VOIN KÄYMINEN: PROSESSI, ORGANISMIT JA TUOTTEET - BIOLOGIA - 2025

Voi- fermentaatio tapahtuu, kun glukoosia voihappoa saadaan suuria lopputuote. Tietyt bakteerit suorittavat sen olosuhteissa, joissa happea puuttuu täydellisesti, ja Louis Pasteur löysi sen, hänen huomautuksensa mukaan vuonna 1861 laatimassa raportissa vuonna 1875 tehdyistä kokeista.

Käyminen on biologinen prosessi, jonka avulla aine muunnetaan yksinkertaisemmaksi. Se on katabolinen prosessi ravinteiden hajoamiseksi orgaanisen yhdisteen saamiseksi lopputuotteena.

Louis Pasteur

Tämä prosessi ei vaadi happea, se on anaerobinen ja se on ominaista joillekin mikro-organismeille, kuten bakteereille ja hiivalle. Käyminen tapahtuu myös eläinten soluissa, etenkin kun solun happea ei ole riittävästi. Se on energisesti vähän tuottava prosessi.

Glukoosimolekyylistä saadaan pyruvaatti käyttämällä Embden-Meyerhof-Parnas-reittiä (yleisin glykolyysireitti). Käyminen alkaa pyruvaatista, joka käy fermentoidaan erilaisiin tuotteisiin. Lopputuotteista riippuen käymistä on erityyppisiä.

Voin käymisprosessi

Voihappokäymisellä tarkoitetaan glukoosin (C6H12O6) hajoamista voihapon (C4H8O2) ja kaasun tuottamiseksi anaerobisissa olosuhteissa ja alhaisella energian saannolla. Se on ominaista epämiellyttävien ja mädäntyvien hajujen tuottamiselle.

Voihapi käyvät Clostridium-suvun grampositiiviset itiöt tuottavat bakteerit, tyypillisesti Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, Clostridium kluyveri ja Clostridium pasteurianum lisäksi.

Muiden Butyrvibrio-, Butyribacterium-, Eubacterium-, Fusobacterium-, Megasphera- ja Sarcina-sukuun luokiteltujen bakteerien on kuitenkin ilmoitettu toimivan butyraatin tuottajina.

Käymisprosessissa glukoosi katabolysoidaan pyruvaatiksi tuottaen kaksi moolia ATP: tä ja NADH: ta. Pyruvaatti fermentoidaan myöhemmin erilaisiin tuotteisiin bakteerikannasta riippuen.

Ensin pyruvaatista tulee laktaattia ja tästä tulee asetyyli-CoA vapautettaessa CO2. Seuraavaksi kaksi asetyyli-CoA-molekyyliä muodostavat asetoasetyyli-CoA: n, joka sitten pelkistetään butyryyli-CoA: ksi tiettyjen välivaiheiden kautta. Lopuksi Clostridium fermentoi butyryyli-CoA: ta voihapoksi.

Entsyymit fosfotransbutyrylaasi ja butyraattikinaasi ovat avainentsyymejä butyraatin tuotannossa. Butyraatin muodostumisprosessissa muodostuu 3 moolia ATP: tä.

Eksponentiaalisissa kasvuolosuhteissa solut tuottavat enemmän asetaattia kuin butyraattia, kun muodostuu vielä yksi mooli ATP: tä (yhteensä 4).

Eksponentiaalisen kasvun lopussa ja siirtyessä paikalliseen faasiin bakteerit vähentävät asetaatin tuotantoa ja lisäävät butyraatin tuotantoa vähentäen vetyionien kokonaiskonsentraatiota, tasapainottaen väliaineen happamaa pH: ta.

Organismit, jotka suorittavat voihapan käymistä

Voihapon biotuotannossa lupaavin mikro-organismi on C. tyrobutyricum. Tämä laji kykenee tuottamaan voihappoa korkealla selektiivisyydellä ja sietää tämän yhdisteen korkeat pitoisuudet.

Se voi kuitenkin käydä vain hyvin harvoista hiilihydraateista, mukaan lukien glukoosi, ksyloosi, fruktoosi ja laktaatti.

C. butyricum voi fermentoida monia hiililähteitä, mukaan lukien heksoosit, pentoosit, glyseroli, lignoselluloosa, melassi, perunatärkkelys ja juustoherapermeaatti.

Butyraattisaanto on kuitenkin paljon alhaisempi. C. thermobutyricum -bakteerissa fermentoituvien hiilihydraattien määrä on välituote, mutta se ei metaboloi sakkaroosia tai tärkkelystä.

