DOI: https://doi.org/10.3934/bioeng.2026001
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Amir Mohammad Bagheri وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السطحية والأنظمة الغروية
نظرة عامة
تسلط المراجعة الضوء على العيوب البيئية للمواد السطحية الاصطناعية، التي غالبًا ما تكون غير قابلة للتحلل ومشتقة من مصادر بتروكيماوية، مما يقارنها بالمواد السطحية الطبيعية، أو المواد السطحية الحيوية (BSs)، التي تكون عادة قابلة للتحلل ومصنوعة من مواد بيولوجية. من بين هذه المواد، تُعتبر المواد السطحية الحيوية المشتقة من النباتات (PdBSs)، وخاصة السابونين، مشهورة بخصائصها الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية المواتية، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في صناعات مستحضرات التجميل والعناية بالبشرة. يؤكد المؤلفون على إمكانية PdBSs في تعزيز الممارسات الصديقة للبيئة ودعم جهود الاستدامة، نظرًا لطبيعتها غير السامة وقدرتها على أن تكون مشتقة من محاصيل مزروعة على نطاق واسع.
تناقش الورقة أيضًا التحديات والفرص المرتبطة بتسويق PdBSs. بينما تقدم مزايا مثل تحسين عوائد الاستخراج وتقليل المخاوف التنظيمية مقارنةً بـ BSs الميكروبية، هناك فجوات بحثية كبيرة تحتاج إلى معالجة. تشمل هذه الفجوات اكتشاف وتوصيف PdBSs جديدة، وفهم علاقات الهيكل-الوظيفة الخاصة بها، وتطوير طرق استخراج موحدة. علاوة على ذلك، تم تحديد التحديات اللوجستية في توسيع الإنتاج وضمان سلسلة إمداد متسقة كعقبات حاسمة. يقترح المؤلفون استراتيجيات متنوعة، بما في ذلك تطوير أنظمة توصيل الأدوية المستجيبة للمؤثرات وتحليلات تقنية واقتصادية شاملة، لتسهيل انتقال PdBSs من بدائل محتملة إلى مكونات أساسية في صناعة المواد السطحية بعد البتروكيماويات.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة المواد السطحية، وهي مركبات أمفيبيلية تتميز بمكوناتها المحبة للماء والماء الكارهة. يتم تصنيفها إلى أنواع غير أيونية، وأيونية، وزويتريونية، وأنيونية بناءً على شحنتها وتستخدم بشكل أساسي لتقليل التوتر السطحي في المستحلبات، مما يسهل تطبيقات متنوعة في مستحضرات التجميل، بما في ذلك كمنظفات ومواد مستحلبة. تم اشتقاق المواد السطحية التقليدية إلى حد كبير من النفط، مما يثير مخاوف بيئية، في حين أن المواد السطحية الحيوية (BSs) المأخوذة من الكائنات الحية تقدم بديلاً أكثر استدامة نظرًا لقابليتها للتحلل، وانخفاض سمّيتها، وتوافقها البيئي.
تُنتج المواد السطحية الحيوية، التي تُعرف غالبًا باسم “المواد السطحية الخضراء”، بواسطة الكائنات الدقيقة والنباتات والحيوانات، وتُعرّف بأنها مواد سطحية مشتقة بشكل طبيعي تم الحصول عليها من خلال الاستخراج دون مزيد من التخليق. من الناحية الهيكلية، تتكون من رؤوس محبة للماء، مثل الأحماض الأمينية أو السكريات، وذيول كارهة للماء، والتي قد تشمل سلاسل ألكيل طويلة أو مجموعات تريترينويد. تبرز الورقة الخصائص الوظيفية المتنوعة لـ BSs، التي تظهر استقرارًا تحت ظروف قاسية ولها تطبيقات محتملة في استعادة النفط، والتنظيف البيولوجي، والصيدلة، ومستحضرات التجميل. تهدف المراجعة إلى استكشاف التطبيقات الطبية الحيوية لـ BSs المستندة إلى النباتات وتقترح اتجاهات بحثية مستقبلية للتحقيق في فوائدها واستخداماتها بشكل أكبر.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على إمكانية المواد السطحية الحيوية المشتقة من النباتات (PdBSs) كبدائل مستدامة للمواد السطحية الاصطناعية في تطبيقات متنوعة، وخاصة في مستحضرات التجميل. تشمل PdBSs مركبات مثل الفوسفوليبيدات، والبروتينات، والسكريات المتعددة، والسابونين، وتظهر سمّية وتأثير بيئي أقل مقارنةً بنظيراتها الميكروبية. تجعل خصائصها متعددة الوظائف، مثل القابلية للتحلل، والتوافق الحيوي، والنشاط السطحي المتفوق، مناسبة للاستخدام في منتجات العناية الشخصية. تؤكد الورقة على الاتجاه المتزايد نحو “مبادئ التجميل الخضراء”، داعيةً إلى استبدال المكونات الاصطناعية الضارة ببدائل طبيعية تتماشى مع قيم الاستدامة.
