Butyrisch gistingsproces, organismen en producten



de boterzuurgisting het komt voor wanneer, uitgaande van glucose, boterzuur als het belangrijkste eindproduct wordt verkregen. Het wordt gemaakt door bepaalde bacteriën onder omstandigheden van volledige afwezigheid van zuurstof en werd ontdekt door Louis Pasteur, volgens zijn aantekening in een rapport in het jaar 1861 over experimenten uitgevoerd in 1875.

Fermentatie is een biologisch proces waarbij een stof wordt omgezet in een eenvoudiger stof. Het is een katabool proces, van afbraak van voedingsstoffen om een ​​organische verbinding als eindproduct te verkrijgen.

Dit proces vereist geen zuurstof, is anaëroob en is kenmerkend voor sommige micro-organismen zoals bacteriën en gisten. Fermentatie vindt ook plaats in de cellen van dieren, vooral wanneer de cellulaire toevoer van zuurstof onvoldoende is. Het is een energetisch weinig meegaand proces.

Van het glucosemolecuul, gebruikmakend van de Embden-Meyerhof-Parnas-route (de meest voorkomende glycosyleringsroute), wordt pyruvaat geproduceerd. De fermentaties beginnen bij pyruvaat, dat wordt gefermenteerd tot verschillende producten. Volgens de eindproducten zijn er verschillende soorten gisting.

index

  • 1 Boterzuurfermentatieproces
  • 2 organismen die boterzuurgisting uitvoeren
  • 3 producten
  • 4 Toepassingen en toepassingen van boterzuur
    • 4.1 Biobrandstoffen
    • 4.2 Levensmiddelen- en farmaceutische industrie
    • 4.3 Kankeronderzoek
    • 4.4 Synthese van chemische producten
  • 5 Referenties

Boterzuurfermentatieproces

Boterzuurgisting wordt gedefinieerd als de afbraak van glucose (C6H12O6) om boterzuur (C4H8O2) en gas te produceren, onder anaerobe omstandigheden en met een lage energie-opbrengst. Het is kenmerkend voor de productie van onaangename en bedorven geuren.

Boterzuur fermentatie wordt uitgevoerd door grampositieve, produceren sporen, Clostridium, Clostridium butyricum typisch Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum plus Clostridium pasteurianum Clostridium kluyveri en gedragen.

Er zijn echter ook andere bacteriën geclassificeerd in de geslachten Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera en Sarcina gemeld als producerend butyraat..

Tijdens het fermentatieproces wordt glucose tot pyruvaat gekataboliseerd, waarbij twee mol ATP en NADH worden geproduceerd. Het pyruvaat wordt vervolgens gefermenteerd tot verschillende producten, afhankelijk van de bacteriestam.

In eerste instantie passeert pyruvaat in lactaat en passeert het met acetyl-CoA met afgifte van CO2. Vervolgens vormen twee moleculen acetyl-CoA acetoacetyl-CoA, dat vervolgens wordt gereduceerd tot butyryl-CoA, via bepaalde tussenstappen. Ten slotte fermenteert Clostridium butyryl-CoA in boterzuur.

De enzymen fosfotransbutyrallase en butyraatkinase zijn de belangrijkste enzymen voor de productie van butyraat. Bij de vorming van het butyraat worden 3 mol ATP gevormd.

Onder omstandigheden van exponentiële groei produceren de cellen meer acetaat dan butyraat, omdat één mol meer ATP wordt gevormd (4 in totaal).

Aan het einde van de exponentiële groei en het binnengaan van de stationaire fase, verminderen de bacteriën de productie van acetaat en verhogen de productie van butyraat, waardoor de totale concentratie van waterstofionen wordt verlaagd, waarbij de zure pH van het medium in evenwicht wordt gehouden.

Organismen die boterzuurgisting uitvoeren

Het meest veelbelovende micro-organisme dat wordt gebruikt voor de bioproductie van boterzuur is C. tyrobutyricum. Deze soort is in staat om boterzuur met hoge selectiviteit te produceren en kan hoge concentraties van deze verbinding tolereren.

Het kan echter alleen fermenteren van zeer weinig koolhydraten, waaronder glucose, xylose, fructose en lactaat.

C. butyricum veel fermenteerbare koolstofbron, zoals hexosen, pentosen, glycerol, lignocellulose, melasse, aardappelzetmeel en kaaswei permeaat.

