Processo di fermentazione butirrica, organismi e prodotti

il fermentazione butirrica si verifica quando il glucosio è ottenuto dall'acido butirrico come principale prodotto finale. È prodotto da alcuni batteri in condizioni di completa assenza di ossigeno ed è stato scoperto da Louis Pasteur, secondo la sua nota in un rapporto del 1861 sugli esperimenti condotti nel 1875.

La fermentazione è un processo biologico mediante il quale una sostanza viene trasformata in una più semplice. È un processo catabolico, di degradazione dei nutrienti per ottenere come prodotto finale un composto organico.

Questo processo non richiede ossigeno, è anaerobico ed è caratteristico di alcuni microrganismi come batteri e lieviti. La fermentazione avviene anche nelle cellule degli animali, specialmente quando l'apporto cellulare di ossigeno è insufficiente. È un processo energeticamente poco fruttuoso.

Dalla molecola di glucosio, usando Meyerhof-Parnas Embden- (la via più comune della glicolisi) tramite verifica del piruvato. Le fermentazioni iniziano dal piruvato, che viene fermentato a diversi prodotti. Secondo i prodotti finali, ci sono diversi tipi di fermentazione.

indice

• 1 processo di fermentazione butirrica
• 2 Organismi che svolgono la fermentazione butirrica
• 3 prodotti
• 4 Usi e applicazioni dell'acido butirrico
  • 4.1 Biocarburanti
  • 4.2 Industria alimentare e farmaceutica
  • 4.3 Ricerca sul cancro
  • 4.4 Sintesi di prodotti chimici
• 5 riferimenti

Processo di fermentazione butirrica

fermentazione butirrica è definita come la degradazione del glucosio (C6H12O6) per produrre acido butirrico (C4H8O2) e il gas in condizioni anaerobiche e bassa efficienza energetica. È caratteristico per la produzione di odori sgradevoli e putridi.

fermentazione butirrica è effettuata da Gram positivi, producono spore, Clostridium, Clostridium butyricum tipicamente, Clostridium tyrobutyricum, thermobutyricum Clostridium più kluyveri pasteurianum e Clostridium.

Tuttavia, essi sono anche stati riportati come produrre butirrato altri batteri classificate nei generi Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera e Sarcina.

Nel processo di fermentazione, il glucosio viene catabolizzato in piruvato, producendo due moli di ATP e NADH. Il piruvato viene successivamente fermentato in vari prodotti, a seconda del ceppo batterico.

Nel primo caso, il piruvato passa al lattato e passa all'acetil-CoA con rilascio di CO2. Successivamente, due molecole di acetil-CoA formate Acetoacetil-coenzima A, che viene poi ridotto a butirrile-CoA, da certi passaggi intermedi. Infine, il Clostridium fermenta butyryl-CoA in acido butirrico.

Gli enzimi fosfotransbutirilasa e butirrato chinasi sono enzimi chiave per la produzione di butirrato. Nel processo di formazione del butirrato si formano 3 moli di ATP.

In condizioni di crescita esponenziale, cellule producono più butirrato acetato che, come moli viene formato sopra ATP (4 in totale).

Alla fine della crescita esponenziale e inserendo la fase stazionaria, i batteri diminuiscono la produzione di aumento acetato butirrato e produzione, diminuendo la concentrazione totale di ioni idrogeno, equilibrando il pH acido del mezzo.

Organismi che svolgono la fermentazione butirrica

Il microrganismo più promettente utilizzato per la bioproduzione dell'acido butirrico è C. tyrobutyricum. Questa specie è in grado di produrre acido butirrico con elevata selettività e può tollerare alte concentrazioni di questo composto.

Tuttavia, può solo fermentare da pochissimi carboidrati, tra cui glucosio, xilosio, fruttosio e lattato.

C. butyricum molte fonti di carbonio fermentabili, tra esosi, pentosi, glicerolo, lignocellulosa, melassa, amido di patate e formaggio di siero permeato.

