Metoda kvasení butyru, organismy a produkty



máslovou fermentaci nastává, když se jako hlavní konečný produkt získá z glukózy kyselina máselná. Je vyroben některými bakteriemi v podmínkách úplné nepřítomnosti kyslíku a byl objeven Louisem Pasteurem, podle jeho poznámky ve zprávě z roku 1861 o experimentech provedených v roce 1875.

Fermentace je biologický proces, kterým se látka transformuje na jednodušší. Jedná se o katabolický proces degradace živin za získání organické sloučeniny jako konečného produktu.

Tento proces nevyžaduje kyslík, je anaerobní a je charakteristický pro některé mikroorganismy, jako jsou bakterie a kvasinky. Kvašení se také vyskytuje v buňkách zvířat, zejména když je zásoba kyslíku v buňkách nedostatečná. Je to energeticky málo výnosný proces.

Z molekuly glukózy se za použití Embden-Meyerhof-Parnasovy cesty (nejběžnější glykosylační cesta) produkuje pyruvát. Kvašení začíná z pyruvátu, který je fermentován na různé produkty. Podle finálních produktů existují různé druhy fermentace.

Index

  • 1 Proces máselné fermentace
  • 2 Organismy, které provádějí máselnou fermentaci
  • 3 Produkty
  • 4 Použití a aplikace kyseliny máselné
    • 4.1 Biopaliva
    • 4.2 Potravinářský a farmaceutický průmysl
    • 4.3 Výzkum rakoviny
    • 4.4 Syntéza chemických výrobků
  • 5 Odkazy

Proces máselné fermentace

Fermentace butyru je definována jako degradace glukózy (C6H12O6) za vzniku kyseliny máselné (C4H8O2) a plynu za anaerobních podmínek as nízkým energetickým výtěžkem. Je charakteristická pro výrobu nepříjemných a hnilobných pachů.

Kyselina máselná se provádí pomocí Gram-pozitivních bakterií produkujících spory rodu Clostridium, typicky Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, kromě Clostridium kluyveri a Clostridium pasteurianum.

Další bakterie zařazené do rodů Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera a Sarcina však také uvádějí, že produkují butyrát..

Ve fermentačním procesu je glukóza katabolizována na pyruvát, čímž vznikají dva moly ATP a NADH. Pyruvát se následně fermentuje na různé produkty v závislosti na bakteriálním kmeni.

V prvním případě pyruvát přechází do laktátu a přechází do acetyl-CoA s uvolňováním CO2. Následně, dvě molekuly acetyl-CoA tvoří acetoacetyl-CoA, který je pak redukován na butyryl-CoA, přes určité mezikroky. Nakonec klostridium fermentuje butyryl-CoA v kyselině máselné.

Enzymy fosfotransbutyraláza a butyrát kináza jsou klíčovými enzymy pro produkci butyrátu. V procesu tvorby butyrátu se tvoří 3 moly ATP.

Za podmínek exponenciálního růstu buňky produkují více acetátu než butyrátu, protože se tvoří jeden mol více ATP (celkem 4)..

Na konci exponenciálního růstu a vstupu do stacionární fáze bakterie snižují produkci acetátu a zvyšují produkci butyrátu, snižují celkovou koncentraci vodíkových iontů..

Organismy, které provádějí máselnou fermentaci

Nejslibnějším mikroorganismem použitým pro bioprodukci kyseliny máselné je C. tyrobutyricum. Tento druh je schopný produkovat kyselinu máselnou s vysokou selektivitou a může tolerovat vysoké koncentrace této sloučeniny.

Může však kvasit pouze z velmi málo sacharidů, včetně glukózy, xylózy, fruktózy a laktátu.

C. butyricum může fermentovat mnoho zdrojů uhlíku, včetně hexóz, pentóz, glycerolu, lignocelulózy, melasy, bramborového škrobu a syrovátkového permeátu..

