Βουτυρική διαδικασία ζύμωσης, οργανισμοί και προϊόντα

Το βουτυρική ζύμωση συμβαίνει όταν, ξεκινώντας από τη γλυκόζη, λαμβάνεται βουτυρικό οξύ ως κύριο τελικό προϊόν. Είναι κατασκευασμένο από ορισμένα βακτήρια υπό συνθήκες πλήρους απουσίας οξυγόνου και ανακαλύφθηκε από τον Louis Pasteur, σύμφωνα με το σημείωμά του σε μια έκθεση το έτος 1861 σχετικά με πειράματα που πραγματοποιήθηκαν το 1875.

Η ζύμωση είναι μια βιολογική διαδικασία με την οποία μια ουσία μετατρέπεται σε μια πιο απλή. Πρόκειται για μια καταβολική διεργασία αποικοδόμησης θρεπτικών συστατικών για να ληφθεί μια οργανική ένωση ως τελικό προϊόν.

Αυτή η διαδικασία δεν απαιτεί οξυγόνο, είναι αναερόβια και είναι χαρακτηριστική για ορισμένους μικροοργανισμούς όπως τα βακτηρίδια και η ζύμη. Η ζύμωση εμφανίζεται επίσης στα κύτταρα των ζώων, ειδικά όταν η κυτταρική παροχή οξυγόνου είναι ανεπαρκής. Είναι μια ενεργητικά μικρή απόδοση διαδικασία.

Από το μόριο γλυκόζης, χρησιμοποιώντας τη διαδρομή Embden-Meyerhof-Parnas (η συνηθέστερη οδός γλυκοζυλίωσης), παράγεται πυροσταφυλικό. Οι ζυμώσεις ξεκινούν από το πυροσταφυλικό, το οποίο ζυμώνεται σε διαφορετικά προϊόντα. Σύμφωνα με τα τελικά προϊόντα, υπάρχουν διάφοροι τύποι ζύμωσης.

Ευρετήριο

• 1 Διαδικασία βουτυρικής ζύμωσης
• 2 Οργανισμοί που εκτελούν βουτυρική ζύμωση
• 3 προϊόντα
• 4 Χρήσεις και εφαρμογές βουτυρικού οξέος
  • 4.1 Βιοκαύσιμα
  • 4.2 Τρόφιμα και φαρμακευτική βιομηχανία
  • 4.3 Έρευνα για τον καρκίνο
  • 4.4 Σύνθεση χημικών προϊόντων
• 5 Αναφορές

Βουτυρική διαδικασία ζύμωσης

βουτυρικό ζύμωση ορίζεται ως η αποικοδόμηση της γλυκόζης (C6H12O6) για να παράγει βουτυρικό οξύ (C4H8O2) και αερίου υπό αναερόβιες συνθήκες και χαμηλής ενεργειακής απόδοσης. Είναι χαρακτηριστικό για την παραγωγή δυσάρεστων και σκονισμένων οσμών.

Βουτυρικό ζύμωση διεξάγεται από Gram θετικά, που παράγουν σπόρια, Clostridium, Clostridium butyricum τυπικά, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum συν Clostridium pasteurianum Clostridium kluyveri και.

Ωστόσο, έχουν επίσης αναφερθεί ως παραγωγή βουτυρικού άλλα βακτήρια που ταξινομούνται στην γένη Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera και Sarcina.

Στη διαδικασία ζύμωσης, η γλυκόζη καταβολίζεται σε πυροσταφυλικό, παράγοντας δύο γραμμομόρια ΑΤΡ και ΝΑϋΗ. Το πυρουβικό οξύ στη συνέχεια ζυμώνεται σε διάφορα προϊόντα, ανάλογα με το βακτηριακό στέλεχος.

Στην πρώτη περίπτωση, το πυροσταφυλικό διέρχεται στο γαλακτικό και περνά στο ακετύλιο-CoA με απελευθέρωση του CO2. Ακολούθως, δύο μόρια ακετυλο-ΟοΑ σχηματίζουν ακετοακετυλο-ΟοΑ, το οποίο στη συνέχεια ανάγεται σε βουτυρυλο-ΟοΑ, μέσω ορισμένων ενδιάμεσων σταδίων. Τέλος, το Clostridium ζυμώνει βουτυρυλ-ΟοΑ σε βουτυρικό οξύ.

