Butirni fermentacijski proces, organizmi in proizvodi



The maslena fermentacija nastopi, ko je, izhajajoč iz glukoze, pridobljena maslačna kislina kot glavni končni proizvod. Izdelujejo ga nekatere bakterije v pogojih popolne odsotnosti kisika in ga je odkril Louis Pasteur, v skladu z njegovim poročilom iz leta 1861 o poskusih, izvedenih leta 1875.

Fermentacija je biološki proces, s katerim se snov pretvori v preprostejšo. To je katabolni proces razgradnje hranil, da dobimo organsko spojino kot končni proizvod.

Ta proces ne zahteva kisika, je anaeroben in je značilen za nekatere mikroorganizme, kot so bakterije in kvas. Fermentacija se pojavlja tudi v živalskih celicah, še posebej, kadar je celična oskrba s kisikom nezadostna. To je energetsko malo donosen proces.

Iz molekule glukoze, ki uporablja pot Embden-Meyerhof-Parnas (najpogostejša pot glikozilacije), nastaja piruvat. Fermentacije se začnejo s piruvatom, ki je fermentiran v različne proizvode. Glede na končne izdelke obstajajo različne vrste fermentacije.

Indeks

  • 1 Proces buterne fermentacije
  • 2 Organizmi, ki izvajajo buterno fermentacijo
  • 3 Izdelki
  • 4 Uporaba in uporaba maslene kisline
    • 4.1 Biogoriva
    • 4.2 Živilska in farmacevtska industrija
    • 4.3 Raziskave raka
    • 4.4 Sinteza kemičnih izdelkov
  • 5 Reference

Proces buterne fermentacije

Butrična fermentacija je opredeljena kot razgradnja glukoze (C6H12O6) za proizvodnjo maslene kisline (C4H8O2) in plina, v anaerobnih pogojih in z nizkim izkoristkom energije. Značilen je za proizvodnjo neprijetnih in gnusnih vonjev.

Butrična fermentacija se izvaja z Gram-pozitivnimi bakterijami iz rodu Clostridium, ki proizvajajo spore, tipično s Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, poleg Clostridium kluyveri in Clostridium pasteurianum.

Druge bakterije, uvrščene v rodove Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera in Sarcina, so prav tako poročale, da proizvajajo butirat..

V procesu fermentacije se glukoza katabolizira v piruvat, pri čemer nastanejo dva mola ATP in NADH. Piruvat se nato fermentira v različne produkte, odvisno od bakterijskega seva.

V prvi vrsti piruvat prehaja v laktat in prehaja v acetil-CoA s sproščanjem CO2. Nato dve molekuli acetil-CoA tvorita acetoacetil-CoA, ki se nato z določenimi vmesnimi stopnjami reducira v butiril-CoA. Končno Clostridium fermentira butiril-CoA v masleni kislini.

Encimi fosfotransbutiralaza in butirat kinaza so ključni encimi za proizvodnjo butirata. V procesu tvorbe butirata nastanejo 3 moli ATP.

V pogojih eksponentne rasti celice proizvedejo več acetata kot butirata, ker nastane en mol več ATP (skupaj 4)..

Na koncu eksponencialne rasti in vstopa v stacionarno fazo bakterije zmanjšajo proizvodnjo acetata in povečajo proizvodnjo butirata, zmanjšanje skupne koncentracije vodikovih ionov, uravnoteženje kislega pH medija..

Organizmi, ki izvajajo buterno fermentacijo

Najbolj obetaven mikroorganizem, ki se uporablja za bioprodukcijo maslene kisline, je C. tyrobutyricum. Ta vrsta lahko proizvaja masleno kislino z visoko selektivnostjo in lahko prenaša visoke koncentracije te spojine.

Vendar lahko fermentira samo zelo malo ogljikovih hidratov, vključno z glukozo, ksilozo, fruktozo in laktatom.

C. butyricum lahko fermentira veliko virov ogljika, vključno s heksozami, pentozami, glicerolom, lignocelulozo, melaso, krompirjevim škrobom in permeatom sirove sirotke.

