BUTIRIK FERMANTASYON: SÜREÇ, ORGANIZMALAR VE ÜRÜNLER - BIYOLOJI - 2025

Butirik fermantasyon bütirik asitten, glikoz ana son ürün olarak elde edildiğinde ortaya çıkar. Oksijenin tamamen bulunmadığı koşullar altında belirli bakteriler tarafından gerçekleştirilir ve 1861'de 1875'te yapılan deneylerle ilgili bir raporda Louis Pasteur tarafından keşfedildi.

Fermantasyon, bir maddenin daha basit hale getirildiği biyolojik bir süreçtir. Son ürün olarak organik bir bileşik elde etmek için besinlerin parçalanması katabolik bir süreçtir.

Louis Pasteur

Bu işlem oksijen gerektirmez, anaerobiktir ve bakteri ve maya gibi bazı mikroorganizmaların karakteristiğidir. Fermantasyon, özellikle hücresel oksijen kaynağı yetersiz olduğunda, hayvan hücrelerinde de meydana gelir. Enerjik olarak düşük verimli bir süreçtir.

Glikoz molekülünden Embden-Meyerhof-Parnas yolu (en yaygın glikoliz yolu) kullanılarak piruvat üretilir. Fermantasyonlar, farklı ürünlere fermente edilen piruvattan başlar. Son ürünlere bağlı olarak, farklı fermantasyon türleri vardır.

Butirik fermentasyon süreci

Bütirik fermentasyon, anaerobik koşullar altında ve düşük enerji verimiyle butirik asit (C4H8O2) ve gaz üretmek için glikozun (C6H12O6) parçalanması olarak tanımlanır. Hoş olmayan ve çirkin kokuların üretilmesi için karakteristiktir.

Butirik fermantasyon, Clostridium kluyveri ve Clostridium pasteurianum'a ek olarak Clostridium cinsi Gram pozitif spor üreten bakteriler, tipik olarak Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum tarafından gerçekleştirilir.

Bununla birlikte, Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera ve Sarcina cinslerinde sınıflandırılan diğer bakteriler de bütirat üreticileri olarak rapor edilmiştir.

Fermantasyon sürecinde, glikoz piruvata katabolize edilerek iki mol ATP ve NADH üretilir. Piruvat daha sonra bakteri türüne bağlı olarak çeşitli ürünlere fermente edilir.

İlk durumda, piruvat laktat olur ve bu, CO2 salınmasıyla asetil-CoA olur. Daha sonra, iki asetil-CoA molekülü, asetoasetil-CoA oluşturur ve bu daha sonra belirli ara aşamalarla butiril-CoA'ya indirgenir. Son olarak Clostridium, butiril-CoA'yı butirik aside fermente eder.

Enzimler fosfotransbütirilaz ve bütirat kinaz, bütirat üretimi için anahtar enzimlerdir. Butirat oluşumu sürecinde 3 mol ATP oluşur.

Üstel büyüme koşulları altında, bir mol ATP daha oluştuğu için hücreler bütirattan daha fazla asetat üretir (toplamda 4).

Üstel büyümenin sonunda ve durağan faza girdikten sonra, bakteriler asetat üretimini azaltır ve bütirat üretimini arttırır, toplam hidrojen iyon konsantrasyonunu düşürerek ortamın asidik pH'ını dengeler.

Butirik fermantasyon yapan organizmalar

Bütirik asidin biyo üretimi için kullanılan en umut verici mikroorganizma C. tyrobutyricum'dur. Bu tür, yüksek seçicilikle butirik asit üretebilir ve bu bileşiğin yüksek konsantrasyonlarını tolere edebilir.

Bununla birlikte, yalnızca glikoz, ksiloz, fruktoz ve laktat dahil çok az karbonhidrattan fermente edebilir.

C. butyricum heksozlar, pentozlar, gliserol, lignoselüloz, melas, patates nişastası ve peynir altı suyu permeatı dahil olmak üzere birçok karbon kaynağını fermente edebilir.

Bununla birlikte, bütirat verimleri çok daha düşüktür. C. thermobutyricum'da, fermente olabilen karbonhidrat aralığı orta düzeydedir, ancak sukroz veya nişastayı metabolize etmez.

Biyobütirat üreten klostridya ayrıca Clostridium türlerine bağlı olarak asetat, H2, CO2, laktat ve diğer ürünler dahil olmak üzere birkaç olası yan ürün üretir.