Τα ένζυμα φωσφοτρανσβουτυραλάση και βουτυρική κινάση είναι τα βασικά ένζυμα για την παραγωγή βουτυρικού. Στη διαδικασία σχηματισμού του βουτυρικού σχηματίζονται 3 γραμμομόρια ΑΤΡ.

Υπό συνθήκες εκθετικής ανάπτυξης, τα κύτταρα παράγουν περισσότερο οξικό άλας παρά βουτυρικό, καθώς σχηματίζεται ένα πιο γραμμομόριο ΑΤΡ (4 συνολικά).

Στο τέλος της εκθετικής ανάπτυξης και εισέρχονται στην στάσιμη φάση, τα βακτήρια μειώσει την παραγωγή του οξικού αύξησης και βουτυρικό παραγωγής, μειώνοντας την συνολική συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου, την εξισορρόπηση του όξινου ρΗ του μέσου.

Οργανισμοί που εκτελούν βουτυρική ζύμωση

Ο πιο ελπιδοφόρος μικροοργανισμός που χρησιμοποιείται για τη βιοπαραγωγή βουτυρικού οξέος είναι το C. tyrobutyricum. Το είδος αυτό είναι ικανό να παράγει βουτυρικό οξύ με υψηλή εκλεκτικότητα και μπορεί να ανεχθεί υψηλές συγκεντρώσεις αυτής της ένωσης.

Ωστόσο, μπορεί να ζυμώσει μόνο από πολύ λίγους υδατάνθρακες, όπως γλυκόζη, ξυλόζη, φρουκτόζη και γαλακτικό.

Γ butyricum πολλές ζυμώσιμων πηγών άνθρακα, συμπεριλαμβανομένων εξόζες, πεντόζες, γλυκερόλη, λιγνοκυτταρίνης, μελάσα, άμυλο πατάτας και διαπέρασης τυρί τυρογάλακτος.

Ωστόσο, οι αποδόσεις βουτυρικού είναι πολύ χαμηλότερες. Στο C. thermobutyricum, το εύρος των ζυμώσιμων υδατανθράκων είναι ενδιάμεσο, αλλά δεν μεταβολίζει τη σακχαρόζη ή το άμυλο.

Οι παραγωγοί κλοστριδίου της βιοβουτυρικής επίσης παράγουν διάφορα πιθανά υποπροϊόντα, όπως οξικό, Η2, CO2, γαλακτικό και άλλα προϊόντα, ανάλογα με το είδος του Clostridium..

Η ζύμωση ενός μορίου γλυκόζης από C. tyrobutyricum και C. butyricum μπορεί να εκφραστεί όπως δείχνεται παρακάτω:

Γλυκόζη → 0.85 Βουτυρικό + 0.1 Οξεικό + 0.2 Lactate + 1.9 Η2 + 1.8 CO2

Γλυκόζη → 0,8 Βουτυρικό + 0,4 Οξικό + 2,4 Η2 + 2 CO2

Η μεταβολική οδός ενός μικροοργανισμού κατά τη διάρκεια της αναερόβιας ζύμωσης επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Στην περίπτωση των βακτηρίων Clostridium, που παράγουν βουτυρικό, παράγοντες που επηρεάζουν κυρίως την ανάπτυξη και την απόδοση ζύμωσης είναι: η συγκέντρωση της γλυκόζης στο μέσο, ​​το ρΗ, η μερική πίεση του υδρογόνου και οξικού βουτυρικό.

Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τον ρυθμό ανάπτυξης, τη συγκέντρωση των τελικών προϊόντων και την κατανομή των προϊόντων.

Προϊόντα

Το κύριο προϊόν της βουτυρικής ζύμωσης είναι ένα καρβοξυλικό οξύ, βουτυρικό οξύ, ένα λιπαρό οξύ τεσσάρων ατόμων άνθρακα βραχείας αλυσίδας (CH3CH2CH2COOH), επίσης γνωστό ως η-βουτανοϊκό οξύ.

