt động bề mặt dựa trên axit amin có thể được chia thành 2 loại.
Theo vị trí của nhóm thế
| ①N-thay thế AAS Trong các hợp chất được thế N, một nhóm amino được thay thế bằng nhóm ưa mỡ hoặc nhóm cacboxyl, dẫn đến mất tính bazơ. ví dụ đơn giản nhất về AAS được thay thế bằng N là axit amin N-acyl, về cơ bản là chất hoạt động bề mặt anion. AAS được thế n có liên kết amit gắn giữa phần kỵ nước và phần ưa nước. Liên kết amit có khả năng hình thành liên kết hydro, tạo điều kiện cho sự phân hủy của chất hoạt động bề mặt này trong môi trường axit, do đó làm cho nó có khả năng phân hủy sinh học.
②AAS được thay thế bằng C Trong các hợp chất được thế C, sự thay thế xảy ra ở nhóm carboxyl (thông qua liên kết amit hoặc este). Các hợp chất thay thế C điển hình (ví dụ este hoặc amit) về cơ bản là chất hoạt động bề mặt cation.
③N- và C-thay thế AAS Trong loại chất hoạt động bề mặt này, cả nhóm amino và nhóm carboxyl đều là phần ưa nước. Loại này thực chất là chất hoạt động bề mặt lưỡng tính. |
4.3 Theo số lượng đuôi kỵ nước
Dựa vào số lượng nhóm đầu và đuôi kỵ nước, AAS có thể được chia thành bốn nhóm. AAS chuỗi thẳng, AAS loại Gemini (dimer), AAS loại Glycerolipid và loại AAS lưỡng tính hai đầu (Bola). chất hoạt động bề mặt chuỗi thẳng là chất hoạt động bề mặt bao gồm các axit amin chỉ có một đuôi kỵ nước (Hình 3). Gemini loại AAS có hai nhóm đầu cực axit amin và hai đuôi kỵ nước trên mỗi phân tử (Hình 4). Trong loại cấu trúc này, hai AAS chuỗi thẳng được liên kết với nhau bằng một miếng đệm và do đó còn được gọi là các bộ điều chỉnh độ sáng. Mặt khác, ở loại Glycerolipid AAS, hai đuôi kỵ nước được gắn vào cùng một nhóm đầu axit amin. Các chất hoạt động bề mặt này có thể được coi là chất tương tự của monoglyceride, diglyceride và phospholipid, trong khi ở AAS loại Bola, hai nhóm đầu axit amin được liên kết bằng đuôi kỵ nước.
4.4 Theo loại nhóm trưởng
①AAS cation
Nhóm đầu của loại chất hoạt động bề mặt này có điện tích dương. AAS cation sớm nhất là ethyl cocoyl arginate, là một pyrrolidone carboxylate. Các đặc tính độc đáo và đa dạng của chất hoạt động bề mặt này làm cho nó hữu ích trong các chất khử trùng, chất chống vi trùng, chất chống tĩnh điện, dầu dưỡng tóc, cũng như nhẹ nhàng cho mắt và da và dễ phân hủy sinh học. Singare và Mhatre đã tổng hợp AAS cation dựa trên arginine và đánh giá các đặc tính hóa lý của chúng. Trong nghiên cứu này, họ khẳng định sản lượng sản phẩm thu được cao khi sử dụng các điều kiện phản ứng Schotten-Baumann. Khi chiều dài chuỗi alkyl và tính kỵ nước ngày càng tăng, hoạt động bề mặt của chất hoạt động bề mặt được nhận thấy là tăng lên và Nồng độ Micelle tới hạn (cmc) giảm xuống. Một loại khác là protein acyl bậc bốn, thường được sử dụng làm chất dưỡng trong các sản phẩm chăm sóc tóc.
②AAS anion
Trong chất hoạt động bề mặt anion, nhóm đầu cực của chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm. Sarcosine (CH 3 -NH-CH 2 -COOH, N-methylglycine), một axit amin thường được tìm thấy trong nhím biển và sao biển, có liên quan về mặt hóa học với glycine (NH 2 -CH 2 -COOH,), một axit amin cơ bản được tìm thấy trong tế bào động vật có vú. -COOH,) có liên quan về mặt hóa học với glycine, một loại axit amin cơ bản được tìm thấy trong tế bào động vật có vú. Axit lauric, axit tetradecanoic, axit oleic và các halogenua và este của chúng thường được sử dụng để tổng hợp các chất hoạt động bề mặt sarcosine. Sarcosinate vốn rất nhẹ và do đó thường được sử dụng trong nước súc miệng, dầu gội, bọt cạo râu dạng xịt, kem chống nắng, sữa rửa mặt và các sản phẩm mỹ phẩm khác.
Các AAS anion có bán trên thị trường khác bao gồm Amisoft CS-22 và AmiliteGCK-12, lần lượt là tên thương mại của natri N-cocoyl-L-glutamate và kali N-cocoyl glycinate. Amilite thường được sử dụng làm chất tạo bọt, chất tẩy rửa, chất hòa tan, chất nhũ hóa và chất phân tán, và có nhiều ứng dụng trong mỹ phẩm, như dầu gội, xà phòng tắm, sữa tắm, kem đánh răng, sữa rửa mặt, xà phòng tẩy rửa, chất tẩy rửa kính áp tròng và chất hoạt động bề mặt gia dụng. Amisoft được sử dụng như một chất làm sạch da và tóc nhẹ, chủ yếu trong sữa rửa mặt và cơ thể, chất tẩy rửa tổng hợp, sản phẩm chăm sóc cơ thể, dầu gội và các sản phẩm chăm sóc da khác.
③AAS lưỡng tính hoặc điện tử zwitter
Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính chứa cả vị trí axit và cơ bản và do đó có thể thay đổi điện tích của chúng bằng cách thay đổi giá trị pH. Trong môi trường kiềm chúng hoạt động giống như chất hoạt động bề mặt anion, trong khi trong môi trường axit chúng hoạt động giống như chất hoạt động bề mặt cation và trong môi trường trung tính như chất hoạt động bề mặt lưỡng tính. Lauryl lysine (LL) và alkoxy (2-hydroxypropyl) arginine là các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính duy nhất được biết đến dựa trên axit amin. LL là sản phẩm ngưng tụ của lysine và axit lauric. Do cấu trúc lưỡng tính của nó, LL không hòa tan trong hầu hết các loại dung môi, ngoại trừ dung môi rất kiềm hoặc axit. Là một loại bột hữu cơ, LL có độ bám dính tuyệt vời với các bề mặt ưa nước và hệ số ma sát thấp, mang lại cho chất hoạt động bề mặt này khả năng bôi trơn tuyệt vời. LL được sử dụng rộng rãi trong các loại kem dưỡng da và dầu dưỡng tóc, đồng thời cũng được sử dụng làm chất bôi trơn.
