BUTYRISK GÆRING: PROCES, ORGANISMER OG PRODUKTER - BIOLOGI - 2025

Den smørsygende gæring finder sted, når glukose fra smørsyre opnås som det vigtigste slutprodukt. Det udføres af visse bakterier under betingelser med fuldstændig fravær af ilt og blev opdaget af Louis Pasteur, ifølge hans note i en rapport i 1861 om eksperimenter udført i 1875.

Fermentering er en biologisk proces, ved hjælp af hvilken et stof omdannes til en enklere. Det er en katabolisk proces, nedbrydning af næringsstoffer for at få en organisk forbindelse som et slutprodukt.

Louis Pasteur

Denne proces kræver ikke ilt, den er anaerob, og den er karakteristisk for nogle mikroorganismer såsom bakterier og gær. Fermentering forekommer også i dyrenes celler, især når den cellulære tilførsel af ilt er utilstrækkelig. Det er en energisk lavtydende proces.

Fra glukosemolekylet, ved hjælp af Embden-Meyerhof-Parnas-vejen (den mest almindelige glycolysebane), produceres pyruvat. Fermenteringer starter fra pyruvat, som fermenteres til forskellige produkter. Afhængigt af slutprodukterne er der forskellige typer gæring.

Butyr fermenteringsproces

Smørfermentering defineres som nedbrydning af glukose (C6H12O6) til frembringelse af smørsyre (C4H8O2) og gas under anaerobe forhold og med lavt energiudbytte. Det er karakteristisk for produktionen af ​​ubehagelige og uklare lugte.

Butyrisk gæring udføres af Gram-positive sporproducerende bakterier af slægten Clostridium, typisk Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, ud over Clostridium kluyveri og Clostridium pasteurianum.

Imidlertid er andre bakterier klassificeret i slægterne Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera og Sarcina også rapporteret som producenter af butyrat.

I fermenteringsprocessen kataboliseres glukose til pyruvat, hvilket producerer to mol ATP og NADH. Pyruvat fermenteres derefter til forskellige produkter, afhængigt af bakteriestammen.

I første omgang bliver pyruvat laktat, og dette bliver acetyl-CoA med frigivelse af CO2. Derefter danner to acetyl-CoA-molekyler acetoacetyl-CoA, der derefter reduceres til butyryl-CoA gennem visse mellemliggende trin. Endelig fermenterer Clostridium butyryl-CoA til smørsyre.

Enzymerne phosphotransbutyrylase og butyratkinase er de vigtigste enzymer til fremstilling af butyrat. I processen med dannelse af butyrat dannes 3 mol ATP.

Under eksponentielle vækstbetingelser producerer celler mere acetat end butyrat, da der dannes endnu en mol ATP (i alt 4).

Efter afslutningen af ​​eksponentiel vækst og ind i den stationære fase reducerer bakterier acetatproduktionen og øger butyratproduktionen, hvilket reducerer den samlede koncentration af brintioner, hvorved den sure pH-værdi afbalanceres.

Organismer, der udfører butyrisk gæring

Den mest lovende mikroorganisme anvendt til bioproduktion af smørsyre er C. tyrobutyricum. Denne art er i stand til at producere smørsyre med høj selektivitet og kan tolerere høje koncentrationer af denne forbindelse.

Imidlertid kan det kun fermentere fra meget få kulhydrater, herunder glukose, xylose, fruktose og laktat.

C. butyricum kan fermentere mange kulstofkilder, herunder hexoser, pentoser, glycerol, lignocellulose, melasse, kartoffelstivelse og ostevallepermeat.

Butyratudbyttet er imidlertid meget lavere. I C. thermobutyricum er intervallet af gærbare kulhydrater mellemliggende, men det metaboliserer ikke saccharose eller stivelse.

Biobutyratproducerende clostridia producerer også adskillige mulige biprodukter, herunder acetat, H2, CO2, lactat og andre produkter, afhængigt af Clostridium-arten.

Fermentering af et glukosemolekyle af C. tyrobutyricum og C. butyricum kan udtrykkes som følger:

Glukose → 0,85 Butyrat + 0,1 Acetat + 0,2 Laktat + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukose → 0,8 Butyrat + 0,4 Acetat + 2,4 H2 + 2 CO2

Den metaboliske vej for en mikroorganisme under anaerob gæring påvirkes af flere faktorer. For bakterier af slægten Clostridium, der producerer butyrat, er de faktorer, der hovedsageligt påvirker vækst og gæringsegenskaber: koncentrationen af ​​glukose i mediet, pH-værdien, delvist tryk af brint, acetat og butyrat.

Disse faktorer kan påvirke vækstraten, koncentrationen af ​​de endelige produkter og fordelingen af ​​produkterne.

Produkter

Hovedproduktet af smør gæring er en carboxylsyre, smørsyre, en kortkædet fircarbon-fedtsyre (CH3CH2CH2COOH), også kendt som n-butansyre.

Det har en ubehagelig lugt og en skarp smag, men det efterlader en noget sød smag i munden, svarende til hvad der sker med ether. Dens tilstedeværelse er karakteristisk for harsket smør, der er ansvarlig for dets ubehagelige lugt og smag, og dets navn, der er afledt af det græske ord for "smør."

Visse smørsyreestere har imidlertid en behagelig smag eller lugt, hvorfor de anvendes som tilsætningsstoffer i fødevarer, drikkevarer, kosmetik og farmaceutisk industri.

Anvendelser og anvendelser af smørsyre

Biobrændstoffer

Smørsyre har mange anvendelser i forskellige brancher. Der er i øjeblikket stor interesse i at bruge det som en forløber for biobrændstoffer.

Fødevare- og farmaceutisk industri

Det har også vigtige anvendelser inden for fødevare- og smagsindustrien på grund af det smøragtige smag og tekstur.

I den farmaceutiske industri anvendes den som en komponent i forskellige anticancer-lægemidler og andre terapeutiske behandlinger, og butyratestere anvendes til fremstilling af parfumer på grund af deres frugtagtige duft.

Kræftforskning

Butyrat er rapporteret at have forskellige effekter på celleproliferation, apoptose (programmeret celledød) og differentiering.

Imidlertid har forskellige undersøgelser givet modsatte resultater med hensyn til virkningen af ​​butyrat på tyktarmskræft, hvilket har ført til det såkaldte "butyratparadoks".

Kemisk syntese

Mikrobiel produktion af smørsyre er et foretrukket attraktivt alternativ til kemisk syntese. Succesen med industriel implementering af biobaserede kemikalier er meget afhængig af produktionsomkostningerne / den økonomiske ydeevne af processen.

Derfor kræver den industrielle produktion af smørsyre ved fermenteringsprocesser billigt råmateriale, høj effektivitetsprocesydelse, høj produktrenhed og stærk robusthed af de producerende stammer.

Referencer

1. Smørsyre. New World Encyclopedia.. Tilgængelig på: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobe bakterier: processer, der udfører og bidrager til livets bæredygtighed på planeten. Nova, 13 (24), 55-81.. Fås på: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Fremtiden for smørsyre i industrien. Scientific World Journal,. Tilgængelig på: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. En gennemgang af bio-smørsyreproduktion og dens optimering. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Prestationer og skuffelser, 1861. Bakteriologiske anmeldelser, 25 (4), 389–403.. Fås på: mmbr.asm.org.