Fermentazione butirica

La fermentazione butirica trasforma il lattosio in acido butirrico e gas. È presente nel burro rancido

Cos'è la fermentazione butirica?

IL Fermentazione butirica Si verifica quando dall'acido butirrico di glucosio è ottenuto come prodotto finale principale. È effettuato da alcuni batteri in condizioni di completa assenza di ossigeno ed è stato scoperto da Louis Pasteur nel 1860.

La fermentazione è un processo biologico attraverso il quale una sostanza diventa più semplice. È un processo catabolico, di degrado dei nutrienti per ottenere come prodotto finale un composto organico.

Questo processo non richiede ossigeno -anaerobico -ed è caratteristico di alcuni microrganismi come batteri e lieviti. La fermentazione si verifica anche nelle cellule animali, specialmente quando l'offerta di cellule di ossigeno è insufficiente. È un processo di resa energicamente piccolo.

Dalla molecola di glucosio, usando la via Embden-Meyerhof-Plan (la via della glicolisi più comune), si verifica il piruvato. Le fermentazioni iniziano dal piruvato, che è fermentato a prodotti diversi. Secondo i prodotti finali, ci sono vari tipi di fermentazione.

Louis Pasteur ha scoperto le basi di fermentazione butirrica, lattica e alcolica

Processo di fermentazione butirica

La fermentazione butirica è definita come degradazione del glucosio (c₆H₁₂O₆) per produrre acido butirrico (c₄H₈O₂) e gas, in condizioni anaerobiche e con basse prestazioni energetiche. È caratterizzato dalla produzione di odori spiacevoli e distribuiti.

Questo tipo di fermentazione viene effettuato da batteri Gram positivi, produttori di spore, del genere Clostridium, in genere per Clostridium butyricum, C. Tyrobutyricum, C. Termobutyricum, inoltre C. Kluyveri E C. Pasteuriano.

Tuttavia, altri batteri classificati nei sessi sono stati riportati anche come produttori di butirrato Butirvibrio, Butiribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera E Sarcina.

Nel processo di fermentazione, il glucosio viene catabolizzato in piruvato, producendo due moli di ATP e NADH. Il piruvato viene successivamente fermentato a vari prodotti, a seconda del ceppo batterico.

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In primo luogo, il piruvato va in lattato e questo passa ad acetil-CoA con una liberazione da CO₂. Successivamente, due molecole di acetil-CoA formano acetoacetil-CoA, che viene quindi ridotta a butiril-CoA, attraverso alcuni passaggi intermedi. Finalmente, Clostridium Fermenta il butiril-coa in acido butirrico.

Processo di fermentazione butirica

Gli enzimi maschi di buttransbutirilasi e bosyrato sono enzimi chiave per la produzione di butirrato. Nel processo di formazione del butirato, si formano 3 moli di ATP.

In condizioni di crescita esponenziale, le cellule producono più acetato del butirrato, poiché una più mol di ATP si forma (4 in totale).

Alla fine della crescita esponenziale ed entrando nella fase stazionaria, i batteri riducono la produzione di acetato e aumentano la produzione di butirato, diminuendo la concentrazione totale degli ioni idrogeno, bilanciando il pH medio acido.

Organismi che eseguono fermentazione butirica

Il microrganismo più promettente, usato per la bioproduzione dell'acido butirrico è C. Tyrobutyricum. Questa specie è in grado di produrre acido butirrico con grande selettività e può tollerare elevate concentrazioni di questo composto.

Tuttavia, può solo fermentare da pochissimi carboidrati, tra cui glucosio, xilosio, fruttosio e lattato.

C. Butyricum Può fermentare molte fonti di carbonio, tra cui esosi, pentosio, glicerolo, lignocellulosa, melassa, amido di patate e permeato di siero di formaggio.

Tuttavia, i rendimenti buttpirati sono molto più bassi. In C. Termobutyricum, La gamma di carboidrati fermentabili è intermedia, ma non metabolizza il saccarosio o l'amido.

Biobutirato che produce clostridiums produce anche diversi possibili per prodotti, tra cui acetato, H2, CO₂, lattato e altri prodotti, a seconda delle specie di Clostridium.

La fermentazione di una molecola di glucosio C. Tyrobutyricum E C. Butyricum Può essere espresso come mostrato di seguito:

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Glucosio → 0.85 butirato + 0.1 acetato + 0.2 lattato + 1.9 h₂ + 1.8 CO₂

Glucosio → 0.8 butirate + 0.4 acetato + 2.4 h₂ + 2 CO₂

La via metabolica di un microrganismo durante la fermentazione anaerobica è influenzata da diversi fattori.

Nel caso dei batteri di genere Clostridium, Produttori di butirati, i fattori che influenzano principalmente la crescita e le prestazioni della fermentazione sono: la concentrazione di glucosio nell'ambiente, il pH, la pressione parziale dell'idrogeno, l'acetato e il butirrato.

Questi fattori possono influenzare il tasso di crescita, la concentrazione dei prodotti finali e la distribuzione dei prodotti.

Prodotti di fermentazione butirica

Il prodotto principale della fermentazione butirica è un acido carbossilico, acido butirrico, un acido grasso corto a quattro carbonio (CH₃Cap₂Cap₂COOH), noto anche come acido n-butanoico.

Ha un odore spiacevole e un sapore di acri, tuttavia lascia un sapore un po 'dolce in bocca, in modo simile a ciò che accade con l'etere.

La sua presenza è caratteristica nel burro rancido, essendo responsabile del suo odore e sapore spiacevoli, da cui il suo nome, che deriva dalla parola greca che significa "burro".

Tuttavia, alcuni esteri di acido butirrico hanno un gusto o un odore piacevole, motivo per cui sono usati come additivi in ​​cibo, bevande, cosmetici e industria farmaceutica.

Usi e applicazioni di acido butirrico

Biofuelli

L'acido butirrico ha molti usi in diversi settori. Attualmente, c'è un grande interesse a usarlo come precursore dei biocarburanti.

Industria alimentare e farmaceutica

Ha anche importanti applicazioni nel settore alimentare e aromatizzanti, grazie al suo gusto e alla consistenza simile al burro.

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Nell'industria farmaceutica viene utilizzato come componente in diversi farmaci per il cancro e altri trattamenti terapeutici e vengono utilizzati esteri di produzione di profumo del butirrato, a causa della sua fragranza fruttata.

Ricerca sul cancro

È stato riferito che il butirato ha vari effetti sulla proliferazione cellulare, l'apoptosi (morte cellulare programmata) e la differenziazione.

Tuttavia, diversi studi hanno dato risultati opposti in termini di effetto del butirrato sul cancro del colon, dando origine al così ricco di "paradosso butirrato".

Sintesi chimica

La produzione microbica di acido butirrico è un'alternativa attraente preferibile alla sintesi chimica. Il successo dell'attuazione industriale delle sostanze chimiche di base biologica dipende in gran parte dal costo della produzione/prestazioni economiche del processo.

Pertanto, la produzione industriale di acido butirrico da parte dei processi di fermentazione richiede materie prime economiche, prestazioni del processo ad alta efficienza, elevata purezza del prodotto e robustezza della produzione di ceppi.

Riferimenti

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