④AAS không ion
Chất hoạt động bề mặt không ion được đặc trưng bởi các nhóm đầu cực không có điện tích chính thức. tám chất hoạt động bề mặt không ion ethoxyl hóa mới được điều chế bởi Al-Sabagh et al. từ các axit α-amino tan trong dầu. Trong quá trình này, L-phenylalanine (LEP) và L-leucine lần đầu tiên được este hóa bằng hexadecanol, sau đó được amit hóa với axit palmitic để tạo ra hai amit và hai este của axit α-amino. Sau đó, các amit và este trải qua phản ứng ngưng tụ với ethylene oxit để điều chế ba dẫn xuất phenylalanine với số lượng đơn vị polyoxyethylene khác nhau (40, 60 và 100). Các AAS không ion này được phát hiện có đặc tính tẩy rửa và tạo bọt tốt.
05 Tổng hợp
5.1 Con đường tổng hợp cơ bản
Trong AAS, các nhóm kỵ nước có thể được gắn vào các vị trí amin hoặc axit cacboxylic hoặc thông qua chuỗi bên của axit amin. Dựa trên điều này, bốn con đường tổng hợp cơ bản có sẵn, như trong Hình 5.
Hình 5 Con đường tổng hợp cơ bản của chất hoạt động bề mặt dựa trên axit amin
| Con đường 1. Các amin este lưỡng tính được tạo ra bằng các phản ứng este hóa, trong trường hợp đó, quá trình tổng hợp chất hoạt động bề mặt thường đạt được bằng cách cho rượu béo và axit amin hồi lưu với sự có mặt của chất khử nước và chất xúc tác axit. Trong một số phản ứng, axit sulfuric đóng vai trò vừa là chất xúc tác vừa là chất khử nước.
Con đường 2. Các axit amin được kích hoạt phản ứng với alkylamine để tạo thành liên kết amit, dẫn đến sự tổng hợp các amidoamine lưỡng tính.
Con đường 3. Axit Amido được tổng hợp bằng cách phản ứng giữa các nhóm amin của axit amin với Axit Amido.
Con đường 4. Axit amin alkyl chuỗi dài được tổng hợp bằng phản ứng của nhóm amin với haloalkan. |
5.2 Những tiến bộ trong tổng hợp và sản xuất
5.2.1 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt axit amin/peptide chuỗi đơn
Các axit amin hoặc peptide N-acyl hoặc O-acyl có thể được tổng hợp bằng cách acyl hóa các nhóm amin hoặc hydroxyl với axit béo được xúc tác bởi enzyme. Báo cáo sớm nhất về quá trình tổng hợp các dẫn xuất axit amin amit hoặc metyl este được xúc tác bởi lipase không dung môi đã sử dụng Candida antarctica, với hiệu suất dao động từ 25% đến 90% tùy thuộc vào axit amin mục tiêu. Metyl etyl xeton cũng được dùng làm dung môi trong một số phản ứng. Vonderhagen và cộng sự. cũng mô tả các phản ứng N-acyl hóa lipase và protease của axit amin, chất thủy phân protein và/hoặc dẫn xuất của chúng bằng cách sử dụng hỗn hợp nước và dung môi hữu cơ (ví dụ, dimethylformamide/nước) và metyl butyl xeton.
Trong những ngày đầu, vấn đề chính của quá trình tổng hợp AAS được xúc tác bằng enzyme là năng suất thấp. Theo Valivety và cộng sự. hiệu suất của các dẫn xuất axit amin N-tetradecanoyl chỉ đạt 2%-10% ngay cả sau khi sử dụng các lipase khác nhau và ủ ở 70°C trong nhiều ngày. Montet và cộng sự. cũng gặp phải vấn đề liên quan đến năng suất axit amin thấp trong quá trình tổng hợp N-acyl lysine bằng axit béo và dầu thực vật. Theo họ, hiệu suất tối đa của sản phẩm là 19% trong điều kiện không dung môi và sử dụng dung môi hữu cơ. vấn đề tương tự đã gặp phải bởi Valivety et al. trong quá trình tổng hợp các dẫn xuất metyl este N-Cbz-L-lysine hoặc N-Cbz-lysine.
Trong nghiên cứu này, họ tuyên bố rằng hiệu suất tạo ra 3-O-tetradecanoyl-L-serine là 80% khi sử dụng serine được bảo vệ bằng N làm cơ chất và Novozyme 435 làm chất xúc tác trong môi trường nóng chảy không dung môi. Nagao và Kito đã nghiên cứu quá trình O-acyl hóa L-serine, L-homoserine, L-threonine và L-tyrosine (LET) khi sử dụng lipase Kết quả phản ứng (lipase thu được bởi Candida cylindracea và Rhizopus delemar trong môi trường đệm nước) và báo cáo rằng hiệu suất acyl hóa L-homoserine và L-serine hơi thấp, trong khi không xảy ra quá trình acyl hóa L-threonine và LET.
Nhiều nhà nghiên cứu đã ủng hộ việc sử dụng các chất nền rẻ tiền và sẵn có để tổng hợp AAS hiệu quả về mặt chi phí. Soo và cộng sự. tuyên bố rằng việc điều chế các chất hoạt động bề mặt gốc dầu cọ hoạt động tốt nhất với lipoenzym cố định. Họ lưu ý rằng hiệu suất của sản phẩm sẽ tốt hơn mặc dù phản ứng tốn thời gian (6 ngày). Gerova và cộng sự. đã nghiên cứu quá trình tổng hợp và hoạt động bề mặt của N-palmitoyl AAS bất đối dựa trên methionine, proline, leucine, threonine, phenylalanine và phenylglycine trong hỗn hợp tuần hoàn/racemic. Pang và Chu đã mô tả quá trình tổng hợp các monome dựa trên axit amin và các monome dựa trên axit dicarboxylic trong dung dịch. Một loạt este polyamit dựa trên axit amin có chức năng và có khả năng phân hủy sinh học được tổng hợp bằng phản ứng đồng ngưng tụ trong dung dịch.