Biobutyraattia tuottavat klostridiat tuottavat myös useita mahdollisia sivutuotteita, mukaan lukien asetaatti, H2, CO2, laktaatti ja muut tuotteet Clostridium-lajeista riippuen.

Glukoosimolekyylin käyminen C. tyrobutyricumilla ja C. butyricumilla voidaan ilmaista seuraavasti:

Glukoosi → 0,85 butyraatti + 0,1 asetaatti + 0,2 laktaatti + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukoosi → 0,8 butyraatti + 0,4 asetaatti + 2,4 H2 + 2 CO2

Mikro-organismin aineenvaihduntareittiin anaerobisen käymisen aikana vaikuttavat monet tekijät. Butyraattia tuottavien Clostridium-suvun bakteerien tapauksessa tekijät, jotka vaikuttavat pääasiassa kasvuun ja käymiskykyyn, ovat: glukoosipitoisuus väliaineessa, pH, vedyn osapaine, asetaatti ja butyraatti.

Nämä tekijät voivat vaikuttaa kasvunopeuteen, lopputuotteiden pitoisuuteen ja tuotteiden jakautumiseen.

Tuotteet

Voihapan käymisen päätuote on karboksyylihappo, voihappo, lyhytketjuinen nelihiilinen rasvahappo (CH3CH2CH2COOH), joka tunnetaan myös nimellä n-butaanihappo.

Sillä on epämiellyttävä haju ja pistävä maku, mutta se jättää suuhun hiukan makean maun, samanlainen kuin eetterillä tapahtuu. Sen läsnäolo on ominaista räätälöitylle voille, joka on vastuussa epämiellyttävästä tuoksusta ja mausta, joten sen nimi on johdettu kreikan sanasta "voi".

Tietyillä voihappoestereillä on kuitenkin miellyttävä maku tai tuoksu, minkä vuoksi niitä käytetään lisäaineina elintarvikkeissa, juomissa, kosmetiikassa ja lääketeollisuudessa.

Voihapon käyttö ja käyttö

biopolttoaineet

Voihapolla on monia käyttötarkoituksia eri toimialoilla. Tällä hetkellä on suuri kiinnostus käyttää sitä biopolttoaineiden edeltäjänä.

Elintarvike- ja lääketeollisuus

Sillä on myös tärkeitä sovelluksia elintarvike- ja aromiteollisuudessa sen voimaisen maun ja rakenteen vuoksi.

Farmaseuttisessa teollisuudessa sitä käytetään komponenttina erilaisissa syöpälääkkeissä ja muissa terapeuttisissa hoidoissa, ja butyraattiestereitä käytetään hajuvesien valmistuksessa niiden hedelmällisen tuoksun takia.

Syöpätutkimus

Butyraatilla on ilmoitettu olevan erilaisia ​​vaikutuksia solujen lisääntymiseen, apoptoosiin (ohjelmoitu solukuolema) ja erilaistumiseen.

Eri tutkimukset ovat kuitenkin antaneet päinvastaisia ​​tuloksia butyraatin vaikutuksesta paksusuolen syöpään, mikä on johtanut niin sanottuun "butyraattiparadoksiin".

Kemiallinen synteesi

Voihapon mikrobituotanto on edullinen houkutteleva vaihtoehto kemialliselle synteesille. Biopohjaisten kemikaalien teollisen käyttöönoton menestys riippuu suuresti tuotantokustannuksista / prosessin taloudellisesta suorituskyvystä.

Siksi voihapon teollinen tuotanto fermentaatioprosesseilla vaatii edullista raaka-ainetta, korkea hyötysuhteen suorituskyky, korkea tuotteen puhtaus ja tuottavia kantoja tukeva lujuus.

Viitteet

1. Voihappo. Uusi maailman tietosanakirja.. Saatavana osoitteessa newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerobiset bakteerit: prosessit, jotka toteuttavat planeetan elämän kestävyyden ja edistävät sitä. Nova, 13 (24), 55 - 81.. Saatavana osoitteessa: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Voihapon tulevaisuus teollisuudessa. Tieteellinen maailman lehti,. Saatavana osoitteessa doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Katsaus biovoihapon tuotantoon ja sen optimointiin. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019 - 1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Saavutukset ja pettymykset, 1861. Bakteriologiset arvostelut, 25 (4), 389–403.. Saatavana osoitteessa: mmbr.asm.org.