Procesul de fermentație butirică, organisme și produse

fermentare butirică apare atunci când glucoza este obținută din acidul butiric drept produs final principal. Este produsă de anumite bacterii în condiții de absență completă de oxigen și a fost descoperită de Louis Pasteur, potrivit notei sale din raportul din 1861 privind experimentele efectuate în 1875.

Fermentația este un proces biologic prin care o substanță este transformată într-o substanță mai simplă. Este un proces catabolic, de degradare a nutrienților pentru a obține ca produs final un compus organic.

Acest proces nu necesită oxigen, este anaerob și este caracteristic pentru unele microorganisme cum ar fi bacterii și drojdii. Fermentația are loc și în celulele animalelor, în special atunci când alimentarea celulară cu oxigen este insuficientă. Este un proces energetic puțin productiv.

Din molecula de glucoza, folosind Meyerhof-Parnas Embden- (cea mai comuna cale de glicoliză) prin intermediul apare piruvatul. Fermentările pornesc de la piruvat, care este fermentat la diferite produse. Conform produselor finale, există diferite tipuri de fermentație.

index

• 1 Proces de fermentație butirică
• 2 Organisme care efectuează fermentația butirică
• 3 Produse
• 4 Utilizări și aplicații ale acidului butiric
  • 4.1 Biocarburanți
  • 4.2 Industria alimentară și farmaceutică
  • 4.3 Cercetarea cancerului
  • 4.4 Sinteza produselor chimice
• 5 Referințe

Procesul de fermentație butirică

fermentarea butiric este definită ca degradarea glucozei (C6H12O6) pentru a produce acid butiric (C4H8O2) și gaz în condiții anaerobe și eficiența energetică scăzută. Este caracteristic producerii de mirosuri neplăcute și putrede.

fermentație butirică se realizează prin Gram pozitivi spori, producerea, Clostridium, Clostridium butyricum în mod tipic, Clostridium tyrobutyricum, thermobutyricum Clostridium plus pasteurianum Clostridium kluyveri și Clostridium.

Cu toate acestea, ele au fost, de asemenea, raportate ca producătoare de butirat de alte bacterii clasificate în genurile Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera și Sarcina.

În procesul de fermentație, glucoza este catabolizată în piruvat, producând două moli de ATP și NADH. Piruvatul este apoi fermentat la diferite produse, în funcție de tulpina bacteriană.

În primul rând, piruvatul trece la lactat și trece la acetil-CoA cu eliberarea de CO2. Ulterior, două molecule de acetil-CoA format acetoacetylCoA, care este apoi redus la butiril-CoA, prin anumite etape intermediare. În cele din urmă, Clostridium fermentează butiril-CoA în acid butiric.

Enzimele fosfotransbutirilasa și butirat kinaza sunt enzime cheie pentru producerea de butirat. În procesul de formare a butiratului se formează 3 moli de ATP.

În condițiile de creștere exponențială, celulele produc mai multe acetatbutirat care, mola este format peste ATP (4 în total).

La sfârșitul creșterii exponențiale și intrarea în faza staționară, bacteriile scad producția de creștere a producției de acetat și butirat, scăzând concentrația totală de ioni de hidrogen, echilibrarea pH-ul acid al mediului.

Organismele care efectuează fermentația butirică

Cel mai promițător microorganism utilizat pentru bioproducția acidului butiric este C. tyrobutyricum. Această specie este capabilă să producă acid butiric cu selectivitate ridicată și poate tolera concentrații ridicate ale acestui compus.

Cu toate acestea, acesta poate fermenta doar din foarte puțini carbohidrați, inclusiv glucoză, xiloză, fructoză și lactat.

C. butyricum multe surse de carbon fermentabil, inclusiv hexoze, pentoze, glicerol, lignoceluloză, melasă, amidon de cartof și permeat brânza din zer.