Cantaeuzene và Guerreiro đã báo cáo quá trình este hóa các nhóm axit cacboxylic của Boc-Ala-OH và Boc-Asp-OH với rượu béo và diol chuỗi dài, với dichloromethane làm dung môi và agarose 4B (Sepharose 4B) làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu này, phản ứng của Boc-Ala-OH với rượu béo có tới 16 cacbon cho hiệu suất tốt (51%), trong khi đối với Boc-Asp-OH 6 và 12 cacbon tốt hơn, hiệu suất tương ứng là 63% [64 ]. 99,9%) với hiệu suất từ 58% đến 76%, được tổng hợp bằng cách hình thành liên kết amit với các alkylamine chuỗi dài khác nhau hoặc liên kết este với rượu béo bằng Cbz-Arg-OMe, trong đó papain đóng vai trò là chất xúc tác.
5.2.2 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt axit amin/peptide dựa trên gemini
Chất hoạt động bề mặt gemini gốc axit amin bao gồm hai phân tử AAS chuỗi thẳng được liên kết trực tiếp với nhau bằng một nhóm đệm. Có 2 phương án khả thi để tổng hợp enzyme hóa học của các chất hoạt động bề mặt dựa trên axit amin loại gemini (Hình 6 và 7). Trong Hình 6, 2 dẫn xuất axit amin được phản ứng với hợp chất dưới dạng nhóm đệm và sau đó 2 nhóm kỵ nước được đưa vào. Trong Hình 7, 2 cấu trúc chuỗi thẳng được liên kết trực tiếp với nhau bằng nhóm đệm hai chức năng.
Sự phát triển sớm nhất của quá trình tổng hợp axit lipoamino gemini được xúc tác bằng enzyme đã được Valivety et al. Yoshimura và cộng sự. đã nghiên cứu quá trình tổng hợp, hấp phụ và kết tụ chất hoạt động bề mặt gemini dựa trên axit amin dựa trên Cystine và n-alkyl bromide. Các chất hoạt động bề mặt tổng hợp được so sánh với các chất hoạt động bề mặt đơn phân tương ứng. Faustino và cộng sự. đã mô tả quá trình tổng hợp AAS đơn phân dựa trên urê anion dựa trên L-cystine, D-cystine, DL-cystine, L-cysteine, L-methionine và L-sulfoalanine và các cặp gemini của chúng bằng phương pháp dẫn điện, sức căng bề mặt cân bằng và ổn định. - trạng thái huỳnh quang đặc trưng của chúng. Người ta đã chứng minh rằng giá trị cmc của gemini thấp hơn khi so sánh monome và gemini.
Hình 6 Tổng hợp gemini AAS sử dụng dẫn xuất AA và miếng đệm, sau đó chèn nhóm kỵ nước
Hình 7 Tổng hợp các AAS gemini sử dụng miếng đệm nhị phân và AAS
5.2.3 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt axit amin/peptide glycerolipid
Chất hoạt động bề mặt axit amin/peptide glycerolipid là một loại axit amin lipid mới có cấu trúc tương tự như glycerol mono- (hoặc di-) este và phospholipid, do cấu trúc của chúng gồm một hoặc hai chuỗi béo với một axit amin liên kết với khung glycerol bằng liên kết este. Quá trình tổng hợp các chất hoạt động bề mặt này bắt đầu bằng việc điều chế este glycerol của axit amin ở nhiệt độ cao và với sự có mặt của chất xúc tác axit (ví dụ BF 3). Tổng hợp bằng xúc tác enzyme (sử dụng hydrolase, protease và lipase làm chất xúc tác) cũng là một lựa chọn tốt (Hình 8).
Sự tổng hợp xúc tác enzyme của các liên hợp glyceride arginine được làm loãng bằng papain đã được báo cáo. Sự tổng hợp các liên hợp este diacylglycerol từ acetylarginine và đánh giá các đặc tính hóa lý của chúng cũng đã được báo cáo.
Hình 8. Tổng hợp các liên hợp axit amin mono và diacylglycerol
miếng đệm: NH-(CH2)10-NH: hợp chấtB1
miếng đệm: NH-C6H4-NH: hợp chấtB2
miếng đệm: CH2-CH2: hợp chấtB3
Hình 9 Tổng hợp các amphiphile đối xứng có nguồn gốc từ Tris(hydroxymethyl)aminomethane
5.2.4 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt axit amin/peptide dựa trên bola
Các amphiphiles loại bola dựa trên axit amin chứa 2 axit amin được liên kết với cùng một chuỗi kỵ nước. Franceschi và cộng sự. đã mô tả quá trình tổng hợp các amphiphile loại bola với 2 axit amin (D- hoặc L-alanine hoặc L-histidine) và 1 chuỗi alkyl có độ dài khác nhau và nghiên cứu hoạt động bề mặt của chúng. Họ thảo luận về quá trình tổng hợp và tổng hợp các amphiphile loại bola mới với một phần axit amin (sử dụng axit β-amino hoặc rượu không phổ biến) và nhóm đệm C12 -C20. Các axit amin-β không phổ biến được sử dụng có thể là axit amin đường, axit amin có nguồn gốc từ azidothymin (AZT), axit amin norbornene và rượu amin có nguồn gốc từ AZT (Hình 9). sự tổng hợp các amphiphile loại bola đối xứng có nguồn gốc từ tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris) (Hình 9).
06 Tính chất lý hóa
Người ta biết rằng chất hoạt động bề mặt gốc axit amin (AAS) rất đa dạng và linh hoạt về bản chất và có khả năng ứng dụng tốt trong nhiều ứng dụng như hòa tan tốt, đặc tính nhũ hóa tốt, hiệu suất cao, hiệu suất hoạt động bề mặt cao và khả năng chống nước cứng (ion canxi) tốt. sức chịu đựng).
Dựa trên đặc tính chất hoạt động bề mặt của axit amin (ví dụ: sức căng bề mặt, cmc, trạng thái pha và nhiệt độ Krafft), các kết luận sau đây đã được đưa ra sau các nghiên cứu sâu rộng - hoạt tính bề mặt của AAS vượt trội so với hoạt tính bề mặt thông thường của nó.
6.1 Nồng độ Micelle tới hạn (cmc)
Nồng độ mixen tới hạn là một trong những thông số quan trọng của chất hoạt động bề mặt và chi phối nhiều đặc tính hoạt động bề mặt như độ hòa tan, ly giải tế bào và tương tác của nó với màng sinh học, v.v. Nói chung, việc tăng chiều dài chuỗi của đuôi hydrocarbon (tăng tính kỵ nước) dẫn đến giảm trong giá trị cmc của dung dịch chất hoạt động bề mặt, do đó làm tăng hoạt động bề mặt của nó. Chất hoạt động bề mặt dựa trên axit amin thường có giá trị cmc thấp hơn so với chất hoạt động bề mặt thông thường.
