Sviesta fermentācijas process, organismi un produkti



The sviesta fermentācija tas notiek, kad, sākot no glikozes, kā galveno galaproduktu iegūst sviestskābi. To ražo noteiktas baktērijas ar pilnīgu skābekļa trūkumu un to atklāja Louis Pasteur, saskaņā ar viņa piezīmi 1861. gada ziņojumā par eksperimentiem, kas veikti 1875. gadā.

Fermentācija ir bioloģisks process, kurā viela tiek pārveidota par vienkāršāku. Tas ir katabolisks process, barības vielu noārdīšanās, lai iegūtu organisko savienojumu kā galaproduktu.

Šim procesam nav vajadzīgs skābeklis, tas ir anaerobs, un tam piemīt daži mikroorganismi, piemēram, baktērijas un raugs. Fermentācija notiek arī dzīvnieku šūnās, jo īpaši, ja šūnu apgāde ar skābekli ir nepietiekama. Tas ir enerģiski neliels ienesīguma process.

No glikozes molekulas, izmantojot maršrutu Embden-Meyerhof-Parnas (visizplatītākais glikozilācijas ceļš), tiek ražots piruvāts. Fermentācijas sākas no piruvāta, kas tiek fermentēts ar dažādiem produktiem. Saskaņā ar gala produktiem ir dažādi fermentācijas veidi.

Indekss

  • 1 Sviesta fermentācijas process
  • 2 Organismi, kas veic sviesta fermentāciju
  • 3 produkti
  • 4 Sviesta skābes lietojumi un pielietojumi
    • 4.1. Biodegvielas
    • 4.2 Pārtikas un farmācijas rūpniecība
    • 4.3. Vēža pētījumi
    • 4.4 Ķīmisko produktu sintēze
  • 5 Atsauces

Sviesta fermentācijas process

Sviesta fermentācija ir glikozes (C6H12O6) noārdīšanās, lai iegūtu sviestskābi (C4H8O2) un gāzi anaerobos apstākļos un ar zemu enerģijas daudzumu. Tā ir raksturīga nepatīkamu un smaržīgu smaku ražošanai.

Sviesta fermentāciju veic ar Clostridium ģints Gram-pozitīvām, sporas ražojošām baktērijām, parasti Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, papildus Clostridium kluyveri un Clostridium pasteurianum..

Tomēr ir ziņots, ka citas baktērijas, kas klasificētas Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera un Sarcina ģintīs, ražo butirātu..

Fermentācijas procesā glikozi katabolizē līdz piruvātam, veidojot divus ATP un NADH molus. Pēc tam piruvātu fermentē dažādiem produktiem, atkarībā no baktēriju celmu.

Pirmkārt, piruvāts nokļūst laktātā un nonāk acetil-CoA ar CO2 izdalīšanos. Pēc tam divas acetil-CoA molekulas veido acetoacetil-CoA, ko pēc tam dažos starpposmos samazina līdz butiril-CoA. Visbeidzot, Clostridium fermentē butiril-CoA sviestskābē.

Fosfotransbutirallāzes un butirāta kināzes fermenti ir galvenie fermenti butirāta ražošanai. Procesā veidojas butirāts 3 moli ATP.

Eksponenciālas augšanas apstākļos šūnas ražo vairāk acetāta nekā butirāts, jo veidojas viens mols ATP (kopā 4)..

Eksponenciālās augšanas beigās un nonākot stacionārajā fāzē, baktērijas samazina acetāta ražošanu un palielina butirāta ražošanu, samazinot ūdeņraža jonu kopējo koncentrāciju, līdzsvarojot vidēja skābes pH..

Organismi, kas veic sviesta fermentāciju

Daudzsološākais mikroorganisms, ko izmanto sviesta skābes bioprodukcijai, ir C. tyrobutyricum. Šī suga spēj ražot sviestskābi ar augstu selektivitāti un var izturēt šīs vielas augstās koncentrācijas.

Tomēr tā var fermentēties tikai no ļoti maz ogļhidrātu, tostarp glikozes, ksilozes, fruktozes un laktāta.

C. butyricum var fermentēt daudzus oglekļa avotus, tostarp heksozes, pentozes, glicerīnu, lignocelulozi, melasi, kartupeļu cieti un siera sūkalu caurlaidību..

Tomēr butirāta iznākums ir daudz zemāks. C. thermobutyricum fermentējamo ogļhidrātu klāsts ir starpprodukts, bet ne metabolizē saharozi vai cieti.

