- Procés de ferrmentación butírica
- Organismes que realitzen fermentació butírica
- productes
- Usos i aplicacions de l'àcid butíric
- biocombustibles
- Indústria alimentària i farmacèutica
- Investigacions sobre el càncer
- Síntesi de productes químics
- referències
La fermentació butírica es produeix quan a partir de la glucosa s'obté àcid butíric com el producte final principal. És realitzada per certs bacteris sota condicions d'absència completa d'oxigen i va ser descoberta per Louis Pasteur, segons la seva nota en un reporti en l'any 1.861 sobre experiments realitzats en 1875.
La fermentació és un procés biològic per mitjà de qual una substància es transforma en una altra més simple. És un procés catabòlic, de degradació de nutrients per obtenir com a producte final un compost orgànic.
Louis Pasteur
Aquest procés no requereix oxigen, és anaeròbic, i és característic d'alguns microorganismes com bacteris i llevats. La fermentació també es produeix en les cèl·lules dels animals, especialment quan el subministrament cel·lular d'oxigen és insuficient. És un procés energèticament poc rendidor.
A partir de la molècula de glucosa, utilitzant la via Embden-Meyerhof-Parnas (la via de glicòlisi més comú), es produeix el piruvat. Les fermentacions comencen a partir de l'piruvat, el qual es fermenta cap a diferents productes. Segons els productes finals, hi ha diversos tipus de fermentació.
Procés de ferrmentación butírica
Es defineix la fermentació butírica com la degradació de la glucosa (C6H12O6) per a produir àcid butíric (C4H8O2) i gas, en condicions anaeròbiques i amb un baix rendiment energètic. És característica per la producció d'olors desagradables i pútrides.
La fermentació butírica és duta a terme per bacteris Gram positives, productores d'espores, de l'gènere Clostridium, típicament per Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, a més de Clostridium kluyveri i Clostridium pasteurianum.
No obstant això, també s'han reportat com a productores de butirat altres bacteris classificats en els gèneres Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera i Sarcina.
En el procés de fermentació, la glucosa és catabolizada fins piruvat, produint dos mols d'ATP i NADH. El piruvat és posteriorment fermentat a diversos productes, depenent del cep bacteriana.
En primera instància, el piruvat passa a lactat i aquest passa a acetil-CoA amb alliberament de CO2. Posteriorment, dues molècules d'acetil-CoA formen acetoacetil-CoA, que després es redueix a butiril-CoA, a través de certs passos intermedis. Finalment, Clostridium fermenta el butiril-CoA en àcid butíric.
Els enzims fosfotransbutirilasa i la butirat-quinasa són els enzims claus per a la producció de butirat. En el procés de formació de l'butirat es formen 3 mols d'ATP.
En condicions de creixement exponencial, les cèl·lules produeixen més acetat que butirat, ja que es forma un mol més d'ATP (4 en total).
A la fi de l'creixement exponencial i entrant a la fase estacionària, els bacteris disminueixen la producció d'acetat i augmenten la producció de butirat, disminuint la concentració total d'ions hidrogen, equilibrant el pH àcid de l'mig.
Organismes que realitzen fermentació butírica
El microorganisme més prometedor, utilitzat per a la bioproducció d'àcid butíric és C. tyrobutyricum. Aquesta espècie és capaç de produir àcid butíric amb alta selectivitat i pot tolerar altes concentracions d'aquest compost.
No obstant això, només pot fermentar a partir de molt pocs carbohidrats, incloent glucosa, xilosa, fructosa i lactat.
C. butyricum pot fermentar moltes fonts de carboni, incloses les hexoses, les pentoses, el glicerol, la lignocelulosa, la melassa, el midó de patata i el permeat de sèrum de formatge.
No obstant això, els rendiments de butirat són molt més baixos. En C. thermobutyricum, el rang de carbohidrats fermentables és intermedi, però no metabolitza sacarosa o midó.
