Butyric fermenteringsproces, organismer og produkter



den butyrisk fermentering det opstår, når man, ud fra glukose, opnår smørsyre som hovedproduktet. Det er fremstillet af visse bakterier under betingelser med fuldstændig fravær af ilt og blev opdaget af Louis Pasteur ifølge hans note i en rapport i år 1861 om forsøg udført i 1875.

Fermentering er en biologisk proces, hvorved et stof omdannes til en enklere. Det er en katabolisk proces, af nedbrydning af næringsstoffer for at opnå en organisk forbindelse som slutprodukt.

Denne proces kræver ikke ilt, er anaerob, og er karakteristisk for nogle mikroorganismer såsom bakterier og gær. Fermentering forekommer også i dyrene af celler, især når den cellulære forsyning af ilt er utilstrækkelig. Det er en energisk lille udbytteproces.

Fra glukosemolekylet fremstilles pyruvat ved anvendelse af Embden-Meyerhof-Parnas-ruten (den mest almindelige glycosyleringsvej). Gæringen starter fra pyruvat, som fermenteres til forskellige produkter. Ifølge de endelige produkter er der forskellige typer fermentering.

indeks

  • 1 Butyric fermenteringsproces
  • 2 Organer, der udfører butyrisk gæring
  • 3 produkter
  • 4 Anvendelser og anvendelser af smørsyre
    • 4.1 Biobrændstoffer
    • 4.2 Fødevareindustrien
    • 4.3 Kræftforskning
    • 4.4 Syntese af kemiske produkter
  • 5 referencer

Butyric fermenteringsproces

smørsyre fermentering defineres som nedbrydningen af ​​glucose (C6H12O6) til fremstilling af smørsyre (C4H8O2) og gas under anaerobe betingelser og lav energieffektivitet. Det er karakteristisk for produktionen af ​​ubehagelige og dumme lugte.

Smørsyre fermenteringen udføres ved grampositive, der producerer sporer, Clostridium, Clostridium butyricum typisk, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum plus Clostridium pasteurianum Clostridium kluyveri og.

Imidlertid har de også blevet rapporteret som producerer butyrat andre bakterier, der er klassificeret i slægterne Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera og Sarcina.

I fermenteringsprocessen er glucose kataboliseret til pyruvat, hvilket producerer to mol ATP og NADH. Pyruvat gæres efterfølgende til forskellige produkter afhængigt af bakteriestammen.

I første omgang passerer pyruvat i lactat og passerer til acetyl-CoA med frigivelse af CO2. Derefter danner to molekyler acetyl-CoA acetoacetyl-CoA, som derefter reduceres til butyryl-CoA gennem visse mellemliggende trin. Endelig ferger Clostridium butyryl-CoA i smørsyre.

Enzymerne phosphotransbutyrallase og butyratkinase er de vigtigste enzymer til fremstilling af butyrat. Ved dannelsen af ​​butyratet dannes 3 mol ATP.

Under betingelser med eksponentiel vækst producerer cellerne mere acetat end butyrat, da der dannes en mol mere af ATP (4 i alt).

Ved afslutningen af ​​den eksponentielle vækst og ind i den stationære fase reducerer bakterierne produktionen af ​​acetat og øger produktionen af ​​butyrat, nedsætter den totale koncentration af hydrogenioner, balancerer den sure pH i mediet.

Organer, der udfører butyrisk gæring

Den mest lovende mikroorganisme, der anvendes til bioproduktion af smørsyre, er C. tyrobutyricum. Denne art er i stand til at fremstille smørsyre med høj selektivitet og kan tolerere høje koncentrationer af denne forbindelse.

Det kan dog kun gæres fra meget få kulhydrater, herunder glucose, xylose, fructose og lactat.

C. butyricum mange fermenterbare carbonkilder, herunder hexoser, pentoser, glycerol, lignocellulose, melasse, kartoffelstivelse og ostevallepermeat.

