SVIESTO FERMENTACIJA: PROCESAS, ORGANIZMAI IR PRODUKTAI - BIOLOGIJA - 2025

Sviesto fermentacija atsiranda, kai gliukozės iš sviesto rūgšties gaunamas kaip pagrindinis galutinio produkto. Jį vykdo tam tikros bakterijos, kai visiškai nėra deguonies. Jį atrado Luisas Pasteuras, remiantis jo pastaba 1861 m. Ataskaitoje apie 1875 m. Atliktus eksperimentus.

Fermentacija yra biologinis procesas, kurio metu medžiaga paverčiama paprastesne. Tai katabolinis maistinių medžiagų skaidymo procesas, siekiant gauti organinį junginį kaip galutinį produktą.

Luisas Pasteuras

Šiam procesui nereikia deguonies, jis yra anaerobinis ir būdingas kai kuriems mikroorganizmams, tokiems kaip bakterijos ir mielės. Fermentacija taip pat vyksta gyvūnų ląstelėse, ypač kai ląstelėse nėra pakankamai deguonies. Tai energetiškai mažai duodantis procesas.

Iš gliukozės molekulės, naudojant Embden-Meyerhof-Parnas kelią (dažniausiai pasitaikantį glikolizės kelią), gaunamas piruvatas. Fermentacija prasideda nuo piruvato, kuris fermentuojamas į skirtingus produktus. Atsižvelgiant į galutinius produktus, yra įvairių rūšių fermentacijos.

Sviesto fermentacijos procesas

Sviesto fermentacija apibrėžiama kaip gliukozės (C6H12O6) skaidymasis, gaunant sviesto rūgštį (C4H8O2) ir dujas anaerobinėmis sąlygomis ir mažai gaunant energiją. Tai būdinga nemaloniems ir putliems kvapams gaminti.

Sviesto fermentaciją vykdo gramneigiamos Clostridium genties sporos gaminančios bakterijos, paprastai Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, be Clostridium kluyveri ir Clostridium pasteurianum.

Tačiau apie butirato gamintojus pranešta ir apie kitas bakterijas, priskiriamas Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera ir Sarcina gentams.

Fermentacijos procese gliukozė katabolizuojama iki piruvato, sukuriant du molius ATP ir NADH. Vėliau piruvatas fermentuojamas į įvairius produktus, atsižvelgiant į bakterijų kamieną.

Pirmiausia piruvatas tampa laktatu, o tai išskiriant CO2 tampa acetil-CoA. Vėliau dvi acetil-CoA molekulės sudaro acetoacetil-CoA, kuris per tam tikras tarpines stadijas yra redukuojamas iki butirilo-CoA. Galiausiai Clostridium fermentuoja butiril-CoA į sviesto rūgštį.

Fermentai fosfotransbutirilazė ir butiratų kinazė yra pagrindiniai fermentai butirato gamyboje. Butirato formavimosi metu susidaro 3 moliai ATP.

Eksponentinio augimo sąlygomis ląstelės gamina daugiau acetato nei butiratas, nes susidaro dar vienas molis ATP (iš viso 4).

Pasibaigus eksponentiniam augimui ir patekus į nejudančią fazę, bakterijos sumažina acetato gamybą ir padidina butirato gamybą, sumažindamos bendrą vandenilio jonų koncentraciją, subalansuodamos rūgštinį terpės pH.

Organizmai, vykdantys sviesto rūgimą

Perspektyviausi sviesto rūgšties bioprodukcijai naudojami mikroorganizmai yra C. tyrobutyricum. Ši rūšis yra pajėgi gaminti labai selektyvią sviesto rūgštį ir gali toleruoti dideles šio junginio koncentracijas.

Tačiau jis gali fermentuoti tik iš labai nedaug angliavandenių, įskaitant gliukozę, ksilozę, fruktozę ir laktatą.

C. butyricum gali fermentuoti daugelį anglies šaltinių, įskaitant heksozes, pentozes, glicerolį, lignoceliuliozę, melasą, bulvių krakmolą ir sūrio išrūgų permeatą.

Tačiau butirato derlius yra daug mažesnis. C. thermobutyricum fermentuojamų angliavandenių diapazonas yra vidutinis, tačiau jie nemetabolizuoja sacharozės ar krakmolo.