Els clostridis productors de biobutirato també produeixen diversos subproductes possibles, entre els quals s'inclouen acetat, H2, CO2, lactat i altres productes, depenent de l'espècie de Clostridium.
La fermentació d'una molècula de glucosa per C. tyrobutyricum i C. butyricum es pot expressar com es mostra a continuació:
Glucosa → 0.85 butirat + 0.1 Acetat + 0.2 Lactat + 1.9 H2 + 1.8 CO2
Glucosa → 0.8 butirat + 0.4 Acetat + 2.4 H2 + 2 CO2
La ruta metabòlica d'un microorganisme durant la fermentació anaeròbica es veu afectada per diversos factors. En el cas dels bacteris de l'gènere Clostridium, productores de butirat, els factors que afecten principalment el creixement i el rendiment de la fermentació són: la concentració de glucosa en el medi, el pH, la pressió parcial d'hidrogen, l'acetat i el butirat.
Aquests factors poden influir en la taxa de creixement, en la concentració dels productes finals i en la distribució dels productes.
productes
El principal producte de la fermentació butírica és un àcid carboxílic, l'àcid butíric, un àcid gras de cadena curta de quatre carbonis (CH3CH2CH2COOH), també conegut com àcid n-butanoico
Té una olor desagradable i un sabor acre, però deixa a la boca un gust alguna cosa dolça, de manera similar al que passa amb l'èter. La seva presència és característica en la mantega rància, i és responsable de la seva olor i sabor desaradables, d'aquí el seu nom, que es deriva de la paraula grega que significa «mantega».
No obstant això, certs èsters d'àcid butíric tenen un sabor o olor agradable, motiu pel qual s'usen com a additius en aliments, begudes, cosmètics i indústria farmacèutica.
Usos i aplicacions de l'àcid butíric
biocombustibles
L'àcid butíric té molts usos en diferents indústries. Actualment hi ha un gran interès en fer-lo servir com a precursor dels biocombustibles.
Indústria alimentària i farmacèutica
També té aplicacions importants en les indústries d'aliments i saboritzants, causa del seu sabor i textura similar a la mantega.
En la indústria farmacèutica s'utilitza com un component en diversos medicaments contra el càncer i altres tractaments terapèutics, i en la producció de perfums s'utilitzen èsters de l'butirat, per la seva fragància afruitada.
Investigacions sobre el càncer
S'ha reportat que el butirat té diversos efectes sobre la proliferació cel·lular, l'apoptosi (mort cel·lular programada) i la diferenciació.
No obstant això, diferents estudis han donat resultats contraris en termes de l'efecte de l'butirat sobre el càncer de còlon, donant lloc a l'anomenada «paradoxa de butirat».
Síntesi de productes químics
La producció microbiana d'àcid butíric és una alternativa atractiva preferible davant la síntesi química. L'èxit de la implementació industrial de productes químics de base biològica depèn en gran mesura de el cost de producció / rendiment econòmic de l'procés.
Per tant, la producció industrial d'àcid butíric per processos de fermentació requereix matèria primera econòmica, rendiment de el procés d'alta eficiència, alta puresa del producte i fort robustesa de les soques productores.
referències
- Butyric acid. New World Encyclopedia.. Disponible a: newworldencyclopedia.org
- Corrals, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Bacteris anaerobis: processos que realitzen i contribueixen a la sostenibilitat de la vida al planeta. Nova, 13 (24), 55-81.. Disponible a: scielo.org.co
- Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). The Future of Butyric Acid in Industry. The Scientific World Journal,. Disponible a: doi.org.
- Jha, AK, Li, J., Yuan, I., Baral, N., Ai, B., 2014. A review on bio-butyric acid production and its optimization. Int. J. Agric. Biol. 16, 1019-1024.
- Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Achievements and disappointments, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389-403.. Disponible a: mmbr.asm.org.