Tuttavia, i rendimenti del butirrato sono molto più bassi. C. thermobutyricum nell'intervallo di carboidrati fermentabili è intermedio, ma non metabolizzare saccarosio o amido.

produttori clostridi biobutirato producono anche diversi prodotti possibili, tra acetato, H2, CO2, lattato e altri prodotti, a seconda della specie di Clostridium includere.

La fermentazione di una molecola di glucosio da parte di C. tyrobutyricum e C. butyricum può essere espressa come mostrato di seguito:

Glucosio → 0.85 Butirrato + 0.1 Acetato + 0.2 Lattato + 1.9 H2 + 1.8 CO2

Glucosio → 0.8 Butirrato + 0.4 Acetato + 2.4 H2 + 2 CO2

La via metabolica di un microrganismo durante la fermentazione anaerobica è influenzata da diversi fattori. Nel caso dei batteri Clostridium, producendo butirrato, fattori principalmente sul crescita e la resa di fermentazione sono: la concentrazione di glucosio nel mezzo, il pH, la pressione parziale di idrogeno e acetato butirrato.

Questi fattori possono influenzare il tasso di crescita, la concentrazione dei prodotti finali e la distribuzione dei prodotti.

produrre

Il prodotto principale della fermentazione butirrica è un acido carbossilico, acido butirrico, un acido grasso a catena corta a quattro atomi di carbonio (CH3CH2CH2COOH), noto anche come acido n-butanoico.

Ha un odore sgradevole e un sapore pungente, ma lascia un sapore un po 'dolce in bocca, simile a quello che succede con l'etere. La sua presenza è caratteristica nel burro rancido, essendo responsabile del suo odore sgradevole e del suo gusto, da cui il suo nome, che deriva dalla parola greca che significa "burro".

Tuttavia, alcuni esteri dell'acido butirrico hanno un sapore o un odore gradevole, motivo per cui vengono utilizzati come additivi negli alimenti, nelle bevande, nei cosmetici e nell'industria farmaceutica.

Usi e applicazioni dell'acido butirrico

biocarburanti

L'acido butirrico ha molti usi in diversi settori. Attualmente è molto interessante utilizzarlo come precursore dei biocarburanti.

Industria alimentare e farmaceutica

Ha anche importanti applicazioni nelle industrie alimentari e aromatiche, grazie al suo gusto e consistenza simile al burro.

Nell'industria farmaceutica è utilizzato come componente in vari farmaci anti-cancro e altri trattamenti terapeutici, e nella produzione di profumi sono utilizzati esteri butirrato, grazie alla sua fragranza fruttata.

Ricerca sul cancro

È stato riportato che il butirrato ha diversi effetti sulla proliferazione cellulare, sull'apoptosi (morte cellulare programmata) e sulla differenziazione.

Tuttavia, diversi studi hanno mostrato risultati opposti in termini di effetto del butirrato sul cancro del colon, dando origine al cosiddetto "paradosso del butirrato".

Sintesi di prodotti chimici

La produzione microbica di acido butirrico è un'alternativa interessante preferibile alla sintesi chimica. Il successo dell'implementazione industriale di prodotti chimici a base biologica dipende in larga misura dal costo di produzione / dalle prestazioni economiche del processo.

Pertanto, la produzione industriale di acido butirrico mediante fermentazione richiede materie prime economiche, efficienza del processo ad alta efficienza, elevata purezza del prodotto e forte robustezza dei ceppi produttori.

riferimenti

1. Acido butirrico New World Encyclopedia. [Online]. Disponibile su: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Batteri anaerobici: processi che svolgono e contribuiscono alla sostenibilità della vita sul pianeta. Nova, 13 (24), 55-81. [Online]. Disponibile su: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Il futuro dell'acido butirrico nell'industria. The Scientific World Journal, [Online]. Disponibile su: doi.org.
4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Una recensione sulla produzione di acido bi-butirrico e la sua ottimizzazione. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, J. R. (1961). Louis Pasteur Realizzazioni e delusioni, 1861. Recensioni batteriologiche, 25 (4), 389-403. [Online]. Disponibile su: mmbr.asm.org.