Cu toate acestea, randamentele de butirat sunt mult mai mici. C. thermobutyricum în intervalul de carbohidrați fermentabil este intermediar, dar nu metabolizeze zaharoză sau amidon.

producătorii Clostridia biobutirato produc de asemenea mai multe produse posibile, inclusiv acetat, H2, CO2, lactat și alte produse, în funcție de speciile de Clostridium includ.

Fermentarea unei molecule de glucoză de C. tyrobutyricum și C. butyricum poate fi exprimată după cum se arată mai jos:

Glucoză → 0,85 Butirat + 0,1 Acetat + 0,2 Lactat + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glucoză → 0,8 Butyrat + 0,4 Acetat + 2,4 H2 + 2 CO2

Calea metabolică a microorganismului în timpul fermentării anaerobe este afectată de mai mulți factori. In cazul bacteriilor Clostridium, care produc butirat, factorii care afectează în primul rând creșterea și randamentul de fermentare sunt: ​​concentrația de glucoză în mediu, pH-ul, presiunea parțială a hidrogenului și acetat butirat.

Acești factori pot influența rata de creștere, concentrația produselor finale și distribuția produselor.

produce

Produsul principal al fermentației butirice este acidul carboxilic, acidul butiric, un acid gras cu catenă scurtă cu patru atomi de carbon (CH3CH2CH2COOH), cunoscut și ca acidul n-butanoic.

Ea are un miros neplăcut și un gust picant, dar lasă un gust oarecum dulce în gură, similar cu ceea ce se întâmplă cu eterul. Prezența sa este caracteristică în untul rancid, fiind responsabil pentru mirosul și gustul său neplăcut, de unde și numele său, derivat din cuvântul grecesc, care înseamnă "unt".

Cu toate acestea, anumiți esteri ai acidului butiric au un gust sau un miros plăcut, motiv pentru care sunt utilizați ca aditivi în alimente, băuturi, produse cosmetice și în industria farmaceutică.

Utilizări și aplicații ale acidului butiric

biocombustibili

Acidul butiric are multe utilizări în diferite industrii. În prezent, există un mare interes în utilizarea acestuia ca precursor al biocombustibililor.

Industria alimentară și farmaceutică

De asemenea, are aplicații importante în industria alimentară și a aromelor, datorită gustului și texturii similare cu untul.

În industria farmaceutică se folosește ca o componentă în diferite medicamente antineoplazice și în alte tratamente terapeutice, iar în producția de parfumuri se utilizează esteri butirați datorită parfumului său fructat.

Cercetarea cancerului

Sa raportat că butiratul are efecte diferite asupra proliferării celulelor, apoptozei (moartea programată a celulelor) și diferențierii.

Cu toate acestea, diferite studii au arătat rezultate opuse în ceea ce privește efectul butiratului asupra cancerului de colon, dând naștere la așa-numitul "paradox de butirat".

Sinteza produselor chimice

Producția microbiană a acidului butiric este o alternativă atractivă, preferabilă pentru sinteza chimică. Succesul implementării industriale a substanțelor chimice pe bază de substanțe biologice depinde în mare măsură de costul producției / performanța economică a procesului.

Prin urmare, producția industrială de acid butiric prin fermentare necesită materie primă economică, eficiență în proces de înaltă eficiență, puritate ridicată a produsului și rezistență puternică a tulpinilor producătoare.

referințe

1. Acid butiric. Noua enciclopedie mondială. [Online]. Disponibil la: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohorquez, J.A., Corredor, A.M. (2015). Bacteriile anaerobe: procese care realizează și contribuie la durabilitatea vieții de pe planetă. Nova, 13 (24), 55-81. [Online]. Disponibil la: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Viitorul acidului butiric în industrie. Revista științifică, [online]. Disponibil la: doi.org.
4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. O trecere în revistă asupra producției de acid bio-butiric și optimizarea acestuia. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019-1024.
5. Porter, J. R. (1961). Louis Pasteur Realizări și deziluzii, 1861. Recenzii bacteriologice, 25 (4), 389-403. [Online]. Disponibil la: mmbr.asm.org.