عملية تخمير الزبد والكائنات الحية والمنتجات

ال تخمر بوتي يحدث عندما يتم الحصول على حامض الزبدة كمنتج نهائي رئيسي ، بدءًا من الجلوكوز. تم تصنيعه بواسطة بعض البكتيريا في ظل ظروف الغياب التام للأكسجين واكتشفه لويس باستور ، وفقًا لملاحظته في تقرير عام 1861 بشأن التجارب التي أجريت في عام 1875.

التخمير هو عملية بيولوجية يتم من خلالها تحويل مادة إلى أبسط. إنها عملية تقويضية ، من تدهور المواد الغذائية للحصول على مركب عضوي كمنتج نهائي.

هذه العملية لا تتطلب الأكسجين ، وهي اللاهوائية ، ومميزة لبعض الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والخميرة. يحدث التخمير أيضًا في خلايا الحيوانات ، خاصةً عندما يكون الإمداد الخلوي بالأكسجين غير كافٍ. إنها عملية غلة قليلة حيوية.

من جزيء الجلوكوز ، باستخدام طريق Embden-Meyerhof-Parnas (مسار الغليكوزيل الأكثر شيوعًا) ، يتم إنتاج البيروفات. تبدأ التخمرات من البيروفات ، والتي يتم تخميرها إلى منتجات مختلفة. وفقا للمنتجات النهائية ، هناك أنواع مختلفة من التخمير.

مؤشر

• 1 عملية تخمير الزبد
• 2 الكائنات الحية التي تؤدي تخمير زبدي
• 3 منتجات
• 4 استخدامات وتطبيقات حمض الزبد
  • 4.1 الوقود الحيوي
  • 4.2 صناعة المواد الغذائية والصيدلانية
  • 4.3 بحوث السرطان
  • 4.4 توليف المنتجات الكيميائية
• 5 المراجع

عملية تخمير الزبد

يُعرَّف تخمر الزبد بأنه تدهور الجلوكوز (C6H12O6) لإنتاج حمض الزبد (C4H8O2) والغاز ، في ظل الظروف اللاهوائية ومع انخفاض إنتاجية الطاقة. إنها مميزة لإنتاج الروائح الكريهة والرائحة.

تتم عملية التخمير الزبدي بواسطة البكتيريا إيجابية الجرام المنتجة للجراثيم من جنس كلوستريديوم ، عادةً بواسطة كلوستريديوم بوتيريكوم ، كلوستريديوم tyrobutyricum ، كلوستريديوم thermobutyricum ، بالإضافة إلى كلوستريديوم كلويفيري وكلستريديوم باستيوروم.

ومع ذلك ، تم الإبلاغ أيضًا عن إنتاج بكتيرات أخرى من البكتيريا المصنفة في الأجناس التالية: Butyrvibrio و Butyribacterium و Eubacterium و Fusobacterium و Megasphera و Sarcina..

في عملية التخمير ، يتم تبويز الجلوكوز إلى البيروفات ، مما ينتج شولتين من ATP و NADH يتم بعد ذلك تخمير البيروفات لمختلف المنتجات ، اعتمادًا على السلالة البكتيرية.

في الحالة الأولى ، تنتقل البيروفات إلى اللاكتات وتنتقل إلى أستيل COA مع إطلاق CO2. بعد ذلك ، يشكل جزيئان من الأسيتيل - CoA أسيتوسيتيل - CoA ، والذي يتم بعد ذلك اختزاله إلى butyryl-CoA ، من خلال خطوات وسيطة معينة. وأخيرا ، كلوستريديوم تخمر butyryl-CoA في حمض الزبد.

الإنزيمات phosphotransbutyrallase و butyrate kinase هي الإنزيمات الرئيسية لإنتاج البوترات. في عملية تشكيل زبدات تتشكل 3 مولات من ATP.

في ظل ظروف النمو الأسي ، تنتج الخلايا أسيتات أكثر من الزبدة ، حيث يتكون الخلد أكثر من ATP (4 في المجموع).

في نهاية النمو الأسي ودخول المرحلة الثابتة ، تقلل البكتيريا من إنتاج الأسيتات وتزيد من إنتاج البوتيرات ، وتقلل من تركيز أيونات الهيدروجين الكلية ، وتوازن الحموضة الحمضية للوسيط.

الكائنات الحية التي تؤدي التخمير الزبدي

الكائنات الحية الدقيقة الواعدة المستخدمة في الإنتاج الحيوي لحمض الزبد هي C. tyrobutyricum. هذا النوع قادر على إنتاج حمض الزبد مع انتقائية عالية ويمكنه تحمل تركيزات عالية من هذا المركب.

ومع ذلك ، يمكن أن تتخمر فقط من عدد قليل جدًا من الكربوهيدرات ، بما في ذلك الجلوكوز ، الزيلوز ، الفركتوز واللاكتات.

جيم - الزبدة يمكن أن تخمر العديد من مصادر الكربون ، بما في ذلك hexoses ، بنتوكس ، الجلسرين ، اللجنوكلولوز ، دبس السكر ، نشا البطاطس ومصل اللبن.

ومع ذلك ، فإن عوائد الزبد أقل بكثير. في C. thermobutyricum ، تكون مجموعة الكربوهيدرات القابلة للتخمير متوسطة ، ولكنها لا تستقلب السكروز أو النشا..

