Бактериална ферментация, организми и продукти

на маслена ферментация настъпва, когато, като се започне от глюкоза, се получава маслена киселина като основен краен продукт. Той е създаден от някои бактерии в условията на пълно отсъствие на кислород и е открит от Луи Пастьор, според неговата бележка в доклад от 1861 г. за експерименти, проведени през 1875 г..

Ферментацията е биологичен процес, чрез който дадено вещество се превръща в по-просто. Това е катаболен процес на разграждане на хранителни вещества за получаване на органично съединение като краен продукт.

Този процес не изисква кислород, е анаеробен и е характерен за някои микроорганизми като бактерии и дрожди. Ферментацията също се появява в клетките на животните, особено когато клетъчното снабдяване с кислород е недостатъчно. Това е енергично малък процес.

От глюкозната молекула, използвайки маршрута Embden-Meyerhof-Parnas (най-често срещаният път на гликозилиране), се получава пируват. Ферментацията започва от пируват, който се ферментира до различни продукти. Според крайните продукти има различни видове ферментация.

индекс

• 1 Бактериална ферментация
• 2 Организми, които извършват маслена ферментация
• 3 продукта
• 4 Употреба и приложение на маслена киселина
  • 4.1 Биогорива
  • 4.2 Хранителна и фармацевтична промишленост
  • 4.3 Изследване на рака
  • 4.4 Синтез на химически продукти
• 5 Препратки

Бактериална ферментация

Бутировата ферментация се дефинира като деградация на глюкоза (C6H12O6) за производство на маслена киселина (C4H8O2) и газ, при анаеробни условия и с нисък енергиен добив. Характерно за производството на неприятни и гниещи миризми.

Бутировата ферментация се извършва чрез грам-положителни бактерии, произвеждащи спори от рода Clostridium, обикновено от Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, в допълнение към Clostridium kluyveri и Clostridium pasteurianum.

Обаче, други бактерии, класифицирани в родовете Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera и Sarcina, също са били докладвани като продуциращи бутират..

В процеса на ферментация глюкозата се катаболизира до пируват, като се получават два мола от АТР и NADH. Впоследствие пируватът се ферментира до различни продукти, в зависимост от бактериалния щам.

На първо място, пируватът преминава в лактат и преминава в ацетил-CoA с освобождаване на CO2. Впоследствие, две молекули ацетил-СоА образуват ацетоацетил-СоА, която след това се редуцира до бутирил-СоА, чрез някои междинни етапи. Накрая, Clostridium ферментира бутирил-СоА в маслена киселина.

Ензимите фосфотрансбутилалаза и бутират киназата са ключовите ензими за производството на бутират. В процеса на образуване на бутирата се образуват 3 мола ATP.

В условията на експоненциален растеж клетките произвеждат повече ацетат от бутират, тъй като се образува повече от един мол АТР (общо 4)..

В края на експоненциалния растеж и навлизайки в стационарната фаза, бактериите намаляват производството на ацетат и увеличават производството на бутират, намалявайки общата концентрация на водородни йони, балансирайки киселинното рН на средата.

Организми, които извършват маслена ферментация

Най-обещаващият микроорганизъм, използван за биопродукцията на маслена киселина, е C. tyrobutyricum. Този вид е способен да произвежда маслена киселина с висока селективност и може да понася високи концентрации на това съединение.

Той обаче може да ферментира само от много малко въглехидрати, включително глюкоза, ксилоза, фруктоза и лактат..

C. butyricum може да ферментира много източници на въглерод, включително хексози, пентози, глицерол, лигноцелулоза, меласа, картофено нишесте и сирене суроватка пермеат..

Но добивите на бутират са много по-ниски. В C. thermobutyricum, диапазонът на ферментиращите въглехидрати е междинен, но не метаболизира захарозата или нишестето.

Clostridia производители на biobutyrate също произвеждат няколко възможни странични продукти, включително ацетат, H2, CO2, лактат и други продукти, в зависимост от вида на Clostridium..

Ферментацията на глюкозна молекула от C. tyrobutyricum и C. butyricum може да бъде изразена, както е показано по-долу:

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 Н2 + 2 СОг

Метаболитният път на микроорганизма по време на анаеробна ферментация се влияе от няколко фактора. В случай на бактерии от рода Clostridium, производители на бутират, факторите, които влияят главно на растежа и добива на ферментация, са: концентрацията на глюкоза в средата, рН, парциалното налягане на водорода, ацетата и бутират.

Тези фактори могат да повлияят на темповете на растеж, концентрацията на крайните продукти и дистрибуцията на продуктите.

продукция

Основният продукт на маслена ферментация е карбоксилна киселина, маслена киселина, мастна киселина с четири въглеродни къси вериги (CH3CH2CH2COOH), известна също като n-бутанова киселина.

Той има неприятна миризма и остър вкус, но оставя малко сладък вкус в устата, подобно на това, което се случва с етера. Неговото присъствие е характерно за гранясно масло, което е отговорно за неприятната му миризма и вкус, откъдето идва и името му, което произлиза от гръцката дума, означаваща "масло"..

Въпреки това, някои естери на маслена киселина имат приятен вкус или мирис, поради което се използват като добавки в храните, напитките, козметиката и фармацевтичната промишленост..

Употреба и приложение на маслена киселина

биогорива

Маслената киселина има много приложения в различни индустрии. Понастоящем има голям интерес от използването му като предшественик на биогоривата.

Хранителна и фармацевтична промишленост

Той също така има важни приложения в хранително-вкусовата промишленост, поради вкуса и структурата му, подобно на маслото.

Във фармацевтичната промишленост той се използва като компонент в няколко противоракови лекарства и други терапевтични лечения, а при производството на парфюми се използват бутиратни естери, поради плодовия му аромат..

Изследване на рака

Докладвано е, че бутиратът има различни ефекти върху клетъчната пролиферация, апоптозата (програмирана клетъчна смърт) и диференциацията..

Въпреки това, различни проучвания показват противоположни резултати по отношение на ефекта на бутират върху рак на дебелото черво, което води до така наречения "парадикс на бутират".

Синтез на химически продукти

Микробното производство на маслена киселина е привлекателна алтернатива за предпочитане пред химичния синтез. Успехът на промишленото внедряване на химикали на биологична основа зависи до голяма степен от разходите за производство / икономическа ефективност на процеса.

Следователно, промишленото производство на маслена киселина чрез ферментация изисква икономична суровина, висока ефективност на процеса, висока чистота на продукта и силна устойчивост на производствените щамове..

препратки

1. Маслена киселина. Нова световна енциклопедия. [Онлайн]. Достъпни на: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Анаеробни бактерии: процеси, които създават и допринасят за устойчивостта на живота на планетата. Nova, 13 (24), 55-81. [Онлайн]. Достъпни на: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012 г.). Бъдещето на маслената киселина в промишлеността. Научен дневник на науката, [Online]. Достъпни на: doi.org.
4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Преглед на производството на био-маслена киселина и неговата оптимизация. Int., J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, J.R. (1961). Луи Пастьор. Постижения и разочарования, 1861. Бактериологични прегледи, 25 (4), 389-403. [Онлайн]. Достъпни на: mmbr.asm.org.