يتناول النقاش أيضًا الأدوار البيولوجية لـ PdBSs في النباتات، مشيرًا إلى أنها تعزز امتصاص العناصر الغذائية، وتوفر الدفاع ضد الآفات، وتدعم نمو النباتات في ظروف الإجهاد. يُلاحظ أن السابونين، على وجه الخصوص، يتمتع بخصائص تنظيف، واستحلاب، ورغوة ممتازة، مما يجعله فعالًا في تركيبات العناية الشخصية. يبرز النص أهمية هذه المواد السطحية الطبيعية في الحفاظ على صحة الجلد، وتعزيز تخليق الكولاجين، وتعديل الميكروبيوم الجلدي، مما يقدم حالة قوية لإدماجها في منتجات التجميل الحديثة. بشكل عام، تدعو النتائج إلى مزيد من الاستكشاف واستخدام PdBSs في صناعة مستحضرات التجميل لتحقيق تركيبات أكثر أمانًا وفعالية.
DOI: https://doi.org/10.3934/bioeng.2026001
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Amir Mohammad Bagheri et al.
Primary Topic: Surfactants and Colloidal Systems
Overview
The review highlights the environmental drawbacks of synthetic surfactants, which are often non-biodegradable and derived from petrochemical sources, contrasting them with natural surfactants, or biosurfactants (BSs), that are typically biodegradable and sourced from biological materials. Among these, plant-derived biosurfactants (PdBSs), particularly saponins, are noted for their favorable physicochemical and biological properties, making them suitable for applications in the cosmetic and skincare industries. The authors emphasize the potential of PdBSs to promote eco-friendly practices and support sustainability efforts, given their non-toxic nature and the ability to be derived from widely cultivated crops.
The paper also discusses the challenges and opportunities associated with the commercialization of PdBSs. While they offer advantages such as better extraction yields and reduced regulatory concerns compared to microbial BSs, there are significant research gaps that need to be addressed. These include the discovery and characterization of new PdBSs, understanding their structure-function relationships, and developing standardized extraction methods. Furthermore, logistical challenges in scaling production and ensuring a consistent supply chain are identified as critical hurdles. The authors propose various strategies, including the development of stimuli-responsive drug delivery systems and comprehensive techno-economic analyses, to facilitate the transition of PdBSs from potential alternatives to essential components in the post-petrochemical surfactant industry.
Introduction
The introduction of the paper discusses surfactants, which are amphiphilic compounds characterized by their hydrophilic and hydrophobic components. They are categorized into nonionic, cationic, zwitterionic, and anionic types based on their charge and are primarily used to reduce surface tension in emulsions, thereby facilitating various applications in cosmetics, including as detergents and emulsifying agents. Traditional surfactants have been largely derived from petroleum, raising environmental concerns, whereas biosurfactants (BSs) sourced from living organisms present a more sustainable alternative due to their biodegradability, low toxicity, and ecological compatibility.
Biosurfactants, often referred to as “green” surfactants, are produced by microorganisms, plants, and animals, and are defined as naturally derived surfactants obtained through extraction without further synthesis. Structurally, they consist of hydrophilic heads, such as amino acids or saccharides, and hydrophobic tails, which may include long alkyl chains or triterpenoid groups. The paper highlights the diverse functional properties of BSs, which exhibit stability under extreme conditions and have potential applications in oil recovery, bioremediation, pharmaceuticals, and cosmetics. The review aims to explore the biomedical applications of plant-based BSs and suggests future research directions to further investigate their benefits and uses.
Discussion
The discussion highlights the potential of plant-derived biosurfactants (PdBSs) as sustainable alternatives to synthetic surfactants in various applications, particularly in cosmetics. PdBSs, which include compounds such as phospholipids, proteins, polysaccharides, and saponins, exhibit lower toxicity and environmental impact compared to their microbial counterparts. Their multifunctional properties, such as biodegradability, biocompatibility, and superior interfacial activity, make them suitable for use in personal care products. The paper emphasizes the growing trend towards “green cosmetic principles,” advocating for the replacement of harmful synthetic ingredients with natural alternatives that align with sustainability values.
The discussion also delves into the biological roles of PdBSs in plants, suggesting they enhance nutrient absorption, provide defense against herbivores, and support plant growth under stress conditions. Saponins, in particular, are noted for their excellent cleansing, emulsifying, and foaming properties, making them effective in personal care formulations. The text underscores the importance of these natural surfactants in maintaining skin health, promoting collagen biosynthesis, and modulating the skin microbiome, thus presenting a compelling case for their incorporation into modern cosmetic products. Overall, the findings advocate for further exploration and utilization of PdBSs in the cosmetic industry to achieve safer and more effective formulations.