Бутичний процес бродіння, організми і продукти

The масляна ферментація це відбувається, коли, починаючи з глюкози, масляну кислоту отримують в якості основного кінцевого продукту. Він зроблений певними бактеріями в умовах повного відсутності кисню і був виявлений Луї Пастером, згідно з його зауваженням у звіті 1861 року про експерименти, проведені в 1875 р..

Ферментація - це біологічний процес, за допомогою якого речовина перетворюється на більш простий. Це катаболічний процес деградації поживних речовин для одержання органічної сполуки в якості кінцевого продукту.

Цей процес не вимагає кисню, є анаеробним, і характерний для деяких мікроорганізмів, таких як бактерії і дріжджі. Ферментація також відбувається в клітинах тварин, особливо коли клітинний запас кисню є недостатнім. Це енергетично малопридатний процес.

З молекули глюкози, використовуючи маршрут Embden-Meyerhof-Parnas (найбільш поширений шлях глікозилювання), виробляють піруват. Ферментація починається з пірувату, який ферментується до різних продуктів. За кінцевими продуктами існують різні види бродіння.

Індекс

• 1 Процес бродильного бродіння
• 2 Організми, які виконують масляну ферментацію
• 3 Продукти
• 4 Застосування та застосування масляної кислоти
  • 4.1 Біопаливо
  • 4.2 Продовольча та фармацевтична промисловість
  • 4.3 Дослідження раку
  • 4.4 Синтез хімічних продуктів
• 5 Посилання

Бутичний процес бродіння

Масляна ферментація визначається як деградація глюкози (C6H12O6) для одержання масляної кислоти (C4H8O2) і газу в анаеробних умовах і з низьким виходом енергії. Це характерно для виробництва неприємних і гнильних запахів.

Масляна ферментація здійснюється за допомогою грампозитивних, спороутворюючих бактерій роду Clostridium..

Проте інші бактерії, класифіковані в родах Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera і Sarcina, також повідомляють, що виробляють бутират..

У процесі ферментації глюкоза катаболізується до пірувату, виробляючи два молі АТФ і NADH. Піруват згодом ферментують до різних продуктів, в залежності від бактеріального штаму.

У першу чергу піруват переходить в лактат і він переходить в ацетил-КоА з виділенням СО2. Згодом дві молекули ацетил-CoA утворюють ацетоацетил-CoA, яка потім знижується до бутирил-CoA, через певні проміжні стадії. Нарешті, клостридій ферментує бутирил-КоА в масляній кислоті.

Ферменти фосфотрансбутилаллази і бутиратинкінази є ключовими ферментами для виробництва бутирату. У процесі утворення бутирата утворюються 3 молі АТФ.

В умовах експоненціального росту клітини продукують більше ацетату, ніж бутират, оскільки утворюється один моль більше АТФ (всього 4)..

По закінченні експоненціального росту і входу в стаціонарну фазу бактерії зменшують продукцію ацетату і збільшують продукцію бутирату, зменшуючи загальну концентрацію іонів водню, балансуючи кислотний рН середовища..

Організми, які виконують масляну ферментацію

Найбільш перспективним мікроорганізмом, що використовується для біопродукції масляної кислоти, є C. tyrobutyricum. Цей вид здатний продукувати масляну кислоту з високою селективністю і може переносити високі концентрації цього з'єднання.

Тим не менш, він може бродити тільки з дуже мало вуглеводів, включаючи глюкозу, ксилозу, фруктозу і лактат.

C. butyricum може ферментувати багато джерел вуглецю, включаючи гексози, пентози, гліцерин, лігноцелюлозу, патоку, картопляний крохмаль і сироватковий пермеат.

Проте виходи бутирату значно нижчі. У C. thermobutyricum діапазон ферментируемих вуглеводів є проміжним, але не обробляє сахарозу або крохмаль.

Clostridia виробники біобутирату також виробляють кілька можливих побічних продуктів, включаючи ацетат, H2, CO2, лактат та інші продукти, залежно від виду Clostridium..

Ферментація молекули глюкози C. tyrobutyricum і C. butyricum може бути виражена, як показано нижче:

Глюкоза → 0,85 Бутират + 0,1 Ацетат + 0,2 Лактат + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Глюкоза → 0,8 Бутират + 0,4 Ацетат + 2,4 H2 + 2 CO2

На метаболічний шлях мікроорганізму під час анаеробної ферментації впливає кілька факторів. У разі бактерій роду Clostridium, продуцентів бутирату, факторами, які переважно впливають на ріст і вихід ферментації, є: концентрація глюкози в середовищі, рН, парціальний тиск водню, ацетат і бутират.

Ці фактори можуть впливати на темпи зростання, концентрацію кінцевих продуктів і розподіл продукції.

Продукти

Основним продуктом масляної ферментації є карбонова кислота, масляна кислота, 4-вуглецева коротколанцюгова жирна кислота (CH3CH2CH2COOH), також відома як n-бутанова кислота.

Має неприємний запах і гострий смак, але залишає дещо солодкий смак у роті, подібно до того, що відбувається з ефіром. Його присутність характерна для згірклого масла, відповідаючи за його неприємний запах і смак, звідси і його назва, яке походить від грецького слова, що означає "масло".

Проте, деякі складні ефіри масляної кислоти мають приємний смак або запах, тому їх використовують як добавки в харчових продуктах, напоях, косметиці та фармацевтиці..

Використання і застосування масляної кислоти

Біопаливо

Масляна кислота має безліч застосувань у різних галузях промисловості. Наразі існує великий інтерес до його використання як попередника біопалива.

Харчова та фармацевтична промисловість

Вона також має важливе застосування в харчовій та ароматичній промисловості, завдяки смаку та текстурі, схожому на масло.

У фармацевтичній промисловості він використовується як компонент в ряді протиракових препаратів та інших терапевтичних методів лікування, а у виробництві ароматизаторів використовуються ефіри бутирату, завдяки його фруктовому аромату..

Дослідження раку

Повідомлялося, що бутират має різний вплив на проліферацію клітин, апоптоз (запрограмована загибель клітин) та диференціювання.

Тим не менш, різні дослідження показали протилежні результати з точки зору впливу бутирату на рак товстої кишки, що призводить до так званого "парадокса бутирата".

Синтез хімічних продуктів

Мікробне виробництво масляної кислоти є привабливою альтернативою, кращою для хімічного синтезу. Успіх промислового впровадження хімічних речовин на біологічній основі залежить в значній мірі від вартості виробництва / економічних показників процесу.

Таким чином, промислове виробництво масляної кислоти шляхом ферментації вимагає економічної сировини, високої ефективності процесу, високої чистоти продукту та міцності виробничих штамів.

Список літератури

1. Масляна кислота. Нова Світова Енциклопедія. [Онлайн] Доступно за адресою: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Анаеробні бактерії: процеси, які роблять і сприяють стійкості життя на планеті. Нова, 13 (24), 55-81. [Онлайн] Доступно за адресою: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Майбутнє масляної кислоти в промисловості. Журнал «Науковий світ» [Online]. Доступно за адресою: doi.org.
4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Огляд виробництва біомасляної кислоти та її оптимізація. J. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, J.R. (1961). Луї Пастер. Досягнення та розчарування, 1861. Бактеріологічні огляди, 25 (4), 389-403. [Онлайн] Доступно за адресою: mmbr.asm.org.