SVIESTA FERMENTĀCIJA: PROCESS, ORGANISMI UN PRODUKTI - BIOLOĢIJA - 2025

Sviestskābes fermentācija notiek tad, kad glikozes no sviestskābe iegūst kā galveno gala produktu. To veic noteiktas baktērijas apstākļos, kad pilnībā trūkst skābekļa, un to atklāja Luiss Pasteurs, saskaņā ar viņa piezīmi 1861. gada ziņojumā par 1875. gadā veiktajiem eksperimentiem.

Fermentācija ir bioloģisks process, kura laikā viela tiek pārveidota par vienkāršāku. Tas ir katabolisks barības vielu sadalīšanās process, lai iegūtu galaproduktu organisku savienojumu.

Luiss Pasteurs

Šim procesam nav nepieciešams skābeklis, tas ir anaerobs, un tas ir raksturīgs dažiem mikroorganismiem, piemēram, baktērijām un raugam. Fermentācija notiek arī dzīvnieku šūnās, īpaši, ja skābekļa daudzums šūnās ir nepietiekams. Tas ir enerģētiski zems ienesīguma process.

No glikozes molekulas, izmantojot Embden-Meyerhof-Parnas ceļu (visizplatītāko glikolīzes ceļu), tiek iegūts piruvāts. Fermentācija sākas no piruvāta, kas tiek fermentēts dažādos produktos. Atkarībā no galaproduktiem pastāv dažādi fermentācijas veidi.

Sviesta fermentācijas process

Sviesta fermentācija ir definēta kā glikozes (C6H12O6) sadalīšanās, iegūstot sviestskābi (C4H8O2) un gāzi anaerobos apstākļos un ar nelielu enerģijas ieguvi. Tas ir raksturīgs nepatīkamu un sakoptu smaku ražošanai.

Sviesta fermentāciju veic Clostridium ģints grampozitīvās sporas ražojošās baktērijas, parasti Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, papildus Clostridium kluyveri un Clostridium pasteurianum.

Tomēr par butirāta ražotājiem ziņots arī par citām baktērijām, kas klasificētas Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera un Sarcina ģintīs.

Fermentācijas procesā glikoze tiek katabolizēta par piruvātu, iegūstot divus molu ATP un NADH. Pēc tam piruvātu fermentē dažādos produktos atkarībā no baktēriju celma.

Pirmkārt, piruvats kļūst par laktātu, un tas, izdalot CO2, kļūst par acetil-CoA. Pēc tam divas acetil-CoA molekulas veido acetoacetil-CoA, kas pēc tam ar noteiktu starpposmu palīdzību tiek reducēts līdz butiril-CoA. Visbeidzot, Clostridium fermentē butiril-CoA sviestskābē.

Enzīmi fosfotransbutirilāze un butirāta kināze ir galvenie enzīmi butirāta ražošanā. Butirātu veidošanās procesā veidojas 3 moli ATP.

Eksponenciālos augšanas apstākļos šūnas rada vairāk acetāta nekā butirāts, jo veidojas vēl viens ATP mols (kopā 4).

Eksponenciālās augšanas beigās un nonākot stacionārā fāzē, baktērijas samazina acetāta ražošanu un palielina butirātu veidošanos, samazinot kopējo ūdeņraža jonu koncentrāciju, līdzsvarojot barotnes skābo pH.

Organismi, kas veic sviesta fermentāciju

Perspektīvākais mikroorganisms, ko izmanto sviestskābes bioprodukcijai, ir C. tyrobutyricum. Šī suga spēj ražot sviestskābi ar augstu selektivitāti un var izturēt augstu šī savienojuma koncentrāciju.

Tomēr tas var raudzēt tikai no nedaudziem ogļhidrātiem, ieskaitot glikozi, ksilozi, fruktozi un laktātu.

C. butyricum var raudzēt daudzus oglekļa avotus, ieskaitot heksozes, pentozes, glicerīnu, lignocelulozi, melasi, kartupeļu cieti un siera sūkalu permeātu.

