FERMENTACIJA MASLAČKE MASTI: PROCES, ORGANIZMI I PROIZVODI - BIOLOGIJA - 2025

Maslačna Fermentacija se događa kada se dobiva iz glukoza maslačne kiseline kao glavni krajnjeg proizvoda. Izvode ga određene bakterije u uvjetima potpune odsutnosti kisika, a otkrio ga je Louis Pasteur, prema svojoj bilješci u izvješću iz 1861. o eksperimentima provedenim 1875.

Fermentacija je biološki proces pomoću kojeg se tvar pretvara u jednostavniji. To je katabolički proces, razgradnje hranjivih sastojaka da bi se dobio organski spoj kao krajnji proizvod.

Louis Pasteur

U ovom procesu nije potreban kisik, anaeroban je, a karakterističan je za neke mikroorganizme poput bakterija i kvasca. Fermentacija se također događa u stanicama životinja, posebno kad je stanična opskrba kisikom nedovoljna. To je energetski proces s niskim prinosom.

Iz molekule glukoze, pomoću puta Embden-Meyerhof-Parnas (najčešći put glikolize), dobiva se piruvat. Fermentacije polaze od piruvata koji fermentira u različite proizvode. Ovisno o krajnjim proizvodima, postoje različite vrste fermentacije.

Proces fermentacije maslačke masti

Masti fermentacije definirana je kao razgradnja glukoze (C6H12O6) da bi se dobila maslačna kiselina (C4H8O2) i plin, u anaerobnim uvjetima i s niskim prinosom energije. Karakteristično je za stvaranje neugodnih i gnojnih mirisa.

Fermentacija maslačka provodi se gram-pozitivne bakterije koje stvaraju spore iz roda Clostridium, obično Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, uz Clostridium kluyveri i Clostridium pasteurianum.

Međutim, i druge bakterije klasificirane u rodove Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera i Sarcina također su prijavljene kao proizvođači butirata.

U procesu fermentacije glukoza se katabolizira u piruvat, stvarajući dva mola ATP-a i NADH. Piruvat se nakon toga fermentira u različite proizvode, ovisno o bakterijskom soju.

U prvom redu, piruvat postaje laktatan i to oslobađanjem CO2 postaje acetil-CoA. Nakon toga, dvije molekule acetil-CoA tvore acetoacetil-CoA, koji se kroz određene intermedijarne korake reducira u butiril-CoA. Na kraju, Clostridium fermentira butiril-CoA u maslačnu kiselinu.

Enzimi fosfotransbutirilaza i butirat kinaza ključni su enzimi za proizvodnju butirata. U procesu stvaranja butirata stvaraju se 3 mola ATP-a.

U uvjetima eksponencijalnog rasta stanice stvaraju više acetata od butirata, jer nastaje još jedan mol ATP-a (ukupno 4).

Na kraju eksponencijalnog rasta i ulaska u stacionarnu fazu, bakterije smanjuju proizvodnju acetata i povećavaju proizvodnju butirata, smanjujući ukupnu koncentraciju vodikovih iona, uravnotežujući kiseli pH medija.

Organizmi koji provode fermentaciju maslačka

Najperspektivniji mikroorganizam koji se koristi za bioprodukciju maslačne kiseline je C. tyrobutyricum. Ova vrsta je sposobna proizvesti maslačnu kiselinu s velikom selektivnošću i može podnijeti visoke koncentracije ovog spoja.

Međutim, može fermentirati samo iz vrlo malo ugljikohidrata, uključujući glukozu, ksilozu, fruktozu i laktat.

C. butyricum može fermentirati mnoge izvore ugljika, uključujući heksoze, pentoze, glicerol, lignocelulozu, melasu, krumpirov škrob i permeat sirutke.

Međutim, prinosi butirata mnogo su niži. U C. thermobutyricum, raspon fermentibilnih ugljikohidrata je intermedijarni, ali ne metabolizira saharozu ili škrob.

Klostridije koje proizvode biobutirat također proizvode nekoliko mogućih nusproizvoda, uključujući acetat, H2, CO2, laktat i druge proizvode, ovisno o vrsti Clostridium.

Fermentacija molekule glukoze C. tyrobutyricum i C. butyricum može se izraziti na sljedeći način:

Glukoza → 0,85 butirat + 0,1 acetat + 0,2 laktata + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukoza → 0,8 butirat + 0,4 acetat + 2,4 H2 + 2 CO2

Na metabolički put mikroorganizma tijekom anaerobne fermentacije utječe nekoliko čimbenika. U slučaju bakterija roda Clostridium, koje proizvode butirat, faktori koji uglavnom utječu na rast i performanse fermentacije su: koncentracija glukoze u mediju, pH, parcijalni tlak vodika, acetata i butirat.

Ovi čimbenici mogu utjecati na brzinu rasta, koncentraciju krajnjih proizvoda i distribuciju proizvoda.

proizvodi

Glavni proizvod maslačne fermentacije je karboksilna kiselina, maslačna kiselina, četvero-ugljična masna kiselina kratkog lanca (CH3CH2CH2COOH), poznata i kao n-butanska kiselina.

Ima neugodan miris i oštar okus, no ostavlja pomalo slatkast okus u ustima, sličan onome koji se događa s eterom. Njegova prisutnost je karakteristična za užareni maslac, odgovoran je za njegov neugodan miris i okus, otuda i njegovo ime, koje je izvedeno od grčke riječi za "maslac".

Međutim, određeni esteri maslačne kiseline imaju ugodan okus ili miris, zbog čega se koriste kao aditivi u hrani, pićima, kozmetici i farmaceutskoj industriji.

Upotrebe i primjene maslačne kiseline

biogoriva

Maslačna kiselina ima mnogo koristi u različitim industrijama. Trenutno postoji veliko zanimanje za uporabu toga kao prethodnika biogoriva.

Prehrambena i farmaceutska industrija

Zbog svog okusa i teksture poput maslačka, on također ima važnu primjenu u industriji hrane i okusa.

U farmaceutskoj industriji koristi se kao komponenta u raznim antikancerogenim lijekovima i drugim terapijskim tretmanima, a butirat esteri se koriste u proizvodnji parfema, zbog svoje voćne mirisa.

Istraživanje raka

Za butirat se navodi da ima različite učinke na staničnu proliferaciju, apoptozu (programirana stanična smrt) i diferencijaciju.

Međutim, različite studije dale su suprotne rezultate u smislu učinka butirata na rak debelog crijeva, što je dovelo do takozvanog "paradiksa butirata".

Kemijska sinteza

Proizvodnja mikroba maslačne kiseline poželjna je atraktivna alternativa kemijskoj sintezi. Uspjeh industrijske primjene kemikalija koje se temelje na biološkoj osnovi vrlo ovisi o troškovima proizvodnje / ekonomskim performansama postupka.

Stoga industrijska proizvodnja maslačne kiseline fermentacijskim postupcima zahtijeva jeftinu sirovinu, visoku učinkovitost izvedbe procesa, visoku čistoću proizvoda i snažnu robusnost sojeva koji se proizvode.

Reference

1. Maslačna kiselina. Nova svjetska enciklopedija., Dostupno na: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobne bakterije: procesi koji provode i doprinose održivosti života na planeti. Nova, 13 (24), 55-81., Dostupno na: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Budućnost maslačne kiseline u industriji. Znanstveni svjetski časopis,. Dostupno na: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Pregled proizvodnje biomasne kiseline i njezina optimizacija. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Postignuća i razočaranja, 1861. Bakteriološki pregledi, 25 (4), 389–403., Dostupno na: mmbr.asm.org.