VAJOS ERJEDÉS: FOLYAMAT, SZERVEZETEK ÉS TERMÉKEK - BIOLÓGIA - 2026

A vaj erjedése akkor történik, amikor a fő végtermékként vajsavból glükózt nyernek. Bizonyos baktériumok hajtják végre az oxigén teljes hiányában, és Louis Pasteur fedezte fel, az 1875-ben elvégzett kísérletekről szóló 1861-es jelentésében megfogalmazott megjegyzés szerint.

A fermentáció egy biológiai folyamat, amelynek során egy anyagot egyszerűbbé alakítanak. A tápanyagok lebontásának katabolikus folyamata egy szerves vegyület előállítása végtermékként.

Louis Pasteur

Ez a folyamat nem igényel oxigént, anaerob, és jellemző néhány mikroorganizmusra, például baktériumokra és élesztőre. A fermentáció az állati sejtekben is történik, különösen akkor, ha a sejtek oxigénellátása nem elegendő. Ez egy energikusan alacsony hozamú folyamat.

A glükózmolekulából az Embden-Meyerhof-Parnas útvonal (a leggyakoribb glikolízis útvonal) felhasználásával piruvát képződik. Az erjedés a piruvátból indul, amelyet különféle termékekké erjesztnek. A végtermékektől függően különféle típusú fermentáció létezik.

Vajos fermentációs folyamat

Vajsavas erjedés alatt a glükóz (C6H12O6) bomlását vajsav (C4H8O2) és gáz előállítására kell meghatározni anaerob körülmények között és alacsony energia hozammal. Jellemző a kellemetlen és tompa szagok előállítására.

A vajsavas erjesztést a Clostridium nemzetségbe tartozó, Gram-pozitív spórát termelő baktériumok, tipikusan a Clostridium butyricum, a Clostridium tyrobutyricum, a Clostridium thermobutyricum, a Clostridium kluyveri és a Clostridium pasteurianum mellett.

A butirvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera és Sarcina nemzetségbe sorolt ​​egyéb baktériumokról ugyanakkor butiráttermelőnek számoltak be.

Az erjedési folyamat során a glükózt piruváttá katabolizálják, két mol ATP-t és NADH-t termelve. A piruvátot ezután különféle termékekké fermentálják, a baktérium törzsétől függően.

Elsőként a piruvát laktáttá válik, és ez CO2-kibocsátással acetil-CoA -kká alakul. Ezt követően két acetil-CoA molekula acetoacetil-CoA-t képez, amelyet azután bizonyos közbenső lépésekkel butiril-CoA-ra redukálnak. Végül a Clostridium a butiril-CoA-t vajsavvá fermentálja.

A butirát előállításának kulcsfontosságú enzimei a foszfor-transzbutiriláz és a butirát-kináz enzimek. A butirátképződés során 3 mol ATP képződik.

Exponenciális növekedési körülmények között a sejtek több acetátot termelnek, mint a butirát, mivel még egy mol ATP képződik (összesen 4).

Az exponenciális növekedés végén és az álló helyzetbe kerülve a baktériumok csökkentik az acetáttermelést és növelik a butiráttermelést, csökkentve a hidrogénionok összkoncentrációját, kiegyensúlyozva a közeg savas pH-ját.

Organizmusok, amelyek vajsavat erjesztnek

A vajsav bioprodukciójához használt legígéretesebb mikroorganizmus a C. tyrobutyricum. Ez a faj képes vajsav előállítására nagy szelektivitással, és képes tolerálni a vegyület magas koncentrációit.

Azonban csak nagyon kevés szénhidrátból fermentálhat, beleértve a glükózt, xilózt, fruktózt és laktátot.

A C. butyricum számos szénforrást fermentálhat, ideértve a hexósokat, pentósokat, glicerint, lignocellulózt, melaszt, burgonyakeményítőt és a sajt savópermeátát.

A butirát-hozamok azonban sokkal alacsonyabbak. A C. thermobutyricum esetében a fermentálható szénhidrátok tartománya középértékű, de nem metabolizálja a szacharózt vagy a keményítőt.