Thông qua sự kết hợp khác nhau của các nhóm đầu và đuôi kỵ nước (amid mono-cationic, amit bi-cationic, este dựa trên bi-cationic amide), Infante et al. đã tổng hợp ba AAS dựa trên arginine và nghiên cứu cmc và γcmc (sức căng bề mặt tại cmc) của chúng, cho thấy giá trị cmc và γcmc giảm khi tăng chiều dài đuôi kỵ nước. Trong một nghiên cứu khác, Singare và Mhatre phát hiện ra rằng cmc của chất hoạt động bề mặt N-α-acylarginine giảm khi tăng số lượng nguyên tử carbon đuôi kỵ nước (Bảng 1).
Yoshimura và cộng sự. đã nghiên cứu cmc của chất hoạt động bề mặt gemini gốc axit amin có nguồn gốc từ cystein và chỉ ra rằng cmc giảm khi chiều dài chuỗi carbon trong chuỗi kỵ nước tăng từ 10 lên 12. Việc tăng thêm chiều dài chuỗi carbon lên 14 dẫn đến tăng cmc, điều này xác nhận rằng các chất hoạt động bề mặt gemini chuỗi dài có xu hướng tổng hợp thấp hơn.
Faustino và cộng sự. báo cáo sự hình thành các mixen hỗn hợp trong dung dịch nước của chất hoạt động bề mặt anion gemini dựa trên Cystine. Các chất hoạt động bề mặt gemini cũng được so sánh với các chất hoạt động bề mặt đơn phân thông thường tương ứng (C 8 Cys). Giá trị cmc của hỗn hợp chất hoạt động bề mặt lipid được báo cáo là thấp hơn so với chất hoạt động bề mặt nguyên chất. chất hoạt động bề mặt gemini và 1,2-diheptanoyl-sn-glyceryl-3-phosphocholine, một phospholipid tạo thành mixen tan trong nước, có cmc ở mức milimol.
Shrestha và Aramaki đã nghiên cứu sự hình thành các mixen giống như giun nhớt trong dung dịch nước của các chất hoạt động bề mặt anion-không ion gốc axit amin hỗn hợp khi không có muối phụ gia. Trong nghiên cứu này, N-dodecyl glutamate được phát hiện có nhiệt độ Krafft cao hơn; tuy nhiên, khi trung hòa bằng axit amin cơ bản L-lysine, nó tạo ra các mixen và dung dịch bắt đầu hoạt động giống như chất lỏng Newton ở 25°C.
6.2 Độ hòa tan trong nước tốt
Khả năng hòa tan trong nước tốt của AAS là do có thêm các liên kết CO-NH. Điều này làm cho AAS dễ phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường hơn so với các chất hoạt động bề mặt thông thường tương ứng. Khả năng hòa tan trong nước của axit N-acyl-L-glutamic thậm chí còn tốt hơn do có 2 nhóm carboxyl. Khả năng hòa tan trong nước của Cn(CA) 2 cũng tốt vì có 2 nhóm ion arginine trong 1 phân tử, giúp hấp phụ và khuếch tán hiệu quả hơn ở bề mặt tế bào và thậm chí ức chế vi khuẩn hiệu quả ở nồng độ thấp hơn.
6.3 Nhiệt độ Krafft và điểm Krafft
Nhiệt độ Krafft có thể được hiểu là đặc tính hòa tan cụ thể của chất hoạt động bề mặt có độ hòa tan tăng mạnh trên một nhiệt độ cụ thể. Chất hoạt động bề mặt ion có xu hướng tạo ra hydrat rắn, có thể kết tủa ra khỏi nước. Ở một nhiệt độ cụ thể (còn gọi là nhiệt độ Krafft), người ta thường quan sát thấy sự gia tăng đột ngột và không liên tục về độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt. Điểm Krafft của chất hoạt động bề mặt ion là nhiệt độ Krafft của nó ở cmc.
Đặc tính hòa tan này thường thấy ở các chất hoạt động bề mặt ion và có thể được giải thích như sau: độ hòa tan của monome không có chất hoạt động bề mặt bị giới hạn dưới nhiệt độ Krafft cho đến khi đạt đến điểm Krafft, tại đó độ hòa tan của nó tăng dần do hình thành các mixen. Để đảm bảo khả năng hòa tan hoàn toàn, cần chuẩn bị công thức chất hoạt động bề mặt ở nhiệt độ trên điểm Krafft.
Nhiệt độ Krafft của AAS đã được nghiên cứu và so sánh với nhiệt độ của các chất hoạt động bề mặt tổng hợp thông thường. Shrestha và Aramaki đã nghiên cứu nhiệt độ Krafft của AAS dựa trên arginine và phát hiện ra rằng nồng độ mixen tới hạn biểu hiện hành vi kết tụ ở dạng tiền mixen trên 2-5 ×10-6 mol-L -1 sau đó là sự hình thành các mixen thông thường ( Ohta và cộng sự đã tổng hợp sáu loại N-hexadecanoyl AAS khác nhau và thảo luận về mối quan hệ giữa nhiệt độ Krafft và dư lượng axit amin của chúng.
Trong các thí nghiệm, người ta nhận thấy rằng nhiệt độ Krafft của N-hexadecanoyl AAS tăng khi kích thước của dư lượng axit amin giảm (ngoại trừ phenylalanine), trong khi nhiệt độ hòa tan (hấp thụ nhiệt) tăng khi giảm kích thước của dư lượng axit amin (với ngoại trừ glycine và phenylalanine). Người ta kết luận rằng trong cả hai hệ thống alanine và phenylalanine, tương tác DL mạnh hơn tương tác LL ở dạng rắn của muối N-hexadecanoyl AAS.
Brito và cộng sự. xác định nhiệt độ Krafft của ba loạt chất hoạt động bề mặt dựa trên axit amin mới bằng phương pháp đo nhiệt lượng vi mô quét vi sai và nhận thấy rằng việc thay đổi ion trifluoroacetate thành ion iodide dẫn đến nhiệt độ Krafft tăng đáng kể (khoảng 6 ° C), từ 47 ° C lên 53 ° C. Sự hiện diện của liên kết đôi cis và chất không bão hòa có trong các dẫn xuất Ser chuỗi dài đã dẫn đến nhiệt độ Krafft giảm đáng kể. n-Dodecyl glutamate được báo cáo là có nhiệt độ Krafft cao hơn. Tuy nhiên, quá trình trung hòa bằng axit amin cơ bản L-lysine dẫn đến sự hình thành các mixen trong dung dịch có tính chất giống như chất lỏng Newton ở 25°C.