Klostridijas biobutirāta ražotāji arī ražo vairākus iespējamos blakusproduktus, tostarp acetātu, H2, CO2, laktātu un citus produktus, atkarībā no Clostridium sugas..

Glikozes molekulas fermentāciju C. tyrobutyricum un C. butyricum var izteikt šādi:

Glikoze → 0,85 Butirāts + 0,1 acetāts + 0,2 laktāts + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glikoze → 0,8 butirāts + 0,4 acetāts + 2,4 H2 + 2 CO2

Mikroorganisma metabolisma ceļš anaerobās fermentācijas laikā ietekmē vairākus faktorus. Clostridium ģints baktērijām, butirāta ražotājiem, faktori, kas galvenokārt ietekmē fermentācijas augšanu un ražu, ir: glikozes koncentrācija vidē, pH, ūdeņraža daļējais spiediens, acetāts un butirāts.

Šie faktori var ietekmēt izaugsmes tempu, galaproduktu koncentrāciju un produktu izplatīšanu.

Produkti

Galvenais sviesta fermentācijas produkts ir karboksilskābe, sviestskābe, četru oglekļa īsu ķēžu taukskābe (CH3CH2CH2COOH), kas pazīstama arī kā n-butānskābe.

Tam piemīt nepatīkama smarža un asa garša, bet mutē tā ir nedaudz salda, līdzīga tam, kas notiek ar ēteri. Tās klātbūtne ir raksturīga rīsa sviestam, kas ir atbildīgs par tā nepatīkamo smaržu un garšu, tātad tā nosaukumu, kas izriet no grieķu vārda, kas nozīmē "sviests"..

Tomēr dažiem sviestskābes esteriem ir patīkama garša vai smarža, tāpēc tos izmanto kā piedevas pārtikā, dzērienos, kosmētikā un farmācijas rūpniecībā..

Sviesta skābes lietojumi un pielietojumi

Biodegvielas

Taukskābei ir daudz pielietojumu dažādās nozarēs. Pašlaik ir liela interese to izmantot kā biodegvielu priekšteci.

Pārtikas un farmācijas rūpniecība

Tam piemīt arī svarīgas pielietošanas iespējas pārtikas un garšas industrijā, jo tās garša un tekstūra ir līdzīga sviestam.

Farmaceitiskajā rūpniecībā to izmanto kā sastāvdaļu vairākās pretvēža zālēs un citās terapeitiskās procedūrās, un smaržu ražošanā tiek izmantoti butirāta esteri, pateicoties tā augļu aromātam.

Vēža pētījumi

Ir ziņots, ka butirātam ir atšķirīga ietekme uz šūnu proliferāciju, apoptozi (ieprogrammēto šūnu nāvi) un diferenciāciju..

Tomēr dažādi pētījumi ir parādījuši pretējus rezultātus attiecībā uz butirāta ietekmi uz resnās zarnas vēzi, kas noved pie tā sauktajā "butirāta paradoksā"..

Ķīmisko produktu sintēze

Mīkstā skābes mikrobiālā ražošana ir pievilcīga alternatīva, nevis ķīmiskā sintēze. Bioķīmisko ķīmisko vielu rūpnieciskās ieviešanas panākumi lielā mērā ir atkarīgi no ražošanas izmaksām un procesa ekonomiskajiem rādītājiem.

Tāpēc rūpnieciska sviesta skābes ražošana ar fermentāciju prasa ekonomisku izejvielu, augstas efektivitātes procesa veiktspēju, augstu produkta tīrību un spēcīgu ražojošo celmu izturību..

Atsauces

  1. Sviestskābe. New World Encyclopedia. [Online] Pieejams: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L. C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Anaerobās baktērijas: procesi, kas veicina un veicina dzīvības ilgtspējību uz planētas. Nova, 13 (24), 55-81. [Online] Pieejams: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Taurskābes nākotne rūpniecībā. Zinātniskais pasaules žurnāls, [Online]. Pieejams vietnē: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Pārskats par bio-sviestskābes ražošanu un tās optimizāciju. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019-1024.
  5. Porter, J. R. (1961). Louis Pasteur. Sasniegumi un vilšanās, 1861. Bakterioloģiskie pārskati, 25 (4), 389-403. [Online] Pieejams: mmbr.asm.org.