Butterfermentationsprozess, Organismen und Produkte

Die Buttersäuregärung es tritt auf, wenn Glucose aus Buttersäure als Hauptendprodukt erhalten wird. Es wird von bestimmten Bakterien unter Bedingungen der völligen Abwesenheit von Sauerstoff hergestellt und wurde von Louis Pasteur, nach seiner Notiz in einem Bericht im Jahre 1861 über Experimente im Jahre 1875 entdeckt.

Die Fermentation ist ein biologischer Vorgang, bei dem eine Substanz in eine einfachere umgewandelt wird. Es ist ein katabolischer Prozess des Nährstoffabbaus, um als Endprodukt eine organische Verbindung zu erhalten.

Dieser Prozess erfordert keinen Sauerstoff, ist anaerob und ist charakteristisch für einige Mikroorganismen wie Bakterien und Hefe. Fermentation tritt auch in den Zellen von Tieren auf, insbesondere wenn die zelluläre Zufuhr von Sauerstoff unzureichend ist. Es ist ein energetisch wenig nachgiebiger Prozess.

Aus dem Glukosemolekül wird unter Verwendung der Embden-Meyerhof-Parnas-Route (der üblichsten Glykosylierungsweg) Pyruvat hergestellt. Die Fermentationen beginnen mit Pyruvat, das zu verschiedenen Produkten fermentiert wird. Nach den Endprodukten gibt es verschiedene Arten der Fermentation.

Index

• 1 Butterfermentationsprozess
• 2 Organismen, die Buttersäuregärung durchführen
• 3 Produkte
• 4 Verwendung und Anwendung von Buttersäure
  • 4.1 Biokraftstoffe
  • 4.2 Lebensmittel- und Pharmaindustrie
  • 4.3 Krebsforschung
  • 4.4 Synthese chemischer Produkte
• 5 Referenzen

Butterfermentationsprozess

Buttersäuregärung wird als Abbau von Glucose (C6H12O6) definiert buttersäure (C4H8O2) und Gas unter anaeroben Bedingungen und geringe Energieeffizienz zu produzieren. Es ist charakteristisch für die Produktion von unangenehmen und fauligen Gerüchen.

Buttersäuregärung durch Gram-positive, die Herstellung von Sporen durchgeführt, Clostridium, Clostridium butyricum typischerweise, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium kluyveri Clostridium thermobutyricum zuzüglich pasteurianum und Clostridium.

Allerdings haben sie auch als Herstellung von Butyrat andere klassifiziert Bakterien in den Gattungen Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera und Sarcina berichtet.

Im Fermentationsprozess wird Glukose zu Pyruvat katabolisiert und produziert zwei Mole ATP und NADH. Das Pyruvat wird anschließend zu verschiedenen Produkten fermentiert, abhängig vom Bakterienstamm.

Pyruvat geht zunächst in Lactat über und geht unter Freisetzung von CO2 in Acetyl-CoA über. Anschließend bilden zwei Moleküle Acetyl-CoA Acetoacetyl-CoA, das dann durch bestimmte Zwischenschritte zu Butyryl-CoA reduziert wird. Schließlich fermentiert Clostridium Butyryl-CoA in Buttersäure.

Die Enzyme Phosphotransbutyrallase und Butyratkinase sind die Schlüsselenzyme für die Herstellung von Butyrat. Bei der Butyratbildung werden 3 Mol ATP gebildet.

Unter Bedingungen exponentiellen Wachstums produzieren die Zellen mehr Acetat als Butyrat, da ein Mol ATP gebildet wird (insgesamt 4).

Am Ende des exponentiellen Wachstums, und die stationäre Phase eintritt, verringern sie die Bakterien, die die Produktion von Acetat und Butyrat Produktion zu erhöhen, um die Gesamtkonzentration von Wasserstoffionen abnehmen, den sauren pH-Wert des Mediums ausgleicht.

Organismen, die Buttersäuregärung durchführen

Der vielversprechendste Mikroorganismus, der für die Bioproduktion von Buttersäure verwendet wird, ist C. tyrobutyricum. Diese Spezies ist in der Lage, Buttersäure mit hoher Selektivität zu produzieren und kann hohe Konzentrationen dieser Verbindung tolerieren.

Es kann jedoch nur aus sehr wenigen Kohlenhydraten fermentieren, einschließlich Glucose, Xylose, Fructose und Lactat.

C. butyricum viele fermentierbaren Kohlenstoffquellen, einschließlich Hexosen, Pentosen, Glycerin, Lignocellulose, Melasse, Kartoffelstärke und Käse Molkepermeat.

