Processo de fermentação butírica, organismos e produtos

O fermentação butírica ocorre quando a glicose é obtida do ácido butírico como o principal produto final. É feito por certas bactérias em condições de ausência completa de oxigênio e foi descoberto por Louis Pasteur, de acordo com sua nota em um relatório no ano de 1861 sobre experimentos realizados em 1875.

Fermentação é um processo biológico pelo qual uma substância é transformada em uma mais simples. É um processo catabólico, de degradação de nutrientes para obter como produto final um composto orgânico.

Este processo não requer oxigênio, é anaeróbico e é característico de alguns microrganismos, como bactérias e leveduras. A fermentação também ocorre nas células dos animais, especialmente quando o suprimento celular de oxigênio é insuficiente. É um processo energeticamente pouco produtivo.

A partir da molécula de glicose, usando a rota Embden-Meyerhof-Parnas (a via de glicosilação mais comum), o piruvato é produzido. As fermentações partem do piruvato, que é fermentado para diferentes produtos. De acordo com os produtos finais, existem diferentes tipos de fermentação.

Índice

• 1 Processo de fermentação butírica
• 2 Organismos que realizam fermentação butírica
• 3 Produtos
• 4 Usos e aplicações do ácido butírico
  • 4.1 Biocombustíveis
  • 4.2 Indústria alimentar e farmacêutica
  • 4.3 Pesquisa sobre o câncer
  • 4.4 Síntese de produtos químicos
• 5 referências

Processo de fermentação butírica

butírico fermentação é definida como a degradação da glucose (C6H12O6) para produzir ácido butírico (C4H8O2) e gás sob condições anaeróbias e baixa eficiência energética. É característico para a produção de odores desagradáveis ​​e pútridos.

butírico fermentação é levada a cabo por Gram-positivos, que produzem esporos, Clostridium, Clostridium butyricum tipicamente, Clostridium tyrobutyricum, thermobutyricum Clostridium pasteurianum mais Clostridium kluyveri e Clostridium.

No entanto, eles também têm sido relatados como a produção de butirato outras bactérias classificadas nos gêneros Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera e Sarcina.

No processo de fermentação, a glicose é catabolizada para o piruvato, produzindo duas moles de ATP e NADH. O piruvato é subsequentemente fermentado para vários produtos, dependendo da estirpe bacteriana.

Em primeiro lugar, o piruvato passa para o lactato e passa para acetil-CoA com liberação de CO2. Subsequentemente, duas molulas de acetil-CoA formado acetoacetylCoA, que é então reduzida a butiril-CoA-redutase, por certas etapas intermédias. Finalmente, o Clostridium fermenta butiril-CoA no ácido butírico.

As enzimas fosfotransbutiralase e butirato quinase são as principais enzimas para a produção de butirato. No processo de formação do butirato formam-se 3 moles de ATP.

Sob condições de crescimento exponencial, as células produzem mais acetato que o butirato, já que uma mole de ATP é formada (4 no total).

No fim do crescimento exponencial e entrar na fase estacionária, as bactérias diminuir a produção de aumento de etilo e butirato de produção, diminuindo a concentração total de iões de hidrogénio, o equilíbrio do pH ácido do meio.

Organismos que realizam fermentação butírica

O microrganismo mais promissor utilizado para a bioprodução do ácido butírico é o C. tyrobutyricum. Esta espécie é capaz de produzir ácido butírico com alta seletividade e pode tolerar altas concentrações deste composto.

No entanto, só pode fermentar a partir de muito poucos carboidratos, incluindo glicose, xilose, frutose e lactato.

muitas fontes de carbono fermentáveis, incluindo hexoses, pentoses, glicerol, lignocelulose, melaço, amido de batata e do permeado de soro de queijo C. butyricum.

No entanto, os rendimentos de butirato são muito menores. Em C. thermobutyricum, a faixa de carboidratos fermentáveis ​​é intermediária, mas não metaboliza sacarose ou amido.

produtores Clostridia biobutirato também produzir vários produtos possíveis, incluindo etilo, H2, CO2, lactato e outros produtos, em função das espécies de Clostridium incluem.

A fermentação de uma molécula de glicose por C. tyrobutyricum e C. butyricum pode ser expressa como mostrado abaixo:

Glicose → 0,85 Butirato + 0,1 Acetato + 0,2 Lactato + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glicose → 0,8 Butirato + 0,4 Acetato + 2,4 H2 + 2 CO2

A via metabólica de um microorganismo durante a fermentação anaeróbica é afetada por vários fatores. No caso de bactérias Clostridium, a produção de butirato, factores que afectam principalmente o crescimento e o rendimento da fermentação são: a concentração de glucose no meio, o pH, a pressão parcial de hidrogénio e acetato butirato

Esses fatores podem influenciar a taxa de crescimento, a concentração de produtos finais e a distribuição de produtos.

Produtos

O principal produto da fermentação butírica é um ácido carboxílico, o ácido butírico, um ácido graxo de cadeia curta de quatro carbonos (CH3CH2CH2COOH), também conhecido como ácido n-butanóico.

Tem um odor desagradável e um sabor picante, mas deixa um gosto doce na boca, semelhante ao que acontece com o éter. Sua presença é característica na manteiga rançosa, sendo responsável por seu cheiro e sabor desagradáveis, daí seu nome, derivado da palavra grega que significa "manteiga".

No entanto, certos ésteres de ácido butírico têm um sabor ou odor agradável, razão pela qual são usados ​​como aditivos em alimentos, bebidas, cosméticos e na indústria farmacêutica.

Usos e aplicações do ácido butírico

Biocombustíveis

O ácido butírico tem muitos usos em diferentes indústrias. Existe atualmente um grande interesse em usá-lo como um precursor dos biocombustíveis.

Indústria alimentícia e farmacêutica

Também tem aplicações importantes nas indústrias de alimentos e aromas, devido ao seu sabor e textura semelhante à manteiga.

Na indústria farmacêutica é utilizado como componente em vários fármacos anticancerígenos e outros tratamentos terapêuticos, e na produção de perfumes são utilizados ésteres de butirato, devido à sua fragrância frutada.

Pesquisa do câncer

Tem sido relatado que o butirato tem diversos efeitos na proliferação celular, apoptose (morte celular programada) e diferenciação.

No entanto, diferentes estudos mostraram resultados opostos em termos do efeito do butirato no câncer de cólon, dando origem ao chamado "paradoxo do butirato".

Síntese de produtos químicos

A produção microbiana de ácido butírico é uma alternativa atraente, preferível à síntese química. O sucesso da implementação industrial de produtos químicos de base biológica depende em grande parte do custo de produção / desempenho econômico do processo.

Portanto, a produção industrial de ácido butírico por fermentação requer matéria-prima econômica, eficiência do processo de alta eficiência, alta pureza do produto e forte robustez das linhagens produtoras.

Referências

1. Ácido butírico. Enciclopédia do Novo Mundo. [Em linha]. Disponível em: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Bactérias anaeróbias: processos que desempenham e contribuem para a sustentabilidade da vida no planeta. Nova, 13 (24), 55-81. [Em linha]. Disponível em: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). O futuro do ácido butírico na indústria. The Scientific World Journal, [Online]. Disponível em: doi.org.
4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Uma revisão sobre a produção de ácido bi-butírico e sua otimização. Int. J. Agric. Biol, 16, 1019-1024.
5. Porter, J. R. (1961). Louis Pasteur Conquistas e decepções, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389-403. [Em linha]. Disponível em: mmbr.asm.org.