МАСЛЯНОЕ БРОЖЕНИЕ: ПРОЦЕСС, ОРГАНИЗМЫ И ПРОДУКТЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Масляная ферментации происходит , когда глюкоза из масляной кислоты получают в качестве основного конечного продукта. Он осуществляется некоторыми бактериями в условиях полного отсутствия кислорода и был открыт Луи Пастером, согласно его заметке в отчете 1861 года об экспериментах, проведенных в 1875 году.

Ферментация - это биологический процесс, с помощью которого вещество превращается в более простое. Это катаболический процесс разложения питательных веществ с целью получения органического соединения в качестве конечного продукта.

Луи Пастер

Этот процесс не требует кислорода, он анаэробен и характерен для некоторых микроорганизмов, таких как бактерии и дрожжи. Ферментация также происходит в клетках животных, особенно при недостаточном поступлении кислорода в клетки. Это энергетически низкодоходный процесс.

Из молекулы глюкозы по пути Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса (наиболее распространенный путь гликолиза) образуется пируват. Ферментация начинается с пирувата, который превращается в разные продукты. В зависимости от конечного продукта существуют разные виды ферментации.

Процесс масляного брожения

Масляная ферментация определяется как разложение глюкозы (C6H12O6) с образованием масляной кислоты (C4H8O2) и газа в анаэробных условиях и с низким выходом энергии. Характерен для производства неприятных и гнилостных запахов.

Масляная ферментация осуществляется грамположительными спорообразующими бактериями рода Clostridium, обычно Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, в дополнение к Clostridium kluyveri и Clostridium pasteurianum.

Однако другие бактерии, относящиеся к родам Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera и Sarcina, также были зарегистрированы как продуценты бутирата.

В процессе ферментации глюкоза катаболизируется до пирувата, образуя два моля АТФ и НАДН. Впоследствии пируват ферментируется в различные продукты в зависимости от штамма бактерий.

В первом случае пируват становится лактатом, который превращается в ацетил-КоА с выделением CO2. Впоследствии две молекулы ацетил-КоА образуют ацетоацетил-КоА, который затем восстанавливается до бутирил-КоА посредством определенных промежуточных стадий. Наконец, Clostridium ферментирует бутирил-КоА в масляную кислоту.

Ферменты фосфотрансбутирилаза и бутираткиназа являются ключевыми ферментами для производства бутирата. В процессе образования бутирата образуется 3 моля АТФ.

В условиях экспоненциального роста клетки производят больше ацетата, чем бутирата, так как образуется еще один моль АТФ (всего 4).

В конце экспоненциального роста и перехода в стационарную фазу бактерии уменьшают выработку ацетата и увеличивают выработку бутирата, уменьшая общую концентрацию ионов водорода, уравновешивая кислый pH среды.

Организмы, осуществляющие масляное брожение

Наиболее перспективным микроорганизмом, используемым для биопродукции масляной кислоты, является C. tyrobutyricum. Этот вид способен продуцировать масляную кислоту с высокой селективностью и может переносить высокие концентрации этого соединения.

Однако он может сбраживать только очень небольшое количество углеводов, включая глюкозу, ксилозу, фруктозу и лактат.

C. butyricum может сбраживать многие источники углерода, включая гексозы, пентозы, глицерин, лигноцеллюлозу, патоку, картофельный крахмал и пермеат сырной сыворотки.

Однако выход бутирата намного ниже. У C. thermobutyricum диапазон ферментируемых углеводов является промежуточным, но он не метаболизирует сахарозу или крахмал.

Клостридии, производящие биобутират, также производят несколько возможных побочных продуктов, включая ацетат, H2, CO2, лактат и другие продукты, в зависимости от вида Clostridium.

Ферментацию молекулы глюкозы C. tyrobutyricum и C. butyricum можно выразить следующим образом:

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 H2 + 2 CO2

На метаболический путь микроорганизма во время анаэробной ферментации влияет несколько факторов. В случае бактерий рода Clostridium, продуцирующих бутират, факторами, которые в основном влияют на рост и эффективность ферментации, являются: концентрация глюкозы в среде, pH, парциальное давление водорода, ацетат и бутират.

Эти факторы могут влиять на скорость роста, концентрацию конечных продуктов и их распределение.

товары

Основным продуктом масляного брожения является карбоновая кислота, масляная кислота, короткоцепочечная четырехуглеродная жирная кислота (CH3CH2CH2COOH), также известная как н-бутановая кислота.

Он имеет неприятный запах и резкий вкус, но оставляет во рту несколько сладковатый привкус, похожий на то, что бывает с эфиром. Его присутствие характерно для прогорклого масла, так как оно отвечает за его неприятный запах и вкус, отсюда и его название, которое происходит от греческого слова «масло».

Однако некоторые эфиры масляной кислоты обладают приятным вкусом или запахом, поэтому их используют в качестве добавок в продуктах питания, напитках, косметике и в фармацевтической промышленности.

Использование и применение масляной кислоты

Биотопливо

Масляная кислота имеет множество применений в различных отраслях промышленности. В настоящее время существует большой интерес к его использованию в качестве прекурсора для биотоплива.

Пищевая и фармацевтическая промышленность

Он также имеет важное применение в пищевой промышленности и производстве ароматизаторов из-за его маслянистого вкуса и текстуры.

В фармацевтической промышленности он используется в качестве компонента в различных противоопухолевых препаратах и ​​других лечебных средствах, а эфиры бутирата используются в производстве духов из-за их фруктового аромата.

Исследования рака

Сообщалось, что бутират оказывает различное воздействие на пролиферацию клеток, апоптоз (запрограммированную смерть клеток) и дифференцировку.

Однако различные исследования дали противоположные результаты с точки зрения влияния бутирата на рак толстой кишки, что привело к так называемому «парадоксу бутирата».

Химический синтез

Микробиологическое производство масляной кислоты является предпочтительной привлекательной альтернативой химическому синтезу. Успех промышленного внедрения химикатов на биологической основе в значительной степени зависит от стоимости производства / экономических показателей процесса.

Следовательно, промышленное производство масляной кислоты с помощью процессов ферментации требует недорогого сырья, высокой эффективности процесса, высокой чистоты продукта и высокой устойчивости штаммов-продуцентов.

Ссылки

1. Масляная кислота. Энциклопедия Нового Света. , Доступно на: newworldencyclopedia.org
2. Корралес, Л. К., Антолинес, Д. М., Бохоркес, Дж. А., Корредор, А. М. (2015). Анаэробные бактерии: процессы, которые способствуют устойчивости жизни на планете. Нова, 13 (24), 55-81. , Доступно на: scielo.org.co
3. Двидар М., Парк Дж .-Й., Митчелл Р.Дж., Санг Б.-И. (2012). Будущее масляной кислоты в промышленности. Научный мировой журнал ,. Доступно на: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Обзор производства биомасляной кислоты и его оптимизации. Int. J. Agric. Биол.16, 1019-1024.
5. Портер, младший (1961). Луи Пастер. Достижения и разочарования, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389–403. , Доступно на: mmbr.asm.org.