ЗАКВАШУВАННЯ МАСЛЯНОГО МАСЛА: ПРОЦЕС, ОРГАНІЗМИ ТА ПРОДУКТИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Масляна ферментації відбувається , коли глюкоза з масляної кислоти отримують в якості основного кінцевого продукту. Він здійснюється певними бактеріями в умовах повної відсутності кисню і був відкритий Луї Пастером, згідно з його доповіддю у доповіді 1861 року про експерименти, проведені в 1875 році.

Ферментація - це біологічний процес, за допомогою якого речовина перетворюється на більш просту. Це катаболічний процес, деградація поживних речовин до отримання органічної сполуки як кінцевого продукту.

Луї Пастер

Цей процес не потребує кисню, він є анаеробним, і він характерний для деяких мікроорганізмів, таких як бактерії та дріжджі. Заквашування відбувається також у клітинах тварин, особливо коли клітинне забезпечення кисню недостатнє. Це енергетично низький урожай.

З молекули глюкози, використовуючи шлях Емден-Мейєргоф-Парнас (найпоширеніший шлях гліколізу), отримують піруват. Ферментація починається з пірувату, який ферментується в різні продукти. Залежно від кінцевих продуктів, існують різні типи бродіння.

Процес бродіння масляного масла

Заквашування масляного масла визначається як деградація глюкози (C6H12O6) для отримання масляної кислоти (C4H8O2) та газу в анаеробних умовах та з низьким виходом енергії. Він характерний для отримання неприємних і гнильних запахів.

Заквашування масляного масла здійснюється грампозитивними споротворними бактеріями роду Clostridium, як правило, Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, крім Clostridium kluyveri та Clostridium pasurianum.

Однак про інші бактерії, класифіковані у родах Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera та Sarcina, також повідомлялося про виробників бутірату.

У процесі бродіння глюкоза катаболізується до пірувату, утворюючи дві молі АТФ та НАДГ. Піруват згодом ферментується в різних продуктах, в залежності від штаму бактерій.

У першу чергу піруват перетворюється на лактат і з виділенням СО2 він стає ацетил-КоА. Згодом дві молекули ацетил-КоА утворюють ацетоацетил-КоА, який потім через певні проміжні стадії відновлюють до бутирил-КоА. Нарешті, клостридій ферментує бутирил-КоА в масляну кислоту.

Ферменти фосфотрансбутирілаза та бутираткіназа є ключовими ферментами для отримання бутирату. У процесі утворення бутирату утворюються 3 молі АТФ.

В умовах експоненціального росту клітини виробляють більше ацетату, ніж бутират, оскільки утворюється ще один моль АТФ (всього 4).

В кінці експоненціального росту і вступу в стаціонарну фазу бактерії знижують вироблення ацетату і збільшують вироблення бутирату, знижуючи загальну концентрацію іонів водню, врівноважуючи кислий рН середовища.

Організми, які здійснюють маслянисту ферментацію

Найбільш перспективним мікроорганізмом, який використовується для біопродукції масляної кислоти, є C. tyrobutyricum. Цей вид здатний виробляти масляну кислоту з високою селективністю і може переносити високі концентрації цієї сполуки.

Однак він може ферментувати лише з дуже мало вуглеводів, включаючи глюкозу, ксилозу, фруктозу та лактат.

C. butyricum може ферментувати багато джерел вуглецю, включаючи гексози, пентози, гліцерин, лігноцелюлозу, патоку, картопляний крохмаль та пермеат сирної сироватки.

Однак вихід бутірату значно нижчий. У C. thermobutyricum діапазон ферментованих вуглеводів є проміжним, але він не метаболізує сахарозу та крохмаль.

Клостридії, що продукують біобутират, також виробляють декілька можливих побічних продуктів, включаючи ацетат, H2, CO2, лактат та інші продукти, залежно від виду Clostridium.

Ферментація молекули глюкози C. tyrobutyricum та C. butyricum можна виразити так:

Глюкоза → 0,85 Бутірат + 0,1 ацетат + 0,2 лактату + 1,9 Н2 + 1,8 СО2

Глюкоза → 0,8 бутират + 0,4 ацетат + 2,4 Н2 + 2 СО2

На метаболічний шлях мікроорганізму під час анаеробної ферментації впливає кілька факторів. Що стосується бактерій роду Clostridium, які виробляють бутират, то чинниками, що в основному впливають на ріст та продукти ферментації, є: концентрація глюкози в середовищі, pH, парціальний тиск водню, ацетату та бутират.

Ці фактори можуть впливати на швидкість росту, концентрацію кінцевої продукції та розподіл продукції.

продукції

Основним продуктом маслянистого бродіння є карбонова кислота, масляна кислота, коротколанцюгова чотиривуглецева жирна кислота (CH3CH2CH2COOH), також відома як n-бутанова кислота.

Він має неприємний запах і гострий смак, однак залишає дещо солодкий присмак у роті, схожий на те, що відбувається з ефіром. Його присутність характерна для прогірлого вершкового масла, що відповідає за його неприємний запах і смак, звідси і його назва, яка походить від грецького слова «масло».

Однак деякі складні ефіри масляної кислоти мають приємний смак або запах, через що їх використовують як добавки в їжу, напої, косметику та фармацевтичну промисловість.

Використання та застосування масляної кислоти

Біопаливо

Масляна кислота має багато застосувань у різних галузях промисловості. В даний час існує великий інтерес використовувати його як попередник біопалива.

Харчова та фармацевтична промисловість

Він також має важливе застосування у харчовій та смаковій промисловості, завдяки смакоподібному смаку та текстурі.

У фармацевтичній промисловості його використовують як компонент у різних протипухлинних препаратах та інших терапевтичних методах лікування, а ефіри бутиратів використовують у виробництві парфумів завдяки їх фруктовому аромату.

Дослідження раку

Повідомлялося, що бутират має різні впливи на проліферацію клітин, апоптоз (запрограмована загибель клітин) та диференціювання.

Однак різні дослідження дали протилежні результати щодо впливу бутірату на рак товстої кишки, породжуючи так званий "парадокс бутирата".

Хімічний синтез

Виробництво мікробів масляної кислоти є кращою привабливою альтернативою хімічному синтезу. Успіх промислової реалізації хімічних речовин на біологічній основі сильно залежить від витрат виробництва / економічних показників процесу.

Отже, промислове виробництво масляної кислоти методом бродіння вимагає недорого сировини, високої ефективності технологічного процесу, високої чистоти продукту та сильної стійкості штаммів, що виробляють.

Список літератури

1. Масляна кислота. Нова світова енциклопедія. . Доступно за адресою: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Анаеробні бактерії: процеси, що здійснюють і сприяють сталому життєдіяльності на планеті. Нова, 13 (24), 55-81. . Доступно за адресою: scielo.org.co
3. Двідар, М., Парк, Дж .-Й., Мітчелл, Р.Д., Санг, Б.-І. (2012 р.). Майбутнє масляної кислоти в промисловості. Журнал "Науковий світ". Доступно за адресою: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Огляд виробництва біомасляної кислоти та її оптимізація. Інт. Дж. Агрі. Біол. 16, 1019-1024.
5. Портер, JR (1961). Луї Пастер. Досягнення та розчарування, 1861. Бактеріологічні огляди, 25 (4), 389–403. . Доступно за адресою: mmbr.asm.org.