ينتج منتجو Clostridia من biobutyrate أيضًا العديد من المنتجات الثانوية المحتملة ، بما في ذلك خلات ، H2 ، CO2 ، لاكتات وغيرها من المنتجات ، اعتمادًا على أنواع Clostridium..

يمكن التعبير عن تخمير جزيء الجلوكوز بواسطة C. tyrobutyricum و C. butyricum كما هو موضح أدناه:

الجلوكوز → 0.85 زبدة + 0.1 خلات + 0.2 لاكتات + 1.9 H2 + 1.8 CO2

الجلوكوز → 0.8 زبدة + 0.4 خلات + 2.4 H2 + 2 CO2

يتأثر المسار الأيضي للكائنات الحية الدقيقة أثناء التخمير اللاهوائي بعدة عوامل. في حالة بكتيريا جنس كلوستريديوم ، ومنتجي الزبدات ، فإن العوامل التي تؤثر بشكل رئيسي على نمو وعائد التخمير هي: تركيز الجلوكوز في الوسط ، ودرجة الحموضة ، والضغط الجزئي للهيدروجين ، والأسيتات ، و الزبدات.

هذه العوامل يمكن أن تؤثر على معدل النمو ، وتركيز المنتجات النهائية وتوزيع المنتجات.

إنتاج

المنتج الرئيسي للتخمير الزبدي هو حمض الكربوكسيل ، وحامض الزبد ، وهو عبارة عن حمض دهني ذو أربع سلاسل كربونية (CH3CH2CH2COOH) ، المعروف أيضًا باسم حمض البوتانويك.

له رائحة كريهة وطعم لاذع ، لكنه يترك مذاقًا حلوًا نوعًا ما في الفم ، على غرار ما يحدث مع الأثير. وجودها مميز في الزبدة الفاسدة ، فهي المسؤولة عن رائحتها وطعمها غير السار ، ومن هنا جاءت تسميتها من الكلمة اليونانية التي تعني "الزبدة".

ومع ذلك ، فإن استرات معينة من حمض الزبد لها طعم أو رائحة لطيفة ، وهذا هو السبب في أنها تستخدم كمضافات في الأغذية والمشروبات ومستحضرات التجميل والصناعة الدوائية.

استخدامات وتطبيقات حمض الزبد

الوقود الحيوي

حمض البوتريك له العديد من الاستخدامات في الصناعات المختلفة. يوجد حاليًا اهتمام كبير باستخدامه كسلائف للوقود الحيوي.

صناعة المواد الغذائية والصيدلانية

كما أن لديها تطبيقات مهمة في صناعات الطعام والنكهة ، بسبب مذاقه ونسيجه المماثل للزبدة.

في صناعة المستحضرات الصيدلانية ، يتم استخدامه كعنصر في العديد من الأدوية المضادة للسرطان وغيرها من العلاجات العلاجية ، وفي إنتاج العطور ، يتم استخدام استرات الزبدات بسبب رائحة الفواكه.

أبحاث السرطان

تم الإبلاغ عن أن الزبدات لها تأثيرات متنوعة على تكاثر الخلايا وموت الخلايا المبرمج (موت الخلية المبرمج) والتمايز.

ومع ذلك ، فقد أظهرت دراسات مختلفة نتائج عكسية من حيث تأثير الزبد على سرطان القولون ، مما يؤدي إلى ما يسمى ب "مفارقة الزبدات".

توليف المنتجات الكيميائية

يعتبر الإنتاج الميكروبي لحمض الزبد بديلاً جذابًا مفضلًا للتخليق الكيميائي. يعتمد نجاح التنفيذ الصناعي للمواد الكيميائية الحيوية إلى حد كبير على تكلفة الإنتاج / الأداء الاقتصادي لهذه العملية.

لذلك ، يتطلب الإنتاج الصناعي لحمض البوتريك عن طريق التخمير مواد خام اقتصادية ، أداء عملية عالي الكفاءة ، نقاوة منتج عالية وقوة قوية لسلالات الإنتاج.

مراجع

1. حمض البوتريك. موسوعة العالم الجديد. [أخبار]. متاح في: newworldencyclopedia.org
2. Corrales، L.C.، Antolinez، D.M.، Bohórquez، J.A، Corredor، A.M. (2015). البكتيريا اللاهوائية: العمليات التي تجعل وتسهم في استدامة الحياة على الكوكب. نوفا ، 13 (24) ، 55-81. [أخبار]. متاح في: scielo.org.co
3. Dwidar، M.، Park، J.-Y.، Mitchell، R.J.، Sang، B.-I. (2012). مستقبل حمض البوتريك في الصناعة. مجلة العالم العلمي ، [على الإنترنت]. متاح في: doi.org.
4. Jha، A.K.، Li، J.، Yuan، Y.، Baral، N.، Ai، B.، 2014. A review on bio-butyric acid production and its optimisation. كثافة العمليات الزراعية Biol. 16 ، 1019-1024.
5. Porter، J. R. (1961). لويس باستور. الإنجازات وخيبة الأمل ، 1861. المراجعات البكتريولوجية ، 25 (4) ، 389-403. [أخبار]. متاح في: mmbr.asm.org.