FERMENTACIJA MASLA: POSTOPEK, ORGANIZMI IN PROIZVODI - BIOLOGIJA - 2026

Maslene fermentacija zgodi, ko se glukoza iz maslene kisline dobimo kot glavni končnega izdelka. Izvajajo ga nekatere bakterije v pogojih popolne odsotnosti kisika, odkril pa jih je Louis Pasteur, je zapisal v svojem poročilu iz leta 1861 o poskusih, opravljenih leta 1875.

Fermentacija je biološki proces, s pomočjo katerega se snov pretvori v enostavnejšo. Gre za katabolični proces razgradnje hranil, da dobimo organsko spojino kot končni izdelek.

Louis Pasteur

Ta postopek ne potrebuje kisika, je anaeroben in je značilen za nekatere mikroorganizme, kot so bakterije in kvas. Fermentacija se pojavi tudi v celicah živali, zlasti kadar je celična oskrba s kisikom nezadostna. Gre za energetsko nizko donosen postopek.

Iz molekule glukoze s pomočjo poti Embden-Meyerhof-Parnas (najpogostejša pot glikolize) nastane piruvat. Fermentacije se začnejo iz piruvata, ki fermentira v različne izdelke. Glede na končne izdelke obstajajo različne vrste fermentacije.

Postopek fermentacije masla

Maslačno fermentacijo definiramo kot razgradnjo glukoze (C6H12O6), da dobimo maslačno kislino (C4H8O2) in plin, v anaerobnih pogojih in z nizkim izkoristkom energije. Značilen je za proizvodnjo neprijetnih in gnilih vonjav.

Mastirano fermentacijo izvajajo gram-pozitivne bakterije iz rodu Clostridium, navadno Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, poleg Clostridium kluyveri in Clostridium pasteurianum.

Vendar pa so o proizvajalcih butirata poročale tudi druge bakterije, uvrščene v rodove Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera in Sarcina.

V procesu fermentacije se glukoza katabolizira v piruvat, pri čemer nastaneta dva mola ATP in NADH. Piruvat se nato fermentira v različne izdelke, odvisno od bakterijskega seva.

Najprej piruvat postane laktaten in ta s sproščanjem CO2 postane acetil-CoA. Nato dve molekuli acetil-CoA tvorita acetoacetil-CoA, ki se nato skozi določene vmesne korake reducira do butiril-CoA. Končno Clostridium fermentira butiril-CoA v maslo.

Encima fosfotransbutirilaza in butirat kinaza sta ključna encima za proizvodnjo butirata. V procesu tvorjenja butirata nastajajo 3 moli ATP.

V eksponentnih pogojih rasti celice proizvajajo več acetata kot butirata, saj nastane še en mol ATP (skupaj 4).

Na koncu eksponentne rasti in prestopa v stacionarno fazo bakterije zmanjšajo proizvodnjo acetata in povečajo proizvodnjo butirata, zmanjšajo celotno koncentracijo vodikovih ionov, uravnovesijo kisli pH medija.

Organizmi, ki izvajajo mastno fermentacijo

Najbolj obetaven mikroorganizem, ki se uporablja za biološko proizvodnjo maslene kisline, je C. tyrobutyricum. Ta vrsta lahko proizvaja maslačno kislino z visoko selektivnostjo in lahko prenaša visoke koncentracije te spojine.

Vendar lahko fermentira le iz zelo malo ogljikovih hidratov, vključno z glukozo, ksilozo, fruktozo in laktatom.

C. butyricum lahko fermentira številne vire ogljika, vključno s heksozami, pentozami, glicerolom, lignocelulozo, melaso, krompirjevim škrobom in permeatom sirotke iz sirotke.

Vendar so donosi butirata precej nižji. V C. thermobutyricum je razpon fermentiranih ogljikovih hidratov vmesni, vendar ne presnavlja saharoze ali škroba.

Klostridije, ki proizvajajo biobutirate, proizvajajo tudi več možnih stranskih produktov, vključno z acetatom, H2, CO2, laktatom in drugimi proizvodi, odvisno od vrste Clostridium.

Fermentacija molekule glukoze s C. tyrobutyricum in C. butyricum se lahko izrazi na naslednji način:

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

Glukoza → 0,8 butirata + 0,4 acetata + 2,4 H2 + 2 CO2

Na presnovno pot mikroorganizma med anaerobno fermentacijo vpliva več dejavnikov. V primeru bakterij iz rodu Clostridium, ki proizvajajo butirat, so dejavniki, ki vplivajo predvsem na rast in delovanje fermentacije, koncentracija glukoze v mediju, pH, delni tlak vodika, acetata in butirat.

Ti dejavniki lahko vplivajo na hitrost rasti, koncentracijo končnih izdelkov in njihovo distribucijo.

izdelkov

Glavni produkt maslačne fermentacije je karboksilna kislina, maslačna kislina, kratverižna štiri-ogljikova maščobna kislina (CH3CH2CH2COOH), znana tudi kot n-butanojska kislina.

Ima neprijeten vonj in ostrega okusa, vendar v ustih pušča nekoliko sladek okus, podoben tistemu, kar se dogaja z etrom. Njegova prisotnost je značilna za vroče maslo, ki je odgovorno za njegov neprijeten vonj in okus, od tod tudi njegovo ime, ki izhaja iz grške besede za "maslo".

Vendar pa imajo nekateri estri maslene kisline prijeten okus ali vonj, zato se uporabljajo kot dodatki v hrani, pijačah, kozmetiki in farmacevtski industriji.

Uporaba in uporaba maslene kisline

Biogoriva

Maslena kislina ima veliko uporab v različnih panogah. Trenutno je veliko zanimanje za njegovo uporabo kot predhodnik biogoriv.

Prehrambena in farmacevtska industrija

Zaradi okusa in teksture v obliki masla ima pomembno vlogo tudi v prehrambeni in aromatični industriji.

V farmacevtski industriji se uporablja kot sestavina v različnih zdravilih proti raku in drugih terapevtskih zdravilih, butirski estri pa se zaradi svoje sadne vonjave uporabljajo pri proizvodnji parfumov.

Raziskave raka

Poročalo se je, da ima butirat različne učinke na celično širjenje, apoptozo (programirana celična smrt) in diferenciacijo.

Vendar pa so različne študije dale nasprotne rezultate v smislu učinka butirata na raka debelega črevesa, kar je povzročilo tako imenovani "paradiks butirata".

Kemijska sinteza

Proizvodnja mikrobov maslačne kisline je prednostna privlačna alternativa kemični sintezi. Uspeh industrijske implementacije kemikalij na biološki osnovi je zelo odvisen od stroškov proizvodnje / ekonomske uspešnosti postopka.

Zato industrijska proizvodnja maslene kisline s fermentacijskimi postopki zahteva poceni surovine, visoko učinkovitost postopka, visoko čistost izdelka in močno robustnost proizvodnih sevov.

Reference

1. Maslena kislina. Nova svetovna enciklopedija. . Dostopno na: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobne bakterije: procesi, ki izvajajo in prispevajo k trajnosti življenja na planetu. Nova, 13 (24), 55–81. . Dostopno na: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Prihodnost maslene kisline v industriji. Časopis Znanstveni svet,. Dostopno na: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Pregled proizvodnje biomaslene kisline in njena optimizacija. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Dosežki in razočaranja, 1861. Bakteriološki pregledi, 25 (4), 389–403. . Dostopno na: mmbr.asm.org.