Menyratudbyttet er imidlertid meget lavere. I C. thermobutyricum er rækken af ​​fermenterbare kulhydrater mellemliggende, men metaboliserer ikke saccharose eller stivelse.

Clostridiaproducenterne af biobutyrat producerer også flere mulige biprodukter, herunder acetat, H2, CO2, lactat og andre produkter afhængigt af arten Clostridium..

Gæringen af ​​et glucosemolekyle af C. tyrobutyricum og C. butyricum kan udtrykkes som vist nedenfor:

Glucose → 0,85 Butyrat + 0,1 Acetat + 0,2 Lactat + 1,9 H2 + 1,8 CO2

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

Den metaboliske vej af en mikroorganisme under anaerob fermentering påvirkes af flere faktorer. I tilfælde af Clostridium-bakterier, der producerer butyrat, faktorer der primært påvirker vækst og fermentering udbytte er: koncentrationen af ​​glucose i mediet, pH, partialtrykket af hydrogen og acetat butyrat.

Disse faktorer kan påvirke vækstraten, koncentrationen af ​​slutprodukter og fordelingen af ​​produkter.

producere

Hovedproduktet af butyrisk fermentering er en carboxylsyre, smørsyre, en kortkædede fedtsyre med 4 carbonatomer (CH3CH2CH2COOH), også kendt som n-butansyre.

Den har en ubehagelig lugt og en skarp smag, men efterlader en lidt sød smag i munden, som ligner hvad der sker med ether. Dens tilstedeværelse er karakteristisk for rancid smør, der er ansvarlig for dets ubehagelige lugt og smag, og dermed dets navn, der stammer fra det græske ord, der betyder "smør".

Imidlertid har visse estere af smørsyre en behagelig smag eller lugt, hvorfor de anvendes som additiver i fødevarer, drikkevarer, kosmetik og farmaceutisk industri.

Anvendelser og anvendelser af smørsyre

biobrændstoffer

Smørsyre har mange anvendelser i forskellige brancher. Der er i øjeblikket stor interesse for at bruge det som en forløber for biobrændstoffer.

Fødevareindustrien

Det har også vigtige anvendelser i fødevare- og smagsindustrien, på grund af smag og konsistens svarende til smør.

I lægemiddelindustrien anvendes den som en bestanddel i flere anti-cancer-lægemidler og andre terapeutiske behandlinger, og i produktionen af ​​parfume anvendes butyratestere på grund af dets frugtagtig duft.

Kræftforskning

Det er blevet rapporteret, at butyrat har forskellige virkninger på celleproliferation, apoptose (programmeret celledød) og differentiering.

Forskellige undersøgelser har imidlertid vist modsatte resultater med hensyn til effekten af ​​butyrat på tyktarmskræft, hvilket fører til det såkaldte "butyratparadox".

Syntese af kemiske produkter

Den mikrobielle produktion af smørsyre er et attraktivt alternativ, som er foretrukket til kemisk syntese. Succesen for den industrielle implementering af bio-baserede kemikalier afhænger i høj grad af omkostningerne ved produktion / økonomiske resultater af processen.

Derfor kræver industriproduktion af smørsyre ved fermentering økonomisk råmateriale, høj effektivitetsfremgangsmåde, høj produktrenhed og stærk robusthed af de producerende stammer.

referencer

  1. Smørsyre. New World Encyclopedia. [Online]. Tilgængelig på: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L.C., Antolinez, D. M., Bohórquez, J.A., Corredor, A.M. (2015). Anaerob bakterier: processer, der skaber og bidrager til bæredygtigheden af ​​livet på planeten. Nova, 13 (24), 55-81. [Online]. Tilgængelig på: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Fremtiden for smørsyre i industrien. The Scientific World Journal, [Online]. Tilgængelig på: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. En gennemgang af produktion af bio-smørsyre og dets optimering. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
  5. Porter, J.R. (1961). Louis Pasteur. Achievements and disappointments, 1861. Bakteriologiske anmeldelser, 25 (4), 389-403. [Online]. Tilgængelig på: mmbr.asm.org.