BUTYRJÄSNING: PROCESS, ORGANISMER OCH PRODUKTER - BIOLOGI - 2025

Den smörsyra jäsning inträffar när glukos från smörsyra erhålles som den huvudsakliga slutprodukten. Det utförs av vissa bakterier under förhållanden med fullständig frånvaro av syre och upptäcktes av Louis Pasteur, enligt hans anmärkning i en rapport 1861 om experiment 1875.

Fermentering är en biologisk process genom vilken ett ämne omvandlas till en enklare. Det är en katabolisk process för nedbrytning av näringsämnen för att få en organisk förening som en slutprodukt.

Louis Pasteur

Denna process kräver inte syre, den är anaerob, och den är karakteristisk för vissa mikroorganismer som bakterier och jäst. Fermentering sker också i cellerna hos djur, särskilt när celltillförseln av syre är otillräcklig. Det är en energiskt lågavkastande process.

Från glukosmolekylen, med användning av Embden-Meyerhof-Parnas-vägen (den vanligaste glykolysvägen), produceras pyruvat. Fermenteringar börjar från pyruvat, som fermenteras till olika produkter. Beroende på slutprodukter finns det olika typer av jäsning.

Butyr fermenteringsprocess

Smörjfermentering definieras som nedbrytning av glukos (C6H12O6) för att producera smörsyra (C4H8O2) och gas, under anaeroba förhållanden och med lågt energiutbyte. Det är karakteristiskt för framställning av obehagliga och obehagliga lukt.

Butyrjäsning utförs av Gram-positiva sporproducerande bakterier av släkten Clostridium, vanligtvis Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, förutom Clostridium kluyveri och Clostridium pasteurianum.

Andra bakterier klassificerade i släkten Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera och Sarcina har emellertid också rapporterats som producenter av butyrat.

Vid fermenteringsprocessen kataboliseras glukos till pyruvat och producerar två mol ATP och NADH. Pyruvat fermenteras därefter till olika produkter beroende på bakteriestammen.

I första hand blir pyruvat laktat och detta blir acetyl-CoA med frisättning av CO2. Därefter bildar två acetyl-CoA-molekyler acetoacetyl-CoA, som sedan reduceras till butyryl-CoA genom vissa mellanliggande steg. Slutligen fermenterar Clostridium butyryl-CoA till smörsyra.

Enzymerna fosfotransbutyrylas och butyratkinas är de viktigaste enzymerna för produktion av butyrat. I processen med butyratbildning bildas 3 mol ATP.

Under exponentiella tillväxtbetingelser producerar celler mer acetat än butyrat, eftersom ytterligare en mol ATP bildas (totalt 4).

I slutet av exponentiell tillväxt och in i den stationära fasen minskar bakterier acetatproduktionen och ökar butyratproduktionen, vilket minskar den totala koncentrationen av vätejoner och balanserar mediets sura pH.

Organismer som utför butyrjäsning

Den mest lovande mikroorganismen som används för bioproduktion av smörsyra är C. tyrobutyricum. Denna art kan producera smörsyra med hög selektivitet och tål höga koncentrationer av denna förening.

Men det kan bara jäsas från mycket få kolhydrater, inklusive glukos, xylos, fruktos och laktat.

C. butyricum kan jäsa många kolkällor, inklusive hexoser, pentoser, glycerol, lignocellulosa, melass, potatisstärkelse och vasslepermeat.

Butyratutbytena är dock mycket lägre. I C. thermobutyricum är intervallet av jäsbara kolhydrater mellanprodukt, men det metaboliserar inte sackaros eller stärkelse.

Biobutyrat-producerande clostridia producerar också flera möjliga biprodukter, inklusive acetat, H2, CO2, laktat och andra produkter, beroende på Clostridium-arten.

Fermentering av en glukosmolekyl av C. tyrobutyricum och C. butyricum kan uttryckas enligt följande:

Glukos → 0,85 Butyrat + 0,1 Acetat + 0,2 Laktat + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukos → 0,8 Butyrat + 0,4 Acetat + 2,4 H2 + 2 CO2

Metabolismvägen för en mikroorganism under anaerob jäsning påverkas av flera faktorer. När det gäller bakterier av släktet Clostridium, som producerar butyrat, är de faktorer som huvudsakligen påverkar tillväxt och jäsningsprestanda: koncentrationen av glukos i mediet, pH, deltrycket av väte, acetat och butyrat.

Dessa faktorer kan påverka tillväxthastigheten, koncentrationen av de slutliga produkterna och distributionen av produkterna.

Produkter

Huvudprodukten av smörjfermentering är en karboxylsyra, smörsyra, en kortkedjig fyra-kol fettsyra (CH3CH2CH2COOH), även känd som n-butansyra.

Det har en obehaglig lukt och en skarp smak, men den lämnar en något söt smak i munnen, liknande det som händer med eter. Dess närvaro är karakteristisk för harskt smör, och ansvarar för dess obehagliga lukt och smak, därmed dess namn, som härrör från det grekiska ordet "smör."

Vissa smörsyraestrar har emellertid en behaglig smak eller lukt, varför de används som tillsatser i livsmedel, drycker, kosmetika och läkemedelsindustrin.

Användningar och applikationer av smörsyra

biobränslen

Smörsyra har många användningsområden inom olika branscher. Det finns för närvarande stort intresse för att använda det som en föregångare till biobränslen.

Livsmedels- och läkemedelsindustri

Den har också viktiga tillämpningar inom livsmedels- och smakindustrin på grund av smörliknande smak och konsistens.

I läkemedelsindustrin används den som en komponent i olika anticancerläkemedel och andra terapeutiska behandlingar, och butyratestrar används vid framställning av parfymer på grund av deras fruktiga doft.

Cancerforskning

Butyrat har rapporterats ha olika effekter på cellproliferation, apoptos (programmerad celldöd) och differentiering.

Olika studier har emellertid gett motsatta resultat när det gäller effekten av butyrat på koloncancer, vilket ger upphov till den så kallade "butyratparadoxen".

Kemisk syntes

Mikrobiell produktion av smörsyra är ett föredraget attraktivt alternativ till kemisk syntes. Framgången för industriell implementering av biobaserade kemikalier är mycket beroende av kostnaden för produktion / ekonomisk prestanda för processen.

Därför kräver den industriella produktionen av smörsyra genom fermenteringsprocesser billigt råmaterial, hög effektivitetsprocessprestanda, hög produktrenhet och stark robusthet hos de producerande stammarna.

referenser

1. Smörsyra. New World Encyclopedia. . Finns på: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaeroba bakterier: processer som utför och bidrar till livets hållbarhet på planeten. Nova, 13 (24), 55-81. . Finns på: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Butyrinsyrans framtid i industrin. Scientific World Journal ,. Finns på: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. En översikt av bio-smörsyraproduktion och dess optimering. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Prestationer och besvikelser, 1861. Bakteriologiska recensioner, 25 (4), 389–403. . Finns på: mmbr.asm.org.