A biobutirát-termelő klostridiumok a Clostridium fajtól függően számos lehetséges mellékterméket is előállítanak, például acetátot, H2-t, CO2-t, laktátot és más termékeket.

A glükózmolekula erjesztése C. tyrobutyricum és C. butyricum által a következőképpen fejezhető ki:

Glükóz → 0,85 butirát + 0,1 acetát + 0,2 laktát + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glükóz → 0,8 butirát + 0,4 acetát + 2,4 H2 + 2 CO2

A mikroorganizmus metabolikus útját az anaerob fermentáció során számos tényező befolyásolja. A butoszátot termelő Clostridium nemzetségbe tartozó baktériumok esetében a növekedést és az erjedési teljesítményt főként befolyásoló tényezők a következők: a tápközegben a glükóz koncentrációja, a pH, a hidrogén parciális nyomása, az acetát és a butirát.

Ezek a tényezők befolyásolhatják a növekedés ütemét, a végtermékek koncentrációját és a termékek eloszlását.

Termékek

A vajos erjesztés fő terméke egy karbonsav, vajsav, egy rövid szénláncú négyszén zsírsav (CH3CH2CH2COOH), más néven n-butánsav.

Kellemetlen illata és csípős íze van, de kissé édes ízét hagyja a szájban, hasonlóan ahhoz, ami éterrel történik. Jelenléte a fenyővajra jellemző, mivel kellemetlen illata és ízéért felel meg, ezért a neve a vaj görög szójából származik.

Bizonyos vajsav-észterek azonban kellemes ízű vagy szagúak, ezért használják adalékanyagként az élelmiszerekben, italokban, kozmetikumokban és a gyógyszeriparban.

Vajsav felhasználása és felhasználása

A bioüzemanyagok

A vajsavnak számos felhasználása van a különféle iparágakban. Jelenleg nagy érdeklődés mutatkozik a bioüzemanyagok elődeként történő felhasználása iránt.

Élelmiszer - és gyógyszeripar

Vajszerű ízének és textúrájának köszönhetően fontos felhasználási területei vannak az élelmiszer- és aromaiparban.

A gyógyszeriparban különféle daganatellenes gyógyszerekben és más terápiás kezelésekben alkalmazzák, valamint a butirát-észtereket parfümök előállításához használják, gyümölcsös illataik miatt.

Rákkutatás

A butirátról számoltak be, hogy különféle hatásokkal jár a sejtproliferációra, az apoptózissal (programozott sejthalál) és a differenciálódásra.

Különböző tanulmányok azonban ellentétes eredményeket adtak a butirát vastagbélrákra gyakorolt ​​hatása szempontjából, ami az úgynevezett butirát-paradoxont ​​eredményezte.

Kémiai szintézis

A vajsav mikrobiális előállítása a kémiai szintézis előnyös vonzó alternatívája. A bioalapú vegyi anyagok ipari megvalósításának sikere nagymértékben függ a termelés költségétől / a folyamat gazdasági teljesítményétől.

Ezért a vajsav erjesztési eljárásokkal történő ipari előállítása olcsó alapanyagot, nagy hatékonyságú eljárási teljesítményt, magas terméktisztaságot és a termelő törzsek erős robusztusságát igényli.

Irodalom

1. Vajsav. New World Encyclopedia.. Elérhető a következő webhelyen: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Anaerob baktériumok: olyan folyamatok, amelyek végrehajtják és hozzájárulnak a bolygó életének fenntarthatóságához. Nova, 13 (24), 55-81.. Elérhető a scielo.org.co oldalon
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). A vajsav jövője az iparban. A Scientific World Journal,. Elérhető a doi.org oldalon.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. A bio-vajsav előállításának és optimalizálásának áttekintése. Int. J. Agric. Biol., 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Eredmények és csalódások, 1861. Bakteriológiai áttekintés, 25. (4), 389–403.. Elérhető a következő címen: mmbr.asm.org.