De opbrengsten aan butyraat zijn echter veel lager. In C. thermobutyricum is het bereik van fermenteerbare koolhydraten intermediair, maar metaboliseert het geen sucrose of zetmeel.

Clostridia-producenten van biobutyraat produceren ook verschillende mogelijke bijproducten, waaronder acetaat, H2, CO2, lactaat en andere producten, afhankelijk van de soort Clostridium..

De fermentatie van een glucosemolecuul door C. tyrobutyricum en C. butyricum kan worden uitgedrukt zoals hieronder getoond:

Glucose → 0.85 Butyraat + 0.1 Acetaat + 0.2 Lactaat + 1.9 H2 + 1.8 CO2

Glucose → 0,8 Butyraat + 0,4 Acetaat + 2,4 H2 + 2 CO2

De metabole route van een micro-organisme tijdens anaërobe fermentatie wordt beïnvloed door verschillende factoren. In het geval van bacteriën van het geslacht Clostridium, producenten van butyraat, zijn de factoren die hoofdzakelijk de groei en opbrengst van fermentatie beïnvloeden: de concentratie van glucose in het medium, de pH, de partiële druk van waterstof, de acetaat en de butyraat.

Deze factoren kunnen de groeisnelheid, de concentratie van eindproducten en de distributie van producten beïnvloeden.

produceren

Het belangrijkste product van fermentatie boterzuur n-butaanzuur carbonzuur, boterzuur, een vetzuur met korte keten vier koolstofatomen (CH3CH2CH2COOH), ook bekend als zure

Het heeft een onaangename geur en een scherpe smaak, maar laat een enigszins zoete smaak achter in de mond, vergelijkbaar met wat er met ether gebeurt. Zijn aanwezigheid is kenmerkend voor ranzig boter, verantwoordelijk voor zijn onaangename geur en smaak, vandaar de naam, die is afgeleid van het Griekse woord dat "boter" betekent.

Bepaalde esters van boterzuur hebben echter een aangename smaak of geur, daarom worden ze gebruikt als additieven in voedingsmiddelen, dranken, cosmetica en de farmaceutische industrie..

Gebruik en toepassingen van boterzuur

biobrandstoffen

Boterzuur heeft veel toepassingen in verschillende industrieën. Er is momenteel een grote interesse in het gebruik ervan als voorloper van biobrandstoffen.

Levensmiddelen- en farmaceutische industrie

Het heeft ook belangrijke toepassingen in de voedings- en smaakindustrie, vanwege de smaak en textuur vergelijkbaar met boter.

In de farmaceutische industrie wordt het gebruikt als een component in verschillende anti-kanker medicijnen en andere therapeutische behandelingen, en bij de productie van parfums worden butyraatesters gebruikt, vanwege de fruitige geur.

Kankeronderzoek

Er is gemeld dat butyraat verschillende effecten heeft op celproliferatie, apoptose (geprogrammeerde celdood) en differentiatie.

Verschillende studies hebben echter tegengestelde resultaten laten zien in termen van het effect van butyraat op colonkanker, leidend tot de zogenaamde "butyraatparadox".

Synthese van chemische producten

De microbiële productie van boterzuur is een aantrekkelijk alternatief dat de voorkeur verdient boven chemische synthese. Het succes van de industriële implementatie van biobased chemicaliën hangt in grote mate af van de productiekosten / economische prestaties van het proces.

Daarom vereist de industriële productie van boterzuur door fermentatie economische grondstof, hoge efficiëntie van de procesprestaties, hoge productzuiverheid en sterke robuustheid van de producerende stammen.

referenties

  1. Boterzuur. Nieuwe Wereld Encyclopedie. [Online]. Beschikbaar op: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Anaërobe bacteriën: processen die bijdragen aan de duurzaamheid van het leven op aarde. Nova, 13 (24), 55-81. [Online]. Beschikbaar bij: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). De toekomst van boterzuur in de industrie. The Scientific World Journal, [Online]. Beschikbaar op: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Een overzicht over bio-boterzuur productie en de optimalisatie daarvan. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
  5. Porter, J.R. (1961). Louis Pasteur. Achievements and disappointments, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389-403. [Online]. Beschikbaar op: mmbr.asm.org.