6.4 Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt của chất hoạt động bề mặt có liên quan đến chiều dài chuỗi của phần kỵ nước. Zhang và cộng sự. đã xác định độ căng bề mặt của natri cocoyl glycinate bằng phương pháp tấm Wilhelmy (25±0,2)°C và xác định giá trị sức căng bề mặt tại cmc là 33 mN-m -1, cmc là 0,21 mmol-L -1. Yoshimura và cộng sự. đã xác định độ căng bề mặt của chất hoạt động bề mặt gốc axit amin loại 2Cn Cys của các chất hoạt động bề mặt gốc 2Cn Cys. Người ta nhận thấy rằng sức căng bề mặt ở cmc giảm khi chiều dài chuỗi tăng lên (cho đến n = 8), trong khi xu hướng này ngược lại đối với các chất hoạt động bề mặt có chiều dài chuỗi n = 12 hoặc dài hơn.
Tác dụng của CaC1 2 đối với sức căng bề mặt của chất hoạt động bề mặt gốc axit amin dicarboxyl hóa cũng đã được nghiên cứu. Trong những nghiên cứu này, CaC1 2 đã được thêm vào dung dịch nước của ba chất hoạt động bề mặt loại axit amin dicarboxyl hóa (C12 MalNa 2, C12 AspNa 2 và C12 GlaNa 2). Các giá trị cao nguyên sau cmc được so sánh và người ta thấy rằng sức căng bề mặt giảm ở nồng độ CaC1 2 rất thấp. Điều này là do ảnh hưởng của các ion canxi đến sự sắp xếp của chất hoạt động bề mặt ở bề mặt phân cách khí-nước. Mặt khác, sức căng bề mặt của các muối N-dodecylaminomalonate và N-dodecylaspartate cũng gần như không đổi ở nồng độ 10 mmol-L -1 CaC1 2. Trên 10 mmol-L -1, sức căng bề mặt tăng mạnh do sự hình thành kết tủa muối canxi của chất hoạt động bề mặt. Đối với muối dinatri của N-dodecyl glutamate, việc bổ sung vừa phải CaC1 2 dẫn đến sức căng bề mặt giảm đáng kể, trong khi việc tiếp tục tăng nồng độ CaC1 2 không còn gây ra những thay đổi đáng kể.
Để xác định động học hấp phụ của AAS loại gemini tại bề mặt phân cách khí-nước, sức căng bề mặt động được xác định bằng phương pháp áp suất bong bóng tối đa. Kết quả cho thấy trong thời gian thử nghiệm dài nhất, sức căng bề mặt động 2C 12 Cys không thay đổi. Sự giảm sức căng bề mặt động học chỉ phụ thuộc vào nồng độ, chiều dài của đuôi kỵ nước và số lượng đuôi kỵ nước. Tăng nồng độ chất hoạt động bề mặt, giảm chiều dài chuỗi cũng như số lượng chuỗi dẫn đến sự phân rã nhanh hơn. Kết quả thu được ở nồng độ Cn Cys cao hơn (n = 8 đến 12) được thấy là rất gần với γ cmc đo được bằng phương pháp Wilhelmy.
Trong một nghiên cứu khác, sức căng bề mặt động của natri dilauryl Cystine (SDLC) và Natri Didecamino Cystine được xác định bằng phương pháp tấm Wilhelmy, ngoài ra, sức căng bề mặt cân bằng của dung dịch nước của chúng được xác định bằng phương pháp giảm thể tích. Phản ứng của liên kết disulfua cũng được nghiên cứu sâu hơn bằng các phương pháp khác. Việc bổ sung mercaptoetanol vào dung dịch 0,1 mmol-L -1SDLC dẫn đến sức căng bề mặt tăng nhanh từ 34 mN-m -1 lên 53 mN-m -1. Vì NaClO có thể oxy hóa các liên kết disulfua của SDLC thành các nhóm axit sulfonic nên không quan sát thấy sự kết tụ nào khi thêm NaClO (5 mmol-L -1) vào dung dịch SDLC 0,1 mmol-L -1. Kính hiển vi điện tử truyền qua và kết quả tán xạ ánh sáng động cho thấy không có tập hợp nào được hình thành trong dung dịch. Sức căng bề mặt của SDLC được phát hiện tăng từ 34 mN-m -1 lên 60 mN-m -1 trong khoảng thời gian 20 phút.
6.5 Tương tác bề mặt nhị phân
Trong khoa học đời sống, một số nhóm đã nghiên cứu đặc tính rung động của hỗn hợp AAS cation (chất hoạt động bề mặt dựa trên diacylglycerol arginine) và phospholipid ở bề mặt phân cách khí-nước, cuối cùng kết luận rằng đặc tính không lý tưởng này gây ra sự phổ biến của tương tác tĩnh điện.
6.6 Thuộc tính tổng hợp
Sự tán xạ ánh sáng động thường được sử dụng để xác định đặc tính tập hợp của các monome gốc axit amin và chất hoạt động bề mặt gemini ở nồng độ trên cmc, mang lại đường kính thủy động lực biểu kiến DH (= 2R H ). Các cốt liệu được hình thành bởi Cn Cys và 2Cn Cys tương đối lớn và có sự phân bố trên phạm vi rộng so với các chất hoạt động bề mặt khác. Tất cả các chất hoạt động bề mặt ngoại trừ 2C 12 Cys thường tạo thành các tập hợp có kích thước khoảng 10 nm. kích thước mixen của chất hoạt động bề mặt gemini lớn hơn đáng kể so với kích thước của các chất hoạt động bề mặt đơn phân của chúng. Việc tăng chiều dài chuỗi hydrocarbon cũng dẫn đến tăng kích thước mixen. ohta và cộng sự. đã mô tả các đặc tính kết tụ của ba đồng phân lập thể khác nhau của N-dodecyl-phenyl-alanyl-phenyl-alanine tetramethylammonium trong dung dịch nước và chỉ ra rằng các đồng phân không đối quang có cùng nồng độ kết tụ tới hạn trong dung dịch nước. Iwahashi và cộng sự. được nghiên cứu bằng phương pháp lưỡng sắc tròn, NMR và phép đo thẩm thấu áp suất hơi Sự hình thành các tập hợp bất đối của axit N-dodecanoyl-L-glutamic, N-dodecanoyl-L-valine và metyl este của chúng trong các dung môi khác nhau (như tetrahydrofuran, acetonitril, 1,4 -dioxane và 1,2-dichloroethane) có đặc tính quay được nghiên cứu bằng phương pháp lưỡng sắc tròn, NMR và phép đo thẩm thấu áp suất hơi.