Die Butyratausbeuten sind jedoch viel niedriger. In C. thermobutyricum ist der Bereich fermentierbarer Kohlenhydrate intermediär, metabolisiert jedoch weder Saccharose noch Stärke.

Clostridia biobutirato Hersteller produzieren auch möglich, mehrere Produkte, einschließlich Acetat, H2, CO2, Lactat und andere Produkte, in Abhängigkeit von den Arten von Clostridium gehören.

Die Fermentation eines Glucosemoleküls durch C. tyrobutyricum und C. butyricum kann wie folgt ausgedrückt werden:

Glucose → 0,85 Butyrat + 0,1 Acetat + 0,2 Lactat + 1,9 H2 + 1,8 CO 2

Glucose → 0,8 Butyrat + 0,4 Acetat + 2,4 H2 + 2 CO 2

Der Stoffwechselweg eines Mikroorganismus während der anaeroben Fermentation wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Im Fall von Clostridium-Bakterien, die Herstellung von Butyrat, Faktoren, die in erster Linie des Wachstum und die Fermentationsausbeute ist: die Konzentration von Glucose in dem Medium der pH-Wert, der Partialdruck von Wasserstoff und Acetat Butyrat

Diese Faktoren können die Wachstumsrate beeinflussen in der Konzentration der Endprodukte und die Verteilung der Produkte.

Produkte

Das Hauptprodukt der Buttersäure-Fermentation ist eine Carbonsäure, Buttersäure, eine kurzkettige Vier-Kohlenstoff-Fettsäure (CH3CH2CH2COOH), auch bekannt als n-Butansäure.

Es hat einen unangenehmen Geruch und einen stechenden Geschmack, hinterlässt aber einen etwas süßen Geschmack im Mund, ähnlich wie bei Äther. Seine Anwesenheit ist charakteristisch für ranzige Butter, die für ihren unangenehmen Geruch und Geschmack verantwortlich ist, daher ihr Name, der vom griechischen Wort "Butter" abgeleitet ist.

Bestimmte Ester der Buttersäure haben jedoch einen angenehmen Geschmack oder Geruch, weshalb sie als Zusätze in Nahrungsmitteln, Getränken, Kosmetika und der pharmazeutischen Industrie verwendet werden.

Verwendung und Anwendung von Buttersäure

Biokraftstoffe

Buttersäure hat viele Anwendungen in verschiedenen Branchen. Es besteht derzeit ein großes Interesse daran, es als Vorläufer von Biokraftstoffen zu verwenden.

Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Es hat auch wichtige Anwendungen in der Lebensmittel- und Aromenindustrie, aufgrund seines butterähnlichen Geschmacks und seiner Textur.

In der pharmazeutischen Industrie wird es als eine Komponente in verschiedenen Antikrebsmedikamenten und anderen therapeutischen Behandlungen verwendet, und bei der Herstellung von Parfüms werden Butyratester wegen seines fruchtigen Dufts verwendet.

Krebsforschung

Es wurde berichtet, dass Butyrat verschiedene Wirkungen auf Zellproliferation, Apoptose (programmierter Zelltod) und Differenzierung hat.

Verschiedene Studien haben jedoch entgegengesetzte Ergebnisse in Bezug auf die Wirkung von Butyrat auf Darmkrebs gezeigt, was zu dem sogenannten "Butyrat-Paradoxon" führte.

Synthese von chemischen Produkten

Die mikrobielle Produktion von Buttersäure ist eine attraktive Alternative, die der chemischen Synthese vorzuziehen ist. Der Erfolg der industriellen Umsetzung von biobasierten Chemikalien hängt in hohem Maße von den Kosten der Produktion / wirtschaftlichen Leistung des Verfahrens ab.

Daher erfordert die industrielle Herstellung von Buttersäure durch Fermentation ein wirtschaftliches Rohmaterial, eine hohe Effizienz der Verfahrenseffizienz, eine hohe Produktreinheit und eine starke Robustheit der produzierenden Stämme.

Referenzen

1. Buttersäure. Neue Welt-Enzyklopädie. [Online] Verfügbar unter: newworldlineclopedia.org
2. Corrales, L. C., Antolinez, D. M., Bohórquez, J. A., Corredor, A. M. (2015). Anaerobe Bakterien: Prozesse, die zur Nachhaltigkeit des Lebens auf dem Planeten beitragen und dazu beitragen. Nova, 13 (24), 55-81. [Online] Verfügbar unter: scielo.org.co
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4. Jha, A. K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Eine Überprüfung der Bio-Buttersäureproduktion und deren Optimierung. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
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