Έχει μια δυσάρεστη οσμή και μια πικάντικη γεύση, αλλά αφήνει μια γλυκιά γεύση στο στόμα, παρόμοια με ό, τι συμβαίνει με τον αιθέρα. Η παρουσία του είναι χαρακτηριστική στο κορύφωτο βούτυρο, υπεύθυνη για τη δυσάρεστη μυρωδιά και γεύση του, εξ ου και το όνομά του, που προέρχεται από την ελληνική λέξη που σημαίνει "βούτυρο".

Ωστόσο, ορισμένοι εστέρες βουτυρικού οξέος έχουν ευχάριστη γεύση ή οσμή, γι 'αυτό και χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα στα τρόφιμα, τα ποτά, τα καλλυντικά και τη φαρμακευτική βιομηχανία.

Χρήσεις και εφαρμογές βουτυρικού οξέος

Βιοκαύσιμα

Το βουτυρικό οξύ έχει πολλές χρήσεις σε διάφορες βιομηχανίες. Υπάρχει επί του παρόντος μεγάλο ενδιαφέρον να χρησιμοποιηθεί ως πρόδρομος για τα βιοκαύσιμα.

Τρόφιμα και φαρμακευτική βιομηχανία

Έχει επίσης σημαντικές εφαρμογές στις βιομηχανίες τροφίμων και αρωμάτων, λόγω της γεύσης και της υφής της, όπως και του βουτύρου.

Στη φαρμακευτική βιομηχανία χρησιμοποιείται ως συστατικό σε πολλά αντικαρκινικά φάρμακα και άλλες θεραπευτικές αγωγές και στην παραγωγή αρωμάτων χρησιμοποιούνται εστέρες βουτυρικού εστέρα λόγω του φρουτώδους αρώματος.

Έρευνα για τον καρκίνο

Έχει αναφερθεί ότι το βουτυρικό έχει ποικίλες επιδράσεις στον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, την απόπτωση (προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο) και τη διαφοροποίηση.

Ωστόσο, διαφορετικές μελέτες έχουν δείξει αντίθετα αποτελέσματα όσον αφορά την επίδραση του βουτυρικού άλατος στον καρκίνο του παχέος εντέρου, οδηγώντας στο αποκαλούμενο "παράδοξο βουτυρικού".

Σύνθεση χημικών προϊόντων

Η μικροβιακή παραγωγή βουτυρικού οξέος είναι μια ελκυστική εναλλακτική λύση, προτιμότερη από τη χημική σύνθεση. Η επιτυχία της βιομηχανικής εφαρμογής βιολογικών χημικών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το κόστος παραγωγής / την οικονομική απόδοση της διαδικασίας.

Ως εκ τούτου, η βιομηχανική παραγωγή βουτυρικού οξέος με ζύμωση απαιτεί οικονομική πρώτη ύλη, απόδοση υψηλής απόδοσης της διαδικασίας, υψηλή καθαρότητα προϊόντος και ισχυρή ανθεκτικότητα των παραγόμενων στελεχών.

Αναφορές

1. Βουτυρικό οξύ. Νέα παγκόσμια εγκυκλοπαίδεια. [Online] Διατίθεται στο: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, L.C., Antolinz, D.M., Bohorquez, J.A., Corredor, Α.Μ. (2015). Αναερόβια βακτήρια: διαδικασίες που συμβάλλουν στη βιωσιμότητα της ζωής στον πλανήτη. Nova, 13 (24), 55-81. [Online] Διατίθεται στο: scielo.org.co
3. Dwidar, Μ., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, Β.-Ι. (2012). Το μέλλον του βουτυρικού οξέος στη βιομηχανία. Το επιστημονικό περιοδικό Journal, [Online]. Διατίθεται στη διεύθυνση: doi.org.
4. Jha, Α.Κ., Li, J., Yuan, Υ., Baral, Ν., Ai, Β., 2014. Μια ανασκόπηση της παραγωγής βιο-βουτυρικού οξέος και της βελτιστοποίησής της. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019-1024.
5. Porter, J.R. (1961). Louis Pasteur. Επιτεύγματα και απογοητεύσεις, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389-403. [Online] Διατίθεται στη διεύθυνση: mmbr.asm.org.