6.7 Hấp phụ bề mặt
Sự hấp phụ bề mặt của các chất hoạt động bề mặt gốc axit amin và so sánh nó với các chất hoạt động bề mặt thông thường cũng là một trong những hướng nghiên cứu. Ví dụ, đặc tính hấp phụ bề mặt của este dodecyl của axit amin thơm thu được từ LET và LEP đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy LET và LEP thể hiện diện tích bề mặt thấp hơn tương ứng ở bề mặt phân cách khí-lỏng và ở bề mặt phân cách nước/hexan.
Bordes và cộng sự. đã nghiên cứu hành vi dung dịch và sự hấp phụ ở bề mặt khí-nước của ba chất hoạt động bề mặt axit amin dicarboxyl hóa, muối disodium của dodecyl glutamate, dodecyl aspartate và aminomalonate (tương ứng với 3, 2 và 1 nguyên tử carbon giữa hai nhóm carboxyl). Theo báo cáo này, cmc của chất hoạt động bề mặt dicarboxyl hóa cao hơn 4-5 lần so với muối dodecyl glycine monocarboxylated. Điều này được cho là do sự hình thành liên kết hydro giữa các chất hoạt động bề mặt được dicarboxyl hóa và các phân tử lân cận thông qua các nhóm amit trong đó.
6.8 Hành vi pha
Các pha lập phương không liên tục đẳng hướng được quan sát thấy ở các chất hoạt động bề mặt ở nồng độ rất cao. Các phân tử chất hoạt động bề mặt có nhóm đầu rất lớn có xu hướng hình thành các tập hợp có độ cong dương nhỏ hơn. marques và cộng sự. đã nghiên cứu hoạt động pha của hệ thống 12Lys12/12Ser và 8Lys8/16Ser (xem Hình 10), và kết quả cho thấy hệ thống 12Lys12/12Ser có vùng phân tách pha giữa vùng dung dịch mixen và dạng mụn nước, trong khi hệ thống 8Lys8/16Ser Hệ thống 8Lys8/16Ser cho thấy sự chuyển đổi liên tục (vùng pha mixen kéo dài giữa vùng pha mixen nhỏ và vùng pha túi). Cần lưu ý rằng đối với vùng túi của hệ thống 12Lys12/12Ser, các túi luôn tồn tại cùng với các mixen, trong khi vùng túi của hệ thống 8Lys8/16Ser chỉ có các túi.
Hỗn hợp catanion của các chất hoạt động bề mặt dựa trên lysine và serine: cặp 12Lys12/12Ser đối xứng (trái) và cặp 8Lys8/16Ser không đối xứng (phải)
6.9 Khả năng nhũ hóa
Kouchi và cộng sự. đã kiểm tra khả năng nhũ hóa, sức căng bề mặt, độ phân tán và độ nhớt của N-[3-dodecyl-2-hydroxypropyl]-L-arginine, L-glutamate và các AAS khác. So với các chất hoạt động bề mặt tổng hợp (các chất hoạt động bề mặt không ion và lưỡng tính thông thường), kết quả cho thấy AAS có khả năng nhũ hóa mạnh hơn các chất hoạt động bề mặt thông thường.
Baczko và cộng sự. tổng hợp các chất hoạt động bề mặt axit amin anion mới và nghiên cứu tính phù hợp của chúng làm dung môi quang phổ NMR định hướng chirus. Một loạt các dẫn xuất L-Phe hoặc L-Ala lưỡng tính dựa trên sulfonate có đuôi kỵ nước khác nhau (pentyl~tetradecyl) được tổng hợp bằng cách phản ứng với axit amin với anhydrit o-sulfobenzoic. Wu và cộng sự. muối natri tổng hợp của acyl N béo AAS vàđã nghiên cứu khả năng nhũ hóa của chúng trong nhũ tương dầu trong nước và kết quả cho thấy các chất hoạt động bề mặt này hoạt động tốt hơn với etyl axetat ở pha dầu so với n-hexan ở pha dầu.
6.10 Những tiến bộ trong tổng hợp và sản xuất
Khả năng chống nước cứng có thể được hiểu là khả năng của chất hoạt động bề mặt chống lại sự có mặt của các ion như canxi và magie trong nước cứng, tức là khả năng tránh kết tủa thành xà phòng canxi. Chất hoạt động bề mặt có khả năng chống nước cứng cao rất hữu ích cho các công thức tẩy rửa và sản phẩm chăm sóc cá nhân. Khả năng chống nước cứng có thể được đánh giá bằng cách tính toán sự thay đổi độ hòa tan và hoạt động bề mặt của chất hoạt động bề mặt khi có mặt các ion canxi.
Một cách khác để đánh giá khả năng chống nước cứng là tính tỷ lệ phần trăm hoặc số gam chất hoạt động bề mặt cần thiết để xà phòng canxi được tạo thành từ 100 g natri oleat được phân tán trong nước. Ở những khu vực có nước cứng cao, nồng độ ion canxi, magie và khoáng chất cao có thể gây khó khăn cho một số ứng dụng thực tế. Thông thường ion natri được sử dụng làm ion đối của chất hoạt động bề mặt anion tổng hợp. Vì ion canxi hóa trị hai liên kết với cả hai phân tử chất hoạt động bề mặt nên nó làm cho chất hoạt động bề mặt kết tủa dễ dàng hơn từ dung dịch khiến khả năng tẩy rửa ít xảy ra hơn.
Nghiên cứu về khả năng chống nước cứng của AAS cho thấy khả năng chống axit và nước cứng bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi một nhóm carboxyl bổ sung, và khả năng chống nước cứng và axit tăng hơn nữa khi tăng chiều dài của nhóm đệm giữa hai nhóm carboxyl . Thứ tự kháng axit và nước cứng là C 12 glycinate < C 12 aspartate < C 12 glutamate. So sánh liên kết amit dicarboxyl hóa và chất hoạt động bề mặt amino dicarboxyl hóa, người ta thấy rằng phạm vi pH của chất sau rộng hơn và hoạt động bề mặt của nó tăng lên khi bổ sung một lượng axit thích hợp. Các axit amin N-alkyl dicarboxyl hóa cho thấy tác dụng tạo chelat khi có mặt các ion canxi và C 12 aspartate tạo thành gel màu trắng. c 12 glutamate cho thấy hoạt động bề mặt cao ở nồng độ Ca 2+ cao và dự kiến sẽ được sử dụng trong khử mặn nước biển.
