Postupak maslene fermentacije, organizmi i proizvodi



maslačna fermentacija to se događa kada se, počevši od glukoze, dobije maslačna kiselina kao glavni konačni proizvod. Izrađuje ga određena bakterija u uvjetima potpune odsutnosti kisika i otkrio ju je Louis Pasteur, prema njegovoj bilješci u izvješću iz 1861. o pokusima provedenim 1875..

Fermentacija je biološki proces kojim se tvar transformira u jednostavniju. To je katabolički proces razgradnje hranjivih tvari radi dobivanja organskog spoja kao konačnog proizvoda.

Ovaj proces ne zahtijeva kisik, anaerobni je i karakterističan za neke mikroorganizme kao što su bakterije i kvasci. Fermentacija se također javlja u stanicama životinja, osobito kada je stanična opskrba kisikom nedovoljna. To je energetski malo popustljiv proces.

Iz molekule glukoze, koristeći put Embden-Meyerhof-Parnas (najčešći put glikozilacije), nastaje piruvat. Fermentacija počinje od piruvata, koji se fermentira u različite proizvode. Prema konačnim proizvodima postoje različite vrste fermentacije.

indeks

  • 1 Proces buterne fermentacije
  • 2 Organizmi koji vrše buternu fermentaciju
  • 3 Proizvodi
  • 4 Primjene i primjena maslačne kiseline
    • 4.1 Biogoriva
    • 4.2 Prehrambena i farmaceutska industrija
    • 4.3 Istraživanje raka
    • 4.4 Sinteza kemijskih proizvoda
  • 5 Reference

Postupak maslene fermentacije

Buterna fermentacija se definira kao razgradnja glukoze (C6H12O6) kako bi se proizvela maslačna kiselina (C4H8O2) i plin, u anaerobnim uvjetima i uz niski energetski prinos. Karakteristična je za proizvodnju neugodnih i gnjusnih mirisa.

Butrična fermentacija provodi se po Gram-pozitivnim bakterijama roda Clostridium, tipično Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, uz Clostridium kluyveri i Clostridium pasteurianum.

Međutim, druge bakterije svrstane u rodove Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera i Sarcina također su prijavljene kao proizvodi butirata..

U procesu fermentacije, glukoza se katabolizira u piruvat, proizvodeći dva mola ATP i NADH. Piruvat se zatim fermentira u različite proizvode, ovisno o bakterijskom soju.

U prvom slučaju, piruvat prelazi u laktat i prelazi u acetil-CoA uz oslobađanje CO2. Nakon toga, dvije molekule acetil-CoA formiraju acetoacetil-CoA, koji se zatim reducira u butiril-CoA, kroz određene međufaze. Konačno, klostridij fermentira butiril-CoA u maslačnoj kiselini.

Enzimi fosfotransbutiralaza i butirat kinaza su ključni enzimi za proizvodnju butirata. U procesu stvaranja butirata nastaju 3 mola ATP.

U uvjetima eksponencijalnog rasta, stanice proizvode više acetata nego butirata, jer se formira jedan mol više ATP-a (ukupno 4).

Na kraju eksponencijalnog rasta i ulaska u stacionarnu fazu, bakterije smanjuju proizvodnju acetata i povećavaju proizvodnju butirata, smanjujući ukupnu koncentraciju vodikovih iona, uravnotežujući kiselinski pH medija.

Organizmi koji obavljaju buternu fermentaciju

Najperspektivniji mikroorganizam koji se koristi za bioproizvodnju maslačne kiseline je C. tyrobutyricum. Ova vrsta je sposobna proizvesti maslinastu kiselinu visoke selektivnosti i može tolerirati visoke koncentracije tog spoja.

Međutim, može fermentirati samo vrlo malo ugljikohidrata, uključujući glukozu, ksilozu, fruktozu i laktat.

C. butyricum može fermentirati mnoge izvore ugljika, uključujući heksoze, pentoze, glicerol, lignocelulozu, melasu, krumpirov škrob i sirup sirutke.

