Quá trình lên men butyric, sinh vật và sản phẩm



các lên men butyric nó xảy ra khi, bắt đầu từ glucose, axit butyric được lấy làm sản phẩm chính cuối cùng. Nó được tạo ra bởi một số vi khuẩn trong điều kiện thiếu oxy hoàn toàn và được Louis Pasteur phát hiện, theo ghi chú của ông trong một báo cáo vào năm 1861 về các thí nghiệm được thực hiện vào năm 1875.

Lên men là một quá trình sinh học mà một chất được chuyển thành đơn giản hơn. Đó là một quá trình dị hóa, suy thoái chất dinh dưỡng để có được một hợp chất hữu cơ là sản phẩm cuối cùng.

Quá trình này không cần oxy, yếm khí và là đặc trưng của một số vi sinh vật như vi khuẩn và nấm men. Lên men cũng xảy ra trong các tế bào của động vật, đặc biệt là khi nguồn cung cấp oxy của tế bào không đủ. Đó là một quá trình năng suất ít.

Từ phân tử glucose, sử dụng tuyến Embden-Meyerhof-Parnas (con đường glycosyl hóa phổ biến nhất), pyruvate được sản xuất. Quá trình lên men bắt đầu từ pyruvate, được lên men thành các sản phẩm khác nhau. Theo các sản phẩm cuối cùng, có nhiều loại lên men khác nhau.

Chỉ số

  • 1 quá trình lên men butyric
  • 2 sinh vật thực hiện lên men butyric
  • 3 sản phẩm
  • 4 Công dụng và ứng dụng của axit butyric
    • 4.1 Nhiên liệu sinh học
    • 4.2 Công nghiệp thực phẩm và dược phẩm
    • 4.3 Nghiên cứu về ung thư
    • 4.4 Tổng hợp các sản phẩm hóa học
  • 5 tài liệu tham khảo

Quá trình lên men butyric

Lên men butyric được định nghĩa là sự phân hủy glucose (C6H12O6) để tạo ra axit butyric (C4H8O2) và khí, trong điều kiện yếm khí và năng suất thấp. Nó là đặc trưng cho việc sản xuất mùi khó chịu và hôi thối.

Quá trình lên men butyric được thực hiện bởi vi khuẩn Gram dương, sản sinh bào tử của chi Clostridium, điển hình là Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, ngoài Clostridium kluyveri.

Tuy nhiên, các vi khuẩn khác được phân loại trong chi Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera và Sarcina cũng đã được báo cáo là sản xuất butyrate..

Trong quá trình lên men, glucose bị dị hóa thành pyruvate, tạo ra hai mol ATP và NADH. Pyruvate sau đó được lên men thành các sản phẩm khác nhau, tùy thuộc vào chủng vi khuẩn.

Trong trường hợp đầu tiên, pyruvate chuyển vào lactate và nó chuyển sang acetyl-CoA với sự giải phóng CO2. Sau đó, hai phân tử acetyl-CoA tạo thành acetoacetyl-CoA, sau đó được khử thành butyryl-CoA, thông qua các bước trung gian nhất định. Cuối cùng, Clostridium lên men butyryl-CoA trong axit butyric.

Các enzyme phosphotransbutyrallase và butyrate kinase là các enzyme chủ chốt để sản xuất butyrate. Trong quá trình hình thành butyrate, 3 mol ATP được hình thành.

Trong điều kiện tăng trưởng theo cấp số nhân, các tế bào tạo ra nhiều acetate hơn butyrate, vì một mol ATP được hình thành (tổng cộng 4).

Vào cuối giai đoạn tăng trưởng theo cấp số nhân và bước vào giai đoạn đứng yên, vi khuẩn làm giảm việc sản xuất acetate và tăng sản xuất butyrate, làm giảm tổng nồng độ các ion hydro, cân bằng độ pH của môi trường.

Các sinh vật thực hiện lên men butyric

Loại vi sinh vật có triển vọng nhất được sử dụng để sinh sản axit butyric là C. tyrobutyricum. Loài này có khả năng sản xuất axit butyric với độ chọn lọc cao và có thể chịu được nồng độ cao của hợp chất này.

Tuy nhiên, nó chỉ có thể lên men từ rất ít carbohydrate, bao gồm glucose, xyloza, fructose và lactate.

C. butyricum có thể lên men nhiều nguồn carbon, bao gồm hexose, pentose, glycerol, lignocellulose, mật đường, tinh bột khoai tây và whey phô mai thấm.

