Процесс масляной ферментации, организмы и продукты



масляная ферментация это происходит, когда, исходя из глюкозы, масляная кислота получается в качестве основного конечного продукта. Это сделано некоторыми бактериями в условиях полного отсутствия кислорода и было обнаружено Луи Пастером, согласно его примечанию в отчете в 1861 году об экспериментах, проведенных в 1875 году.

Ферментация - это биологический процесс, посредством которого вещество превращается в более простой. Это катаболический процесс разложения питательных веществ с целью получения органического соединения в качестве конечного продукта..

Этот процесс не требует кислорода, является анаэробным и характерен для некоторых микроорганизмов, таких как бактерии и дрожжи. Ферментация также происходит в клетках животных, особенно когда клеточный запас кислорода недостаточен. Это энергетически малоурожайный процесс.

Из молекулы глюкозы по маршруту Эмбден-Мейерхоф-Парнас (наиболее распространенный путь гликозилирования) образуется пируват. Ферментация начинается с пирувата, который сбраживается до различных продуктов. По конечным продуктам существуют разные виды брожения..

индекс

  • 1 масляный процесс брожения
  • 2 Организмы, которые выполняют масляную ферментацию
  • 3 Продукты
  • 4 Использование и применение масляной кислоты
    • 4.1 Биотопливо
    • 4.2 Пищевая и фармацевтическая промышленность
    • 4.3 Исследование рака
    • 4.4 Синтез химических продуктов
  • 5 ссылок

Масляная ферментация

Масляная ферментация определяется как разложение глюкозы (C6H12O6) с образованием масляной кислоты (C4H8O2) и газа в анаэробных условиях и с низким выходом энергии. Это характерно для производства неприятных и гнилостных запахов.

Броженческая ферментация осуществляется грамположительными спорообразующими бактериями рода Clostridium, обычно Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, в дополнение к Clostridium kluyveri и Clostridium pasteurianum..

Однако сообщалось, что другие бактерии, относящиеся к родам Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera и Sarcina, также продуцируют бутират..

В процессе ферментации глюкоза катаболизируется в пируват, образуя два моля АТФ и НАДН. Впоследствии пируват сбраживается до различных продуктов в зависимости от штамма бактерий..

В первом случае пируват переходит в лактат и переходит в ацетил-КоА с выделением СО2. Впоследствии две молекулы ацетил-КоА образуют ацетоацетил-КоА, который затем восстанавливается до бутирил-КоА через определенные промежуточные стадии. Наконец, Clostridium ферментирует бутирил-КоА в масляной кислоте.

Ферменты фосфотрансбутираллаза и бутираткиназа являются ключевыми ферментами для производства бутирата. В процессе образования бутирата образуется 3 моля АТФ.

В условиях экспоненциального роста клетки продуцируют больше ацетата, чем бутирата, так как образуется на один моль больше АТФ (всего 4).

В конце экспоненциального роста и входа в стационарную фазу бактерии уменьшают выработку ацетата и увеличивают выработку бутирата, уменьшая общую концентрацию ионов водорода, уравновешивая кислотный pH среды.

Организмы, которые выполняют масляную ферментацию

Наиболее перспективным микроорганизмом, используемым для биопродукции масляной кислоты, является C. tyrobutyricum. Этот вид способен производить масляную кислоту с высокой селективностью и может переносить высокие концентрации этого соединения.

Однако он может бродить только из очень небольшого количества углеводов, включая глюкозу, ксилозу, фруктозу и лактат.

C. butyricum может ферментировать многие источники углерода, включая гексозы, пентозы, глицерин, лигноцеллюлозу, патоку, картофельный крахмал и сырную сыворотку..

Однако выход бутирата намного ниже. У C. thermobutyricum диапазон сбраживаемых углеводов является промежуточным, но не метаболизирует сахарозу или крахмал..

Производители биобутирата Clostridia также производят несколько возможных побочных продуктов, в том числе ацетат, H2, CO2, лактат и другие продукты, в зависимости от вида Clostridium..

Ферментация молекулы глюкозы C. tyrobutyricum и C. butyricum может быть выражена, как показано ниже:

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

Метаболический путь микроорганизма во время анаэробной ферментации зависит от нескольких факторов. В случае бактерий рода Clostridium, продуцентов бутирата, факторами, которые в основном влияют на рост и выход ферментации, являются: концентрация глюкозы в среде, pH, парциальное давление водорода, ацетат и др. бутират.

Эти факторы могут влиять на скорость роста, концентрацию конечных продуктов и распределение продуктов.

производить

Основным продуктом масляной ферментации является карбоновая кислота, масляная кислота, четырехуглеродная жирная кислота с короткой цепью (CH3CH2CH2COOH), также известная как н-бутановая кислота.

Он имеет неприятный запах и острый вкус, но оставляет во рту несколько сладкий вкус, похожий на то, что происходит с эфиром. Его присутствие характерно для прогорклого масла, поскольку оно несет ответственность за его неприятный запах и вкус, отсюда и название, которое происходит от греческого слова, означающего «масло»..

Однако некоторые эфиры масляной кислоты имеют приятный вкус или запах, поэтому их используют в качестве добавок в пищевых продуктах, напитках, косметике и фармацевтической промышленности..

Использование и применение масляной кислоты

биотопливо

Масляная кислота имеет много применений в различных отраслях промышленности. В настоящее время существует большой интерес к его использованию в качестве предшественника биотоплива..

Пищевая и фармацевтическая промышленность

Он также имеет важные применения в пищевой и вкусовой промышленности благодаря своему вкусу и текстуре, похожей на масло.

В фармацевтической промышленности его используют в качестве компонента в некоторых противораковых препаратах и ​​других терапевтических средствах, а в производстве парфюмерии используют сложные эфиры бутирата, благодаря его фруктовому аромату..

Исследование рака

Сообщалось, что бутират оказывает различное влияние на пролиферацию клеток, апоптоз (запрограммированную гибель клеток) и дифференцировку.

Тем не менее, различные исследования показали противоположные результаты с точки зрения влияния бутирата на рак толстой кишки, что привело к так называемому «парадоксу бутирата».

Синтез химических продуктов

Микробное производство масляной кислоты является привлекательной альтернативой, предпочтительной для химического синтеза. Успех промышленной реализации химических веществ на основе био зависит в значительной степени от стоимости производства / экономических показателей процесса.

Следовательно, промышленное производство масляной кислоты путем ферментации требует экономичного сырья, высокой эффективности процесса, высокой чистоты продукта и сильной прочности производящих штаммов..

ссылки

  1. Масляная кислота Энциклопедия Нового Света. [Интернет]. Доступно по адресу: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Анаэробные бактерии: процессы, которые создают и способствуют жизнедеятельности на планете. Нова, 13 (24), 55-81. [Интернет]. Доступно по адресу: scielo.org.co
  3. Двидар М., Парк, Ж.-Й., Митчелл Р.Дж., Санг Б.-И. (2012). Будущее масляной кислоты в промышленности. Научный мировой журнал, [Online]. Доступно по адресу: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Обзор по производству биомасляной кислоты и ее оптимизации. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
  5. Портер, Дж. Р. (1961). Луи Пастер. Достижения и разочарования, 1861. Бактериологические обзоры, 25 (4), 389-403. [Интернет]. Доступно по адресу: mmbr.asm.org.