Butyric fermentation process, organismer och produkter



den butyric fermentation det uppstår när man, med utgångspunkt från glukos, erhåller smörsyra som huvudprodukt. Det tillverkas av vissa bakterier under fullständig syrefrihet och upptäcktes av Louis Pasteur enligt hans anteckning i en rapport år 1861 om experiment som utfördes 1875.

Fermentation är en biologisk process genom vilken ett ämne omvandlas till en enklare. Det är en katabolisk process, av näringsämnesnedbrytning för att erhålla en organisk förening som slutprodukt.

Denna process kräver inte syre, är anaerob och är karakteristisk för vissa mikroorganismer såsom bakterier och jäst. Fermentation förekommer också i djurens celler, speciellt när den cellulära tillförseln av syre är otillräcklig. Det är en energiskt liten avkastningsprocess.

Från glukosmolekylen, med användning av Embden-Meyerhof-Parnas-ruten (den vanligaste glykosyleringsvägen), produceras pyruvat. Fermentationerna börjar från pyruvat, vilket fermenteras till olika produkter. Enligt slutprodukterna finns det olika typer av jäsning.

index

  • 1 Smörjningsprocess
  • 2 Organer som utför smörjäsning
  • 3 produkter
  • 4 Användningar och applikationer av smörsyra
    • 4.1 biobränslen
    • 4.2 Livsmedel och läkemedelsindustrin
    • 4.3 Cancerforskning
    • 4.4 Syntes av kemiska produkter
  • 5 referenser

Butyric fermentation process

smörsyra jäsning definieras som nedbrytning av glukos (C6H12O6) för att producera smörsyra (C4H8O2) och gas under anaeroba betingelser och låg energieffektivitet. Det är karakteristiskt för produktion av obehagliga och skrämmande lukt.

Smörsyra jäsning utförs av grampositiva, som producerar sporer, Clostridium, Clostridium butyricum typiskt Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum plus Clostridium pasteurianum Clostridium kluyveri och.

Emellertid har de också rapporterats som producerar butyrat andra bakterier som klassificerats i släktena Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera och Sarcina.

I fermenteringsprocessen kataboliseras glukos till pyruvat, vilket producerar två mol ATP och NADH. Pyruvatet fermenteras därefter till olika produkter, beroende på bakteriestammen.

I första hand passerar pyruvat till laktat och passerar till acetyl-CoA med utsläpp av CO2. Därefter bildar två molekyler acetyl-CoA acetoacetyl-CoA, vilken därefter reduceras till butyryl-CoA genom vissa mellanliggande steg. Slutligen ferrerar Clostridium butyryl-CoA i smörsyra.

Enzymerna fosfotransbutyrallas och butyratkinas är de viktigaste enzymerna för produktion av butyrat. Under bildandet av butyratet bildas 3 mol ATP.

Under betingelser med exponentiell tillväxt producerar cellerna mer acetat än butyrat, eftersom en mol mer ATP bildas (totalt 4).

Vid slutet av exponentiell tillväxt och in i den stationära fasen minskar bakterierna produktionen av acetat och ökar produktionen av butyrat, minskar den totala koncentrationen av vätejoner, balanserar syra-pH i mediet.

Organer som utför smörjäsning

Den mest lovande mikroorganismen som används för bioproduktion av smörsyra är C. tyrobutyricum. Denna art har förmåga att producera smörsyra med hög selektivitet och kan tolerera höga koncentrationer av denna förening.

Det kan emellertid bara jäsas från mycket få kolhydrater, inklusive glukos, xylos, fruktos och laktat.

C. butyricum många jäsbara kolkällor, inklusive hexoser, pentoser, glycerol, lignocellulosa, melass, potatisstärkelse och ostvassla permeat.

Menyratutbytet är emellertid mycket lägre. I C. thermobutyricum är intervallet fermenterbara kolhydrater mellanliggande men metaboliserar inte sackaros eller stärkelse.

Clostridia-producenter av biobutyrat producerar också flera möjliga biprodukter, inklusive acetat, H2, CO2, laktat och andra produkter, beroende på arten av Clostridium..

Fermenteringen av en glukosmolekyl av C. tyrobutyricum och C. butyricum kan uttryckas som visas nedan:

Glukos → 0,85 Butyrat + 0,1 Acetat + 0,2 Laktat + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukos → 0,8 butyrat + 0,4 acetat + 2,4 H2 + 2 CO2

Den metaboliska vägen för en mikroorganism under anaerob fermentation påverkas av flera faktorer. I fallet med Clostridium bakterier, producerar butyrat, faktorer i första hand påverkar tillväxt och jäsning utbyte är: koncentrationen av glukos i mediet, pH, det partiella trycket av väte och acetat butyrat.

Dessa faktorer kan påverka tillväxten, koncentrationen av slutprodukter och fördelningen av produkter.

producera

Den viktigaste produkten av fermentering är smörsyra n-smörsyra karboxylsyra, smörsyra, en fettsyra med kort kedja fyra kolatomer (CH3CH2CH2COOH), även känd som syra

Den har en obehaglig lukt och en skarp smak, men lämnar en något söt smak i munnen, som liknar vad som händer med eter. Dess närvaro är karakteristisk för rancid smör, som är ansvarig för dess obehagliga lukt och smak, varför dess namn, som härrör från det grekiska ordet, som betyder "smör".

Vissa estrar av smörsyra har dock en trevlig smak eller lukt, varför de används som tillsatser i mat, drycker, kosmetika och läkemedelsindustrin.

Användningar och applikationer av smörsyra

biobränslen

Smörsyra har många användningsområden i olika branscher. Det finns för närvarande ett stort intresse att använda den som en föregångare till biobränslen.

Livsmedel och läkemedelsindustrin

Det har också viktiga tillämpningar inom livsmedels- och smakindustrin, på grund av smaken och konsistensen som smör.

I läkemedelsindustrin används den som en komponent i flera läkemedel mot cancer och andra terapeutiska behandlingar, och i produktionen av parfymer används butyratestrar tack vare dess fruktiga doft.

Cancerforskning

Det har rapporterats att butyrat har olika effekter på cellproliferation, apoptos (programmerad celldöd) och differentiering.

Däremot har olika studier visat motsatta resultat när det gäller effekten av butyrat på koloncancer, vilket leder till den så kallade "butyratparadoxen".

Syntes av kemiska produkter

Den mikrobiella produktionen av smörsyra är ett attraktivt alternativ som är föredraget för kemisk syntes. Framgången för det industriella genomförandet av biobaserade kemikalier beror i stor utsträckning på kostnaderna för produktion / ekonomisk prestanda i processen.

Därför kräver industriproduktion av smörsyra genom jäsning ekonomiskt råmaterial, högpresterande processprestanda, hög produktrenhet och stark stabilitet hos de producerande stammarna.

referenser

  1. Smörsyra New World Encyclopedia. [Online]. Finns på: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L.C., Antolinez, D. M., Bohorequez, J.A., Corredor, A.M. (2015). Anaeroba bakterier: processer som gör och bidrar till hållbarheten i livet på planeten. Nova, 13 (24), 55-81. [Online]. Finns på: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Framtidens smörsyra i industrin. Scientific World Journal, [Online]. Finns på: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. En genomgång av produktion av bio-smörsyra och dess optimering. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
  5. Porter, J.R. (1961). Louis Pasteur. Prestationer och besvikelser, 1861. Bakteriologiska recensioner, 25 (4), 389-403. [Online]. Finns på: mmbr.asm.org.