Výtěžky butyrátu jsou však mnohem nižší. V C. thermobutyricum je rozsah fermentovatelných sacharidů meziproduktů, ale nemetabolizuje sacharózu nebo škrob.

Producenti klostridií z biobutyrátu také produkují několik možných vedlejších produktů, včetně acetátu, H2, CO2, laktátu a dalších produktů, v závislosti na druhu Clostridium..

Fermentace molekuly glukózy pomocí C. tyrobutyricum a C. butyricum může být vyjádřena následujícím způsobem:

Glukóza → 0,85 Butyrát + 0,1 acetát + 0,2 laktát + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukóza → 0,8 butyrát + 0,4 acetát + 2,4 H2 + 2 CO2

Metabolická dráha mikroorganismu během anaerobní fermentace je ovlivněna několika faktory. V případě bakterií rodu Clostridium, výrobců butyrátu, jsou faktory, které ovlivňují hlavně růst a výnos kvašení: koncentrace glukózy v médiu, pH, parciální tlak vodíku, acetát a butyrát.

Tyto faktory mohou ovlivnit rychlost růstu, koncentraci finálních produktů a distribuci produktů.

Produkty

Hlavním produktem fermentace butyru je karboxylová kyselina, kyselina máselná, čtyřmocná mastná kyselina s krátkým řetězcem (CH3CH2CH2COOH), známá také jako n-butanová kyselina.

Má nepříjemný zápach a štiplavou chuť, ale v ústech zanechává trochu sladkou chuť, podobnou tomu, co se děje s etherem. Jeho přítomnost je charakteristická pro žluklé máslo, které je zodpovědné za jeho nepříjemný zápach a chuť, proto jeho jméno, které je odvozeno z řeckého slova "máslo"..

Některé estery kyseliny máselné mají však příjemnou chuť nebo vůni, proto se používají jako přísady do potravin, nápojů, kosmetiky a farmaceutického průmyslu..

Použití a aplikace kyseliny máselné

Biopaliva

Kyselina máselná má mnoho využití v různých průmyslových odvětvích. V současné době je velký zájem o jeho využití jako předchůdce biopaliv.

Potravinářský a farmaceutický průmysl

Má také důležité aplikace v potravinářském a chuťovém průmyslu díky své chuti a struktuře podobné máslu.

Ve farmaceutickém průmyslu se používá jako součást několika protinádorových léčiv a jiných léčebných postupů a při výrobě parfémů se používají butyrátové estery, díky své ovocné vůni.

Výzkum rakoviny

Bylo popsáno, že butyrát má různé účinky na buněčnou proliferaci, apoptózu (programovaná buněčná smrt) a diferenciaci.

Různé studie však ukázaly opačné výsledky, pokud jde o účinek butyrátu na rakovinu tlustého střeva, což vedlo k tzv. "Butyrátovému paradoxu"..

Syntéza chemických výrobků

Mikrobiální produkce kyseliny máselné je atraktivní alternativou před chemickou syntézou. Úspěch průmyslové implementace chemických látek na bázi biomasy závisí do značné míry na nákladech na produkci / ekonomické výkonnosti procesu.

Průmyslová výroba kyseliny máselné fermentací proto vyžaduje ekonomickou surovinu, vysokou účinnost procesu, vysokou čistotu produktu a silnou odolnost produkujících kmenů..

Odkazy

  1. Kyselina máselná. Nová světová encyklopedie. [Online] K dispozici na adrese: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L. C., Antolinez, D. M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Anaerobní bakterie: procesy, které vytvářejí a přispívají k udržitelnosti života na planetě. Nova, 13 (24), 55-81. [Online] Dostupné na: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Budoucnost kyseliny máselné v průmyslu. Vědecký světový žurnál, [online]. Dostupné na: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Přehled výroby kyseliny biomaslové a její optimalizace. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019-1024.
  5. Porter, J. R. (1961). Louis Pasteur. Úspěchy a zklamání, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389-403. [Online] Dostupné na adrese: mmbr.asm.org.