Međutim, prinosi butirata su znatno niži. U C. thermobutyricum, raspon ugljikohidrata koji se može fermentirati je međuprodukt, ali ne metabolizira saharozu ili škrob.

Proizvođači bioproizvoda Clostridia također proizvode nekoliko mogućih nusprodukata, uključujući acetat, H2, CO2, laktat i druge proizvode, ovisno o vrsti klostridija..

Fermentacija molekula glukoze pomoću C. tyrobutyricum i C. butyricum može se izraziti kao što je prikazano u nastavku:

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

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

Na metabolički put mikroorganizma tijekom anaerobne fermentacije utječe nekoliko čimbenika. U slučaju bakterija roda Clostridium, proizvođača butirata, čimbenici koji uglavnom utječu na rast i prinos fermentacije su: koncentracija glukoze u mediju, pH, parcijalni tlak vodika, acetata i butirat.

Ti faktori mogu utjecati na stopu rasta, koncentraciju gotovih proizvoda i distribuciju proizvoda.

proizvoditi

Glavni proizvod buterne fermentacije je karboksilna kiselina, maslačna kiselina, masna kiselina kratkog lanca od četiri ugljika (CH3CH2CH2COOH), također poznata kao n-butanska kiselina.

Ima neugodan miris i oštar okus, ali u ustima ostavlja pomalo slatki okus, slično onome što se događa s etrom. Njegova je prisutnost karakteristična za užegli maslac, odgovoran je za neugodan miris i okus, pa stoga i njegovo ime potječe od grčke riječi koja znači "maslac"..

Međutim, određeni esteri maslačne kiseline imaju ugodan okus ili miris, zbog čega se koriste kao aditivi u hrani, piću, kozmetici i farmaceutskoj industriji..

Upotreba i primjena maslačne kiseline

biogoriva

Maslačna kiselina ima mnoge namjene u različitim industrijama. Trenutno postoji veliko zanimanje za njegovo korištenje kao prethodnika biogoriva.

Prehrambena i farmaceutska industrija

Također ima važne primjene u prehrambenoj industriji i industriji okusa, zbog svog okusa i teksture slične maslacu.

U farmaceutskoj industriji koristi se kao sastojak u nekoliko lijekova protiv raka i drugim terapijskim tretmanima, au proizvodnji parfema koriste se butiratni esteri, zbog svog voćnog mirisa..

Istraživanje raka

Objavljeno je da butirat ima različite učinke na staničnu proliferaciju, apoptozu (programiranu staničnu smrt) i diferencijaciju.

Međutim, različite studije pokazale su suprotne rezultate u smislu učinka butirata na rak debelog crijeva, što je dovelo do takozvanog "butiratskog paradoksa".

Sinteza kemijskih proizvoda

Mikrobna proizvodnja maslačne kiseline je atraktivna alternativa koja je bolja od kemijske sinteze. Uspjeh industrijske primjene bioloških kemikalija u velikoj mjeri ovisi o troškovima proizvodnje / ekonomskom učinku procesa.

Stoga, industrijska proizvodnja maslačne kiseline fermentacijom zahtijeva ekonomičnu sirovinu, visoku učinkovitost procesa, visoku čistoću proizvoda i čvrstoću proizvodnih sojeva.

reference

  1. Maslačna kiselina. Nova svjetska enciklopedija. [Online]. Dostupno na: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Anaerobne bakterije: procesi koji čine i doprinose održivosti života na planeti. Nova, 13 (24), 55-81. [Online]. Dostupno na: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Budućnost buterne kiseline u industriji. Znanstveni svjetski časopis, [Online]. Dostupno na: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Pregled proizvodnje bio-maslačne kiseline i njezina optimizacija. J. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
  5. Porter, J.R. (1961). Louis Pasteur. Postignuća i razočaranja, 1861. Bakteriološki pregledi, 25 (4), 389-403. [Online]. Dostupno na: mmbr.asm.org.