Bir glikoz molekülünün C. tyrobutyricum ve C. butyricum tarafından fermantasyonu şu şekilde ifade edilebilir:

Glikoz → 0.85 Butirat + 0.1 Asetat + 0.2 Laktat + 1.9 H2 + 1.8 CO2

Glikoz → 0.8 Butirat + 0.4 Asetat + 2.4 H2 + 2 CO2

Anaerobik fermantasyon sırasında bir mikroorganizmanın metabolik yolu birkaç faktörden etkilenir. Butirat üreten Clostridium cinsi bakteriler söz konusu olduğunda, esas olarak büyüme ve fermantasyon performansını etkileyen faktörler şunlardır: ortamdaki glikoz konsantrasyonu, pH, hidrojenin kısmi basıncı, asetat ve butirat.

Bu faktörler, büyüme oranını, nihai ürünlerin konsantrasyonunu ve ürünlerin dağılımını etkileyebilir.

Ürün:% s

Butirik fermantasyonun ana ürünü, bir karboksilik asit, bütirik asit, kısa zincirli dört karbonlu bir yağ asididir (CH3CH2CH2COOH), aynı zamanda n-butanoik asit olarak da bilinir.

Hoş olmayan bir kokusu ve keskin bir tadı vardır, ancak ağızda eterde olduğu gibi biraz tatlı bir tat bırakır. Varlığı, hoş olmayan kokusu ve tadından sorumlu olan ekşimiş tereyağının karakteristiğidir, dolayısıyla adı, Yunanca "tereyağı" kelimesinden türetilmiştir.

Bununla birlikte, bazı butirik asit esterlerinin hoş bir tadı veya kokusu vardır, bu nedenle gıda, içecek, kozmetik ve ilaç endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanılırlar.

Butirik asit kullanımları ve uygulamaları

Biyoyakıtlar

Butirik asidin farklı endüstrilerde birçok kullanımı vardır. Şu anda onu biyoyakıtların öncüsü olarak kullanmaya büyük ilgi var.

Gıda ve ilaç endüstrisi

Tereyağımsı tadı ve dokusu nedeniyle gıda ve aroma endüstrisinde de önemli uygulamalara sahiptir.

İlaç endüstrisinde, çeşitli antikanser ilaçlarda ve diğer terapötik tedavilerde bir bileşen olarak kullanılır ve butirat esterleri, meyvemsi kokularından dolayı parfüm üretiminde kullanılır.

Kanser araştırması

Butiratın hücre çoğalması, apoptoz (programlanmış hücre ölümü) ve farklılaşması üzerinde çeşitli etkilere sahip olduğu bildirilmiştir.

Bununla birlikte, farklı çalışmalar, bütiratın kolon kanseri üzerindeki etkisi açısından zıt sonuçlar vermiş ve sözde "bütirat paradoksuna" yol açmıştır.

Kimyasal sentez

Butirik asidin mikrobiyal üretimi, kimyasal sentez için tercih edilen çekici bir alternatiftir. Biyo bazlı kimyasalların endüstriyel uygulamasının başarısı, büyük ölçüde üretim maliyetine / prosesin ekonomik performansına bağlıdır.

Bu nedenle, bütirik asidin fermentasyon prosesleri ile endüstriyel üretimi, ucuz hammadde, yüksek verimli proses performansı, yüksek ürün saflığı ve üretici suşların güçlü sağlamlığını gerektirir.

Referanslar

1. Bütirik asit. Yeni Dünya Ansiklopedisi. . Newworldencyclopedia.org adresinde mevcuttur
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobik bakteriler: Gezegendeki yaşamın sürdürülebilirliğini gerçekleştiren ve buna katkıda bulunan süreçler. Nova, 13 (24), 55-81. . Scielo.org.co adresinde mevcuttur
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Endüstride Butirik Asidin Geleceği. Bilimsel Dünya Dergisi. Doi.org adresinde mevcuttur.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Biyo-butirik asit üretimi ve optimizasyonu üzerine bir inceleme. Int J. Agric. Biol 16,1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Başarılar ve hayal kırıklıkları, 1861. Bakteriyolojik İncelemeler, 25 (4), 389–403. . Şu adresten ulaşılabilir: mmbr.asm.org.