Biobutiratą gaminančios klostridijos taip pat gamina kelis galimus šalutinius produktus, įskaitant acetatą, H2, CO2, laktatą ir kitus produktus, priklausomai nuo Clostridium rūšies.

Gliukozės molekulės fermentacija C. tyrobutyricum ir C. butyricum gali būti išreikšta taip:

Gliukozė → 0,85 butiratas + 0,1 acetatas + 0,2 laktatas + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Gliukozė → 0,8 butiratas + 0,4 acetatas + 2,4 H2 + 2 CO2

Mikroorganizmo metabolinį kelią anaerobinės fermentacijos metu įtakoja keli veiksniai. Clostridium genties bakterijos, kurios gamina butiratą, daugiausia lemia augimą ir fermentaciją: gliukozės koncentracija terpėje, pH, dalinis vandenilio, acetato ir butiratas.

Šie veiksniai gali įtakoti augimo greitį, galutinių produktų koncentraciją ir produktų pasiskirstymą.

Produktai

Pagrindinis sviesto rūgimo produktas yra karboksirūgštis, sviesto rūgštis, trumpa grandinės keturių anglių riebalų rūgštis (CH3CH2CH2COOH), dar žinoma kaip n-butano rūgštis.

Jis turi nemalonų kvapą ir aštrų skonį, tačiau iš burnos palieka šiek tiek saldaus skonio, panašų į tai, kas atsitinka su eteriu. Jo buvimas būdingas sūdytam sviestui, kuris sukelia nemalonų kvapą ir skonį, taigi ir jo pavadinimas, kilęs iš graikų kalbos žodžio „sviestas“.

Tačiau kai kurie sviesto rūgšties esteriai turi malonų skonį ar kvapą, todėl jie naudojami kaip priedai maisto, gėrimų, kosmetikos ir farmacijos pramonėje.

Sviesto rūgšties naudojimo būdai

Biokuras

Sviesto rūgštis gali būti naudojama įvairiose pramonės šakose. Šiuo metu yra didelis susidomėjimas jo panaudojimu kaip biokuro pirmtaku.

Maisto ir vaistų pramonė

Dėl sviesto skonio ir struktūros jis taip pat gali būti naudojamas maisto ir kvapiųjų medžiagų pramonėje.

Farmacijos pramonėje jis naudojamas kaip komponentas įvairiuose priešvėžiniuose vaistuose ir kituose terapiniuose procesuose, o butiratų esteriai naudojami kvepalų gamyboje dėl jų vaisių aromato.

Vėžio tyrimai

Pranešama, kad butiratas įvairiai veikia ląstelių dauginimąsi, apoptozę (užprogramuotą ląstelių mirtį) ir diferenciaciją.

Tačiau skirtingi tyrimai davė priešingų rezultatų, kalbant apie butiratų poveikį storosios žarnos vėžiui, iššaukiantį vadinamąjį butiratų paradoksą.

Cheminė sintezė

Tinkama patraukli cheminės sintezės alternatyva yra sviesto rūgšties gamyba mikrobiologiniu būdu. Biologinių cheminių medžiagų pramoninio įdiegimo sėkmė labai priklauso nuo gamybos sąnaudų / proceso ekonominių rezultatų.

Todėl pramoninei sviesto rūgšties gamybai fermentacijos būdu reikia nebrangios žaliavos, aukšto efektyvumo proceso rezultatų, aukšto produkto grynumo ir didelio gaminamų štamų tvirtumo.

Nuorodos

1. Sviesto rūgštis. Naujoji pasaulio enciklopedija. . Galima rasti: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobinės bakterijos: procesai, kurie vykdo ir prisideda prie planetos gyvybės tvarumo. „Nova“, 13 (24), 55–81. . Galima rasti svetainėje: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). Sviesto rūgšties ateitis pramonėje. „Mokslo pasaulio žurnalas“. Galima rasti: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Bio-sviesto rūgšties gamybos ir jos optimizavimo apžvalga. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019-1024.
5. Porteris, JR (1961). Luisas Pasteuras. 1861 m. Laimėjimai ir nusivylimai. Bakteriologiniai atsiliepimai, 25 (4), 389–403. . Galima rasti: mmbr.asm.org.