Tomēr butirātu raža ir daudz zemāka. C. thermobutyricum raudzējamo ogļhidrātu diapazons ir vidējs, bet tie nemetabolizē saharozi vai cieti.

Biobutirātu ražojošie klostridijas arī rada vairākus iespējamos blakusproduktus, ieskaitot acetātu, H2, CO2, laktātu un citus produktus, atkarībā no Clostridium sugas.

Glikozes molekulas fermentāciju ar 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 ceļu anaerobās fermentācijas laikā ietekmē vairāki faktori. Clostridium ģints baktēriju gadījumā, kas ražo butirātu, faktori, kas galvenokārt ietekmē augšanu un fermentācijas raksturlielumus, ir šādi: glikozes koncentrācija barotnē, pH, ūdeņraža daļējais spiediens, acetāts un butirāts.

Šie faktori var ietekmēt augšanas ātrumu, galaproduktu koncentrāciju un produktu izplatību.

produkti

Sviesta fermentācijas galvenais produkts ir karbonskābe, sviestskābe, īsās ķēdes četru oglekļa taukskābe (CH3CH2CH2COOH), kas pazīstama arī kā n-butānskābe.

Tam ir nepatīkama smaka un asa garša, tomēr tas atstāj mutē nedaudz saldu garšu, līdzīgi kā tas notiek ar ēteri. Tā klātbūtne ir raksturīga sasmakušam sviestam, kas ir atbildīgs par nepatīkamo smaržu un garšu, tāpēc tas ir nosaukums, kas atvasināts no grieķu vārda "sviests".

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

Sviestskābes lietojumi un pielietojums

Biodegvielas

Sviestskābe ir daudz izmantojama dažādās nozarēs. Pašlaik ir liela interese par tā izmantošanu kā biodegvielas priekšteci.

Pārtikas un farmācijas rūpniecība

Sviestam līdzīgās garšas un struktūras dēļ tas ir arī nozīmīgs pielietojums pārtikas un aromatizētāju rūpniecībā.

Farmaceitiskajā rūpniecībā to izmanto kā sastāvdaļu dažādos pretvēža medikamentos un citās terapeitiskās procedūrās, un butirātu esterus smaržu ražošanā izmanto augļu aromāta dēļ.

Vēža izpēte

Ir ziņots, ka butirātam ir dažāda ietekme uz šūnu proliferāciju, apoptozi (ieprogrammēta šūnu nāve) un diferenciāciju.

Tomēr dažādi pētījumi ir devuši pretējus rezultātus attiecībā uz butirāta ietekmi uz resnās zarnas vēzi, kas rada tā saukto "butirāta paradoksu".

Ķīmiskā sintēze

Sviestskābes mikrobu ražošana ir vēlama pievilcīga alternatīva ķīmiskai sintēzei. Bioķimikāliju rūpnieciskas ieviešanas panākumi ir ļoti atkarīgi no ražošanas izmaksām / procesa ekonomiskās veiktspējas.

Tāpēc sviestskābes rūpnieciskai ražošanai, izmantojot fermentācijas procesus, ir vajadzīgas lētas izejvielas, augstas efektivitātes procesa veiktspēja, augsta produkta tīrība un ražošanas celmu spēcīga izturība.

Atsauces

1. Sviestskābe. Jaunā pasaules enciklopēdija. . Pieejams vietnē newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobās baktērijas: procesi, kas veic un veicina dzīvību uz planētas. Nova, 13 (24), 55-81. . Pieejams vietnē: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Sviestskābes nākotne rūpniecībā. Zinātniskais pasaules žurnāls,. Pieejams: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Bio-sviestskābes ražošanas un tās optimizācijas pārskats. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019-1024.
5. Porters, JR (1961). Luiss Pasteurs. Sasniegumi un vilšanās, 1861. gads. Bakterioloģiskie pārskati, 25. (4), 389. – 403. . Pieejams vietnē: mmbr.asm.org.