- Processo di ferrmentazione butirrica
- Organismi che svolgono la fermentazione butirrica
- prodotti
- Usi e applicazioni dell'acido butirrico
- biocarburanti
- Industria alimentare e farmaceutica
- Ricerca sul cancro
- Sintesi chimica
- Riferimenti
La fermentazione butirrica si verifica quando si ottiene glucosio dall'acido butirrico come prodotto finale principale. Viene effettuato da alcuni batteri in condizioni di completa assenza di ossigeno ed è stato scoperto da Louis Pasteur, secondo la sua nota in un rapporto nel 1861 su esperimenti effettuati nel 1875.
La fermentazione è un processo biologico mediante il quale una sostanza si trasforma in una più semplice. È un processo catabolico, di degradazione dei nutrienti per ottenere un composto organico come prodotto finale.
Louis Pasteur
Questo processo non richiede ossigeno, è anaerobico ed è caratteristico di alcuni microrganismi come batteri e lieviti. La fermentazione avviene anche nelle cellule degli animali, soprattutto quando l'apporto cellulare di ossigeno è insufficiente. È un processo energeticamente a basso rendimento.
Dalla molecola di glucosio, utilizzando la via Embden-Meyerhof-Parnas (la via della glicolisi più comune), viene prodotto il piruvato. Le fermentazioni partono dal piruvato, che viene fermentato in diversi prodotti. A seconda dei prodotti finali, esistono diversi tipi di fermentazione.
Processo di ferrmentazione butirrica
La fermentazione butirrica è definita come la degradazione del glucosio (C6H12O6) per produrre acido butirrico (C4H8O2) e gas, in condizioni anaerobiche e con bassa resa energetica. È caratteristico per la produzione di odori sgradevoli e putridi.
La fermentazione butirrica è svolta da batteri Gram-positivi, produttori di spore del genere Clostridium, tipicamente Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, oltre a Clostridium kluyveri e Clostridium pasteurianum.
Tuttavia, sono stati segnalati anche altri batteri classificati nei generi Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera e Sarcina come produttori di butirrato.
Nel processo di fermentazione, il glucosio viene catabolizzato in piruvato, producendo due moli di ATP e NADH. Il piruvato viene successivamente fermentato in vari prodotti, a seconda del ceppo batterico.
In un primo momento, il piruvato diventa lattato e questo diventa acetil-CoA con il rilascio di CO2. Successivamente, due molecole di acetil-CoA formano l'acetoacetil-CoA, che viene quindi ridotto a butirril-CoA, attraverso alcune fasi intermedie. Infine, il Clostridium fermenta il butiril-CoA in acido butirrico.
Gli enzimi fosfotrasbutirrilasi e butirrato chinasi sono gli enzimi chiave per la produzione di butirrato. Nel processo di formazione del butirrato si formano 3 moli di ATP.
In condizioni di crescita esponenziale, le cellule producono più acetato del butirrato, poiché si forma un'altra mole di ATP (4 in totale).
Al termine della crescita esponenziale e entrando nella fase stazionaria, i batteri diminuiscono la produzione di acetato e aumentano la produzione di butirrato, riducendo la concentrazione totale di ioni idrogeno, bilanciando il pH acido del mezzo.
Organismi che svolgono la fermentazione butirrica
Il microrganismo più promettente utilizzato per la bioproduzione di acido butirrico è C. tyrobutyricum. Questa specie è in grado di produrre acido butirrico con elevata selettività e può tollerare alte concentrazioni di questo composto.
Tuttavia, può fermentare solo da pochissimi carboidrati, inclusi glucosio, xilosio, fruttosio e lattato.
C. butyricum può fermentare molte fonti di carbonio, inclusi esosi, pentosi, glicerolo, lignocellulosa, melassa, fecola di patate e siero di latte permeato.
Tuttavia, le rese del butirrato sono molto inferiori. In C. thermobutyricum, la gamma di carboidrati fermentabili è intermedia, ma non metabolizza saccarosio o amido.
I clostridi che producono biobutirrato producono anche diversi possibili sottoprodotti, tra cui acetato, H2, CO2, lattato e altri prodotti, a seconda della specie Clostridium.
La fermentazione di una molecola di glucosio da parte di C. tyrobutyricum e C. butyricum può essere espressa come segue:
Glucosio → 0,85 Butirrato + 0,1 Acetato + 0,2 Lattato + 1,9 H2 + 1,8 CO2
Glucosio → 0,8 Butirrato + 0,4 Acetato + 2,4 H2 + 2 CO2
La via metabolica di un microrganismo durante la fermentazione anaerobica è influenzata da diversi fattori. Nel caso di batteri del genere Clostridium, che producono butirrato, i fattori che influenzano principalmente la crescita e le prestazioni fermentative sono: la concentrazione di glucosio nel mezzo, il pH, la pressione parziale dell'idrogeno, l'acetato e la butirrato.
Questi fattori possono influenzare il tasso di crescita, la concentrazione dei prodotti finali e la distribuzione dei prodotti.
prodotti
Il prodotto principale della fermentazione butirrica è un acido carbossilico, acido butirrico, un acido grasso a quattro atomi di carbonio a catena corta (CH3CH2CH2COOH), noto anche come acido n-butanoico.
Ha un odore sgradevole e un sapore pungente, tuttavia lascia in bocca un sapore un po 'dolce, simile a quello che accade con l'etere. La sua presenza è caratteristica del burro rancido, responsabile del suo odore e sapore sgradevoli, da cui il nome, che deriva dalla parola greca che significa "burro".
Tuttavia, alcuni esteri dell'acido butirrico hanno un gusto o un odore gradevole, motivo per cui vengono utilizzati come additivi in alimenti, bevande, cosmetici e nell'industria farmaceutica.
Usi e applicazioni dell'acido butirrico
biocarburanti
L'acido butirrico ha molti usi in diversi settori. Attualmente c'è un grande interesse nell'usarlo come precursore dei biocarburanti.
Industria alimentare e farmaceutica
Ha anche importanti applicazioni nell'industria alimentare e degli aromi, grazie al suo gusto e alla sua consistenza simile al burro.
Nell'industria farmaceutica viene utilizzato come componente in vari farmaci antitumorali e altri trattamenti terapeutici, e gli esteri butirrato sono utilizzati nella produzione di profumi, grazie alla loro fragranza fruttata.
Ricerca sul cancro
È stato segnalato che il butirrato ha vari effetti sulla proliferazione cellulare, sull'apoptosi (morte cellulare programmata) e sulla differenziazione.
Tuttavia, diversi studi hanno dato risultati contrari in termini di effetto del butirrato sul cancro del colon, dando origine al cosiddetto "paradosso del butirrato".
Sintesi chimica
La produzione microbica di acido butirrico è un'alternativa attraente preferibile alla sintesi chimica. Il successo dell'implementazione industriale di prodotti chimici a base biologica dipende fortemente dal costo di produzione / dalle prestazioni economiche del processo.
Pertanto, la produzione industriale di acido butirrico mediante processi di fermentazione richiede materie prime poco costose, prestazioni di processo ad alta efficienza, elevata purezza del prodotto e forte robustezza dei ceppi produttori.
Riferimenti
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- Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Batteri anaerobici: processi che svolgono e contribuiscono alla sostenibilità della vita sul pianeta. Nova, 13 (24), 55-81. . Disponibile su: scielo.org.co
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