Vendar je donos butirata veliko nižji. V C. thermobutyricum je razpon ogljikovih hidratov, ki lahko fermentirajo, vmesni, vendar ne presnavlja saharoze ali škroba.

Clostridia proizvajalci biobutirata proizvajajo tudi več možnih stranskih proizvodov, vključno z acetatom, H2, CO2, laktatom in drugimi proizvodi, odvisno od vrste Clostridium..

Fermentacijo molekule glukoze s C. tyrobutyricum in C. butyricum lahko izrazimo, kot je prikazano spodaj:

Glukoza → 0,85 butirat + 0,1 acetat + 0,2 laktat + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukoza → 0,8 Butir + 0,4 Acetat + 2,4 H2 + 2 CO2

Na metabolno pot mikroorganizma med anaerobno fermentacijo vplivajo številni dejavniki. V primeru bakterij iz rodu Clostridium, proizvajalcev butirata, so dejavniki, ki v glavnem vplivajo na rast in donos fermentacije: koncentracija glukoze v mediju, pH, parcialni tlak vodika, acetata in butirat.

Ti dejavniki lahko vplivajo na stopnjo rasti, koncentracijo končnih izdelkov in distribucijo izdelkov.

Izdelki

Glavni produkt buterne fermentacije je karboksilna kislina, maslena kislina, 4-karbonska kratkotrna maščobna kislina (CH3CH2CH2COOH), znana tudi kot n-butanojska kislina.

Ima neprijeten vonj in oster okus, vendar pušča v ustih nekoliko sladki okus, podobno kot pri etru. Njegova prisotnost je značilna za žarko maslo, ki je odgovorna za njen neprijeten vonj in okus, od tod tudi njegovo ime, ki izhaja iz grške besede, ki pomeni "maslo"..

Vendar imajo nekateri estri maslene kisline prijeten okus ali vonj, zato se uporabljajo kot dodatki v živilih, pijačah, kozmetiki in farmacevtski industriji..

Uporaba in uporaba maslene kisline

Biogoriva

Maslena kislina ima veliko uporab v različnih industrijah. Trenutno obstaja velik interes za njegovo uporabo kot predhodnika biogoriv.

Živilska in farmacevtska industrija

Prav tako ima pomembno vlogo v živilski industriji in industriji okusov, zaradi okusa in strukture, podobne maslu.

V farmacevtski industriji se uporablja kot sestavina v številnih zdravilih proti raku in drugih terapevtskih postopkih, v proizvodnji parfumov pa se uporabljajo butirni estri zaradi njegove sadne vonjave..

Raziskave raka

Poročali so, da ima butirat različne učinke na celično proliferacijo, apoptozo (programirano celično smrt) in diferenciacijo \ t.

Vendar pa so različne študije pokazale nasprotne rezultate v smislu učinka butirata na rak debelega črevesa, kar vodi v tako imenovani "paradoks butirata"..

Sinteza kemičnih izdelkov

Mikrobna proizvodnja maslene kisline je privlačna alternativa za kemično sintezo. Uspeh industrijske uporabe kemikalij na biološki osnovi je v veliki meri odvisen od stroškov proizvodnje / gospodarske uspešnosti procesa.

Zato je za industrijsko proizvodnjo maslene kisline s fermentacijo potrebna ekonomična surovina, visoka učinkovitost procesa, visoka čistost izdelka in močna trdnost proizvodnih sevov..

Reference

  1. Maslena kislina. Nova svetovna enciklopedija. [Online] Na voljo na: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Anaerobne bakterije: procesi, ki ustvarjajo in prispevajo k trajnosti življenja na planetu. Nova, 13 (24), 55-81. [Online] Na voljo na: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Prihodnost maslene kisline v industriji. Znanstveni svetovni dnevnik, [Online]. Na voljo na: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Pregled o proizvodnji biomaslečne kisline in njeni optimizaciji. Int., J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
  5. Porter, J.R. (1961). Louis Pasteur. Dosežki in razočaranja. [Online] Na voljo na: mmbr.asm.org.