6.11 Độ phân tán
Độ phân tán đề cập đến khả năng của chất hoạt động bề mặt ngăn chặn sự kết tụ và lắng đọng của chất hoạt động bề mặt trong dung dịch.Khả năng phân tán là một đặc tính quan trọng của chất hoạt động bề mặt khiến chúng thích hợp để sử dụng trong chất tẩy rửa, mỹ phẩm và dược phẩm.Chất phân tán phải chứa liên kết este, ete, amit hoặc amino giữa nhóm kỵ nước và nhóm ưa nước cuối cùng (hoặc giữa các nhóm kỵ nước chuỗi thẳng).
Nói chung, các chất hoạt động bề mặt anion như alkanolamido sunfat và chất hoạt động bề mặt lưỡng tính như amidosulfobetaine đặc biệt hiệu quả như chất phân tán cho xà phòng canxi.
Nhiều nỗ lực nghiên cứu đã xác định khả năng phân tán của AAS, trong đó N-lauroyl lysine được phát hiện là kém tương thích với nước và khó sử dụng trong các công thức mỹ phẩm.Trong loạt bài này, các axit amin cơ bản được thay thế bằng N-acyl có khả năng phân tán tuyệt vời và được sử dụng trong ngành mỹ phẩm để cải tiến công thức.
07 Độc tính
Các chất hoạt động bề mặt thông thường, đặc biệt là chất hoạt động bề mặt cation, có độc tính cao đối với sinh vật dưới nước. Độc tính cấp tính của chúng là do hiện tượng tương tác hấp phụ-ion của chất hoạt động bề mặt ở bề mặt tế bào-nước. Giảm cmc của chất hoạt động bề mặt thường dẫn đến sự hấp phụ bề mặt mạnh hơn của chất hoạt động bề mặt, điều này thường dẫn đến độc tính cấp tính tăng cao của chúng. Sự gia tăng chiều dài của chuỗi kỵ nước của chất hoạt động bề mặt cũng dẫn đến tăng độc tính cấp tính của chất hoạt động bề mặt.Hầu hết AAS đều có hàm lượng thấp hoặc không độc hại đối với con người và môi trường (đặc biệt là đối với sinh vật biển) và phù hợp để sử dụng làm nguyên liệu thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.Nhiều nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng chất hoạt động bề mặt axit amin rất nhẹ nhàng và không gây kích ứng da. Các chất hoạt động bề mặt gốc arginine được biết là ít độc hơn so với các chất hoạt động bề mặt thông thường.
Brito và cộng sự. đã nghiên cứu các đặc tính hóa lý và độc tính của các amphiphile gốc axit amin và [các dẫn xuất của chúng từ tyrosine (Tyr), hydroxyproline (Hyp), serine (Ser) và lysine (Lys)] sự hình thành tự phát của các túi cation và cung cấp dữ liệu về độc tính cấp tính của chúng đối với Daphnia magna (IC 50). Họ đã tổng hợp các túi cation của hỗn hợp dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB)/Lys-dẫn xuất và/hoặc Ser-/Lys và thử nghiệm độc tính sinh thái cũng như khả năng tan máu của chúng, cho thấy rằng tất cả AAS và hỗn hợp chứa túi của chúng ít độc hơn chất hoạt động bề mặt thông thường DTAB .
Rosa và cộng sự. đã nghiên cứu sự liên kết (liên kết) của DNA với các túi cation dựa trên axit amin ổn định. Không giống như các chất hoạt động bề mặt cation thông thường, thường có vẻ độc hại, sự tương tác của các chất hoạt động bề mặt cation axit amin dường như không độc hại. AAS cation dựa trên arginine, chất này tự hình thành các túi ổn định khi kết hợp với một số chất hoạt động bề mặt anion nhất định. Chất ức chế ăn mòn dựa trên axit amin cũng được báo cáo là không độc hại. Các chất hoạt động bề mặt này dễ dàng tổng hợp với độ tinh khiết cao (lên tới 99%), giá thành thấp, dễ phân hủy sinh học và hòa tan hoàn toàn trong môi trường nước. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng chất hoạt động bề mặt axit amin chứa lưu huỳnh có khả năng ức chế ăn mòn vượt trội.
Trong một nghiên cứu gần đây, Perinelli et al. đã báo cáo hồ sơ độc tính thỏa đáng của rhamnolipids so với các chất hoạt động bề mặt thông thường. Rhamnolipids được biết là hoạt động như chất tăng cường tính thấm. Họ cũng báo cáo tác dụng của rhamnolipids đối với tính thấm biểu mô của thuốc đại phân tử.
08 Hoạt tính kháng khuẩn
Hoạt tính kháng khuẩn của chất hoạt động bề mặt có thể được đánh giá bằng nồng độ ức chế tối thiểu. Hoạt tính kháng khuẩn của chất hoạt động bề mặt gốc arginine đã được nghiên cứu chi tiết. Vi khuẩn gram âm được phát hiện có khả năng kháng chất hoạt động bề mặt gốc arginine cao hơn vi khuẩn gram dương. Hoạt tính kháng khuẩn của chất hoạt động bề mặt thường tăng lên nhờ sự có mặt của các liên kết hydroxyl, cyclopropane hoặc không bão hòa trong chuỗi acyl. Castillo và cộng sự. cho thấy độ dài của chuỗi acyl và điện tích dương quyết định giá trị HLB (cân bằng ưa nước-lipophilic) của phân tử và những điều này có ảnh hưởng đến khả năng phá vỡ màng của chúng. Nα-acylarginine methyl ester là một loại chất hoạt động bề mặt cation quan trọng khác có hoạt tính kháng khuẩn phổ rộng và dễ phân hủy sinh học và có độc tính thấp hoặc không có độc tính. Nghiên cứu sự tương tác giữa các chất hoạt động bề mặt gốc Nα-acylarginine methyl ester với 1,2-dipalmitoyl-sn-propyltrioxyl-3-phosphorylcholine và 1,2-ditetradecanoyl-sn-propyltrioxyl-3-phosphorylcholine, màng mô hình và với các sinh vật sống trong sự có mặt hay vắng mặt của các rào cản bên ngoài cho thấy lớp chất hoạt động bề mặt này có khả năng kháng khuẩn tốt. Kết quả cho thấy các chất hoạt động bề mặt này có hoạt tính kháng khuẩn tốt.
09 Đặc tính lưu biến
Đặc tính lưu biến của chất hoạt động bề mặt đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định và dự đoán ứng dụng của chúng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm thực phẩm, dược phẩm, chiết xuất dầu, chăm sóc cá nhân và các sản phẩm chăm sóc gia đình. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để thảo luận về mối quan hệ giữa độ nhớt đàn hồi của chất hoạt động bề mặt axit amin và cmc.