Tuy nhiên, sản lượng butyrate thấp hơn nhiều. Trong C. thermobutyricum, phạm vi của carbohydrate lên men là trung gian, nhưng không chuyển hóa sucrose hoặc tinh bột.

Các nhà sản xuất Clostridia của biobutyrate cũng sản xuất một số sản phẩm phụ có thể, bao gồm acetate, H2, CO2, lactate và các sản phẩm khác, tùy thuộc vào loài Clostridium..

Sự lên men của một phân tử glucose của C. tyrobutyricum và C. butyricum có thể được thể hiện như dưới đây:

Glucose → 0,85 Butyrate + 0,1 Acetate + 0,2 Lactate + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glucose → 0,8 Butyrate + 0,4 Acetate + 2,4 H2 + 2 CO2

Con đường trao đổi chất của vi sinh vật trong quá trình lên men yếm khí bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố. Trong trường hợp vi khuẩn thuộc chi Clostridium, nhà sản xuất butyrate, các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và năng suất của quá trình lên men là: nồng độ glucose trong môi trường, pH, áp suất riêng phần của hydro, acetate và butyrate.

Những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng, nồng độ của sản phẩm cuối cùng và phân phối sản phẩm.

Sản phẩm

Sản phẩm chính của quá trình lên men butyric là axit carboxylic, axit butyric, axit béo chuỗi ngắn bốn carbon (CH3CH2CH2COOH), còn được gọi là axit n-butanoic.

Nó có mùi khó chịu và vị cay nồng, nhưng để lại một chút vị ngọt trong miệng, tương tự như những gì xảy ra với ether. Sự hiện diện của nó là đặc trưng trong bơ ôi, chịu trách nhiệm cho mùi và vị khó chịu của nó, do đó tên của nó, có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "bơ".

Tuy nhiên, một số este của axit butyric có mùi vị hoặc mùi dễ chịu, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng làm phụ gia trong thực phẩm, đồ uống, mỹ phẩm và công nghiệp dược phẩm.

Công dụng và ứng dụng của axit butyric

Nhiên liệu sinh học

Axit butyric có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Hiện tại có một mối quan tâm lớn trong việc sử dụng nó như một tiền thân của nhiên liệu sinh học.

Công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Nó cũng có những ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và hương vị, do hương vị và kết cấu tương tự như bơ.

Trong ngành công nghiệp dược phẩm, nó được sử dụng như một thành phần trong một số loại thuốc chống ung thư và các phương pháp điều trị khác, và trong sản xuất nước hoa este butyrate được sử dụng, do hương thơm trái cây của nó.

Nghiên cứu ung thư

Nó đã được báo cáo rằng butyrate có tác dụng đa dạng đối với sự tăng sinh tế bào, apoptosis (chết tế bào được lập trình) và biệt hóa.

Tuy nhiên, các nghiên cứu khác nhau đã cho thấy kết quả ngược lại về tác dụng của butyrate đối với ung thư ruột kết, dẫn đến cái gọi là "nghịch lý butyrate".

Tổng hợp các sản phẩm hóa học

Việc sản xuất vi sinh vật của axit butyric là một sự thay thế hấp dẫn thích hợp hơn cho tổng hợp hóa học. Thành công của việc thực hiện công nghiệp hóa chất dựa trên sinh học phụ thuộc rất lớn vào chi phí sản xuất / hiệu quả kinh tế của quá trình.

Do đó, sản xuất công nghiệp axit butyric bằng cách lên men đòi hỏi nguyên liệu kinh tế, hiệu suất quá trình hiệu quả cao, độ tinh khiết của sản phẩm cao và độ chắc chắn của các chủng sản xuất.

Tài liệu tham khảo

  1. Axit butyric. Bách khoa toàn thư thế giới mới. [Trực tuyến] Có sẵn tại: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Vi khuẩn kỵ khí: các quá trình tạo ra và đóng góp cho sự bền vững của sự sống trên hành tinh. Nova, 13 (24), 55-81. [Trực tuyến] Có sẵn tại: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Tương lai của axit butyric trong công nghiệp. Tạp chí Khoa học Thế giới, [Trực tuyến]. Có sẵn tại: doi.org.
  4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Một đánh giá về sản xuất axit sinh học butyric và tối ưu hóa của nó. Int. J. Nông nghiệp. Sinh học 16, 1019-1024.
  5. Người khuân vác, J. R. (1961). Louis Pasteur. Thành tựu và thất vọng, 1861. Nhận xét về vi khuẩn học, 25 (4), 389-403. [Trực tuyến] Có sẵn tại: mmbr.asm.org.