BUTYRGJÆRING: PROSESS, ORGANISMER OG PRODUKTER - BIOLOGI - 2026

Den smør fermenteringen skjer når glukose fra smørsyre oppnås som hoved sluttprodukt. Det utføres av visse bakterier under forhold med fullstendig fravær av oksygen og ble oppdaget av Louis Pasteur, ifølge hans merknad i en rapport i 1861 om eksperimenter utført i 1875.

Fermentering er en biologisk prosess der et stoff omdannes til en enklere. Det er en katabolisk prosess, med nedbrytning av næringsstoffer for å få en organisk forbindelse som sluttprodukt.

Louis Pasteur

Denne prosessen krever ikke oksygen, den er anaerob, og den er karakteristisk for noen mikroorganismer som bakterier og gjær. Fermentering skjer også i cellene til dyr, spesielt når den cellulære tilførselen av oksygen er utilstrekkelig. Det er en energisk lite avkastningsprosess.

Fra glukosemolekylet ved bruk av Embden-Meyerhof-Parnas-banen (den vanligste glykolysebanen), produseres pyruvat. Fermenteringer starter fra pyruvat, som er gjæret til forskjellige produkter. Avhengig av sluttproduktene er det forskjellige typer gjæring.

Butyr fermenteringsprosess

Smørsyregjæring er definert som nedbrytning av glukose (C6H12O6) for å produsere smørsyre (C4H8O2) og gass, under anaerobe forhold og med lavt energiutbytte. Det er karakteristisk for produksjonen av ubehagelige og ubehagelige lukt.

Butyrisk gjæring utføres av Gram-positive sporproduserende bakterier av slekten Clostridium, typisk Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, i tillegg til Clostridium kluyveri og Clostridium pasteurianum.

Andre bakterier klassifisert i slektene Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera og Sarcina har imidlertid også blitt rapportert som produsenter av butyrate.

I gjæringsprosessen blir glukose katabolisert til pyruvat, og produserer to mol ATP og NADH. Pyruvat blir deretter fermentert til forskjellige produkter, avhengig av bakteriestammen.

I første omgang blir pyruvat laktat og dette blir acetyl-CoA med frigjøring av CO2. Deretter danner to acetyl-CoA-molekyler acetoacetyl-CoA, som deretter reduseres til butyryl-CoA, gjennom visse mellomtrinn. Til slutt gjærer Clostridium butyryl-CoA til smørsyre.

Enzymene phosphotransbutyrylase og butyrate kinase er de viktigste enzymene for produksjon av butyrate. I prosessen med dannelse av butyrat dannes 3 mol ATP.

Under eksponentielle vekstbetingelser produserer celler mer acetat enn butyrat, ettersom en ytterligere mol ATP dannes (totalt 4).

På slutten av eksponentiell vekst og inn i den stasjonære fasen, reduserer bakteriene produksjonen av acetat og øker produksjonen av butyrat, og reduserer den totale konsentrasjonen av hydrogenioner, og balanserer den sure pH-verdien i mediet.

Organismer som utfører butyrisk gjæring

Den mest lovende mikroorganismen brukt til bioproduksjon av smørsyre er C. tyrobutyricum. Denne arten er i stand til å produsere smørsyre med høy selektivitet og tåler høye konsentrasjoner av denne forbindelsen.

Imidlertid kan det bare gjære fra veldig få karbohydrater, inkludert glukose, xylose, fruktose og laktat.

C. butyricum kan gjære mange karbonkilder, inkludert heksoser, pentoser, glyserol, lignocellulose, melasse, potetstivelse og ostevalle permeat.

Butyratutbyttet er imidlertid mye lavere. I C. thermobutyricum er spekteret av gjærbare karbohydrater mellomprodukt, men det metaboliserer ikke sukrose eller stivelse.

Biobutyratproduserende clostridia produserer også flere mulige biprodukter, inkludert acetat, H2, CO2, laktat og andre produkter, avhengig av Clostridium-arten.

Fermentering av et glukosemolekyl av C. tyrobutyricum og C. butyricum kan uttrykkes 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 metabolske banen til en mikroorganisme under anaerob gjæring påvirkes av flere faktorer. Når det gjelder bakterier av slekten Clostridium, som produserer butyrat, er faktorene som hovedsakelig påvirker vekst og gjæringsegenskaper: konsentrasjonen av glukose i mediet, pH, deltrykk av hydrogen, acetat og smørsyre.

Disse faktorene kan påvirke veksthastigheten, konsentrasjonen av sluttproduktene og fordelingen av produktene.

Produkter

Hovedproduktet av smørsyregjæring er en karboksylsyre, smørsyre, en kortkjedet firekarbonfettsyre (CH3CH2CH2COOH), også kjent som n-butansyre.

Den har en ubehagelig lukt og en skarp smak, men den etterlater en noe søt smak i munnen, på lik linje med hva som skjer med eter. Dens tilstedeværelse er karakteristisk for harskt smør, og er ansvarlig for dens ubehagelige lukt og smak, derav navnet, som er avledet fra det greske ordet for "smør."

Imidlertid har visse smørsyreestere en behagelig smak eller lukt, og det er grunnen til at de brukes som tilsetningsstoffer i mat, drikke, kosmetikk og farmasøytisk industri.

Bruksområder og anvendelser av smørsyre

biodrivstoff

Smørsyre har mange bruksområder i forskjellige bransjer. Det er for tiden stor interesse for å bruke det som en forløper for biodrivstoff.

Mat- og farmasøytisk industri

Den har også viktige bruksområder i mat- og smakstilsetningsindustrien på grunn av smørlignende smak og tekstur.

I den farmasøytiske industrien brukes den som en komponent i forskjellige kreftmedisiner og andre terapeutiske behandlinger, og butyratestere brukes til fremstilling av parfymer på grunn av deres fruktige duft.

Kreftforskning

Butyrat er rapportert å ha forskjellige effekter på celleproliferasjon, apoptose (programmert celledød) og differensiering.

Ulike studier har imidlertid gitt motsatte resultater når det gjelder effekten av butyrat på tykktarmskreft, noe som har gitt opphav til det såkalte "butyratparadokset".

Kjemisk syntese

Mikrobiell produksjon av smørsyre er et foretrukket attraktivt alternativ til kjemisk syntese. Suksessen med industriell implementering av biobaserte kjemikalier er veldig avhengig av kostnadene for produksjon / økonomisk ytelse av prosessen.

Derfor krever den industrielle produksjonen av smørsyre ved gjæringsprosesser billig råstoff, høy effektivitet prosessytelse, høy produktrenhet og sterk robusthet for de produserende stammene.

referanser

1. Smørsyre. New World Encyclopedia. . Tilgjengelig på: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobe bakterier: prosesser som gjennomfører og bidrar til bærekraften for livet på planeten. Nova, 13 (24), 55-81. . Tilgjengelig på: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Fremtiden for smørsyre i industrien. Scientific World Journal,. Tilgjengelig på: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. En gjennomgang av bio-smørsyreproduksjon og dens optimalisering. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Prestasjoner og skuffelser, 1861. Bakteriologiske anmeldelser, 25 (4), 389–403. . Tilgjengelig på: mmbr.asm.org.