10 Ứng dụng trong ngành mỹ phẩm
AAS được sử dụng trong công thức của nhiều sản phẩm chăm sóc cá nhân.kali N-cocoyl glycinate được cho là nhẹ nhàng trên da và được sử dụng để làm sạch da mặt để loại bỏ bùn và lớp trang điểm. Axit n-Acyl-L-glutamic có hai nhóm carboxyl, làm cho nó hòa tan trong nước hơn. Trong số các AAS này, AAS dựa trên axit béo C 12 được sử dụng rộng rãi trong việc làm sạch da mặt để loại bỏ cặn bẩn và lớp trang điểm. AAS với chuỗi C 18 được sử dụng làm chất nhũ hóa trong các sản phẩm chăm sóc da và muối N-Lauryl alanine được biết là tạo ra bọt kem không gây kích ứng da và do đó có thể được sử dụng trong công thức sản phẩm chăm sóc trẻ em. AAS gốc N-Lauryl dùng trong kem đánh răng có khả năng tẩy rửa tốt tương tự như xà phòng và có tác dụng ức chế enzyme mạnh.
Trong vài thập kỷ qua, việc lựa chọn chất hoạt động bề mặt cho mỹ phẩm, sản phẩm chăm sóc cá nhân và dược phẩm tập trung vào độc tính thấp, độ dịu nhẹ, êm dịu khi chạm vào và an toàn. Người tiêu dùng các sản phẩm này nhận thức sâu sắc về khả năng gây kích ứng, độc tính và các yếu tố môi trường.
Ngày nay, AAS được sử dụng để điều chế nhiều loại dầu gội, thuốc nhuộm tóc và xà phòng tắm do có nhiều ưu điểm so với các sản phẩm truyền thống trong mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân.Chất hoạt động bề mặt dựa trên protein có các đặc tính mong muốn cần thiết cho các sản phẩm chăm sóc cá nhân. Một số AAS có khả năng tạo màng, trong khi một số khác có khả năng tạo bọt tốt.
Axit amin là yếu tố giữ ẩm tự nhiên quan trọng trong lớp sừng. Khi tế bào biểu bì chết đi, chúng trở thành một phần của lớp sừng và các protein nội bào dần dần bị phân hủy thành axit amin. Các axit amin này sau đó được vận chuyển sâu hơn vào lớp sừng, nơi chúng hấp thụ chất béo hoặc các chất giống như chất béo vào lớp sừng biểu bì, từ đó cải thiện độ đàn hồi của bề mặt da. Khoảng 50% yếu tố giữ ẩm tự nhiên trong da bao gồm các axit amin và pyrrolidone.
Collagen, một thành phần mỹ phẩm phổ biến, cũng chứa các axit amin giúp da mềm mại.Các vấn đề về da như thô ráp và xỉn màu phần lớn là do thiếu axit amin. Một nghiên cứu cho thấy rằng trộn axit amin với thuốc mỡ làm giảm vết bỏng trên da và các vùng bị ảnh hưởng trở lại trạng thái bình thường mà không bị sẹo lồi.
Axit amin cũng được chứng minh là rất hữu ích trong việc chăm sóc lớp biểu bì bị tổn thương.Tóc khô, không tạo hình được có thể là dấu hiệu của sự giảm nồng độ axit amin trong lớp sừng bị tổn thương nghiêm trọng. Axit amin có khả năng xuyên qua lớp biểu bì vào thân tóc và hút ẩm từ da.Khả năng hoạt động bề mặt dựa trên axit amin này khiến chúng rất hữu ích trong dầu gội, thuốc nhuộm tóc, chất làm mềm tóc, dầu dưỡng tóc và sự hiện diện của axit amin làm cho tóc chắc khỏe.
11 Ứng dụng trong mỹ phẩm hàng ngày
Hiện nay, nhu cầu về công thức chất tẩy rửa dựa trên axit amin ngày càng tăng trên toàn thế giới.AAS được biết là có khả năng làm sạch, khả năng tạo bọt và làm mềm vải tốt hơn, khiến chúng phù hợp với chất tẩy rửa gia dụng, dầu gội, sữa tắm và các ứng dụng khác.AAS lưỡng tính có nguồn gốc từ axit aspartic được báo cáo là chất tẩy rửa hiệu quả cao với đặc tính chelat. Việc sử dụng các thành phần tẩy rửa bao gồm axit N-alkyl-β-aminoethoxy được cho là làm giảm kích ứng da. Công thức chất tẩy rửa dạng lỏng bao gồm N-cocoyl-β-aminopropionate đã được báo cáo là chất tẩy rửa hiệu quả đối với vết dầu trên bề mặt kim loại. Chất hoạt động bề mặt axit aminocarboxylic, C 14 CHOHCH 2 NHCH 2 COONa, cũng đã được chứng minh là có khả năng tẩy rửa tốt hơn và được sử dụng để làm sạch hàng dệt, thảm, tóc, thủy tinh, v.v. Axit 2-hydroxy-3-aminopropionic-N,N- Dẫn xuất axit acetoacetic được biết là có khả năng tạo phức tốt và do đó mang lại sự ổn định cho các chất tẩy trắng.
Việc bào chế các công thức chất tẩy rửa dựa trên N-(N'-chuỗi dài acyl-β-alanyl)-β-alanine đã được Keigo và Tatsuya báo cáo trong bằng sáng chế của họ về khả năng giặt và độ ổn định tốt hơn, dễ vỡ bọt và làm mềm vải tốt . Kao đã phát triển công thức tẩy rửa dựa trên N-Acyl-1 -N-hydroxy-β-alanine và được báo cáo là ít gây kích ứng da, khả năng chống nước cao và khả năng loại bỏ vết bẩn cao.
Công ty Ajinomoto của Nhật Bản sử dụng AAS ít độc hại và dễ phân hủy dựa trên axit L-glutamic, L-arginine và L-lysine làm thành phần chính trong dầu gội, chất tẩy rửa và mỹ phẩm (Hình 13). Khả năng của các chất phụ gia enzyme trong công thức chất tẩy rửa để loại bỏ chất bẩn protein cũng đã được báo cáo. N-acyl AAS có nguồn gốc từ axit glutamic, alanine, methylglycine, serine và axit aspartic đã được báo cáo là có công dụng làm chất tẩy rửa dạng lỏng tuyệt vời trong dung dịch nước. Những chất hoạt động bề mặt này hoàn toàn không làm tăng độ nhớt, ngay cả ở nhiệt độ rất thấp và có thể dễ dàng chuyển từ bình chứa của thiết bị tạo bọt để thu được bọt đồng nhất.
Thời gian đăng: Jun-09-2022