Procédé de fermentation butyrique, organismes et produits

Le fermentation butyrique il se produit lorsque le glucose est obtenu à partir de l'acide butyrique comme produit final principal. Il est fabriqué par certaines bactéries dans des conditions d'absence totale d'oxygène et a été découvert par Louis Pasteur, d'après sa note dans un rapport de 1861 sur des expériences menées en 1875.

La fermentation est un processus biologique par lequel une substance est transformée en une substance plus simple. C'est un processus catabolique, de dégradation des nutriments pour obtenir comme produit final un composé organique.

Ce processus ne nécessite pas d'oxygène, est anaérobie et est caractéristique de certains microorganismes tels que les bactéries et les levures. La fermentation se produit également dans les cellules des animaux, en particulier lorsque l'apport cellulaire en oxygène est insuffisant. C'est un processus énergiquement peu productif.

De la molécule de glucose, en utilisant Meyerhof-Parnas Embden- (la voie la plus commune de la glycolyse) via la pyruvate se produit. Les fermentations commencent à partir du pyruvate, qui est fermenté en différents produits. Selon les produits finis, il existe différents types de fermentation.

Index

• 1 procédé de fermentation butyrique
• 2 organismes effectuant une fermentation butyrique
• 3 produits
• 4 Utilisations et applications de l'acide butyrique
  • 4.1 Biocarburants
  • 4.2 Industrie alimentaire et pharmaceutique
  • 4.3 Recherche sur le cancer
  • 4.4 Synthèse de produits chimiques
• 5 références

Procédé de fermentation butyrique

fermentation butyrique est définie comme la dégradation du glucose (C6H12O6) pour produire de l'acide butyrique (C4H8O2) et de gaz dans des conditions anaérobies et une faible efficacité énergétique. C'est caractéristique pour la production d'odeurs désagréables et putrides.

fermentation butyrique est effectuée par Gram positif, produisant des spores de Clostridium, Clostridium butyricum typiquement, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum ainsi pasteurianum Clostridium kluyveri et Clostridium.

Cependant, ils ont également été signalés comme produisant butyrate d'autres bactéries classées dans les genres Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera et Sarcina.

Dans le processus de fermentation, le glucose est catabolisé en pyruvate, produisant deux moles d'ATP et de NADH. Le pyruvate est ensuite fermenté en divers produits, en fonction de la souche bactérienne.

Dans le premier cas, le pyruvate passe au lactate et passe à l'acétyl-CoA avec libération de CO2. Par la suite, deux molécules d'acétyl-CoA formée Acétoacétyl-coenzyme A, qui est ensuite réduit à butyryl-CoA, par certaines étapes intermédiaires. Enfin, Clostridium fermente le butyryl-CoA dans l'acide butyrique.

Les enzymes phosphotransbutyrallase et butyrate kinase sont les enzymes clés pour la production de butyrate. Dans le processus de formation de butyrate, 3 moles d'ATP sont formées.

Dans des conditions de croissance exponentielle, les cellules produisent plus d'acétate que de butyrate, car une mole d'ATP est formée (4 au total).

A la fin de la croissance exponentielle et entrer dans la phase stationnaire, les bactéries réduisent la production d'augmentation de la production d'acétate et de butyrate, ce qui diminue la concentration totale des ions d'hydrogène, équilibrer le pH acide du milieu.

Organismes qui effectuent une fermentation butyrique

Le micro-organisme le plus prometteur utilisé pour la bioproduction de l'acide butyrique est le C. tyrobutyricum. Cette espèce est capable de produire de l'acide butyrique avec une sélectivité élevée et peut tolérer des concentrations élevées de ce composé.

Cependant, il ne peut que fermenter à partir de très peu de glucides, notamment du glucose, du xylose, du fructose et du lactate.

C. butyricum de nombreuses sources de carbone fermentescibles, notamment des hexoses, des pentoses, du glycérol, de la lignocellulose, la mélasse, l'amidon de pomme de terre et de perméat de lactosérum de fromage.

Cependant, les rendements en butyrate sont beaucoup plus faibles. Chez C. thermobutyricum, la gamme des glucides fermentescibles est intermédiaire, mais ne métabolise pas le saccharose ou l'amidon.

les producteurs de clostridium biobutirato produisent également plusieurs produits possibles, y compris l'acétate, H2, CO2, lactate et d'autres produits, en fonction des espèces de Clostridium comprennent.

La fermentation d'une molécule de glucose par C. tyrobutyricum et C. butyricum peut être exprimée comme indiqué ci-dessous:

Glucose → 0,85 Butyrate + 0,1 Acétate + 0,2 Lactate + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glucose → 0,8 Butyrate + 0,4 Acétate + 2,4 H2 + 2 CO2

La voie métabolique d'un microorganisme au cours de la fermentation anaérobie est affectée par plusieurs facteurs. Dans le cas de bactéries Clostridium, la production de butyrate, les facteurs qui affectent principalement la croissance et le rendement de la fermentation sont les suivantes: la concentration en glucose dans le milieu, le pH, la pression partielle de l'hydrogène et de l'acétate butyrate

Ces facteurs peuvent influencer le taux de croissance, la concentration des produits finis et la distribution des produits.

produits

Le principal produit de la fermentation butyrique est un acide carboxylique, l'acide butyrique, un acide gras à chaîne courte à quatre atomes de carbone (CH3CH2CH2COOH), également connu sous le nom d'acide n-butanoïque.

Il a une odeur désagréable et un goût piquant, mais laisse un goût sucré dans la bouche, semblable à celui de l'éther. Sa présence est caractéristique du beurre rance, responsable de son odeur et de son goût désagréables, d'où son nom dérivé du mot grec signifiant «beurre».

Cependant, certains esters de l'acide butyrique ont un goût ou une odeur agréable, raison pour laquelle ils sont utilisés comme additifs dans les aliments, les boissons, les cosmétiques et l'industrie pharmaceutique.

Utilisations et applications de l'acide butyrique

Biocarburants

L'acide butyrique a de nombreuses utilisations dans différentes industries. Il y a actuellement un grand intérêt à l'utiliser comme précurseur des biocarburants.

Industrie alimentaire et pharmaceutique

Il a également des applications importantes dans les industries des aliments et des arômes, en raison de son goût et de sa texture similaires à ceux du beurre.

Dans l'industrie pharmaceutique, il est utilisé comme composant de divers médicaments anticancéreux et autres traitements thérapeutiques, et dans la production de parfums, des esters de butyrate sont utilisés en raison de son parfum fruité.

Recherche sur le cancer

Il a été rapporté que le butyrate a divers effets sur la prolifération cellulaire, l'apoptose (mort cellulaire programmée) et la différenciation.

Cependant, différentes études ont montré des résultats opposés en termes d'effet du butyrate sur le cancer du côlon, donnant lieu à ce que l'on appelle le "paradoxe du butyrate".

Synthèse de produits chimiques

La production microbienne d'acide butyrique est une alternative attrayante préférable à la synthèse chimique. Le succès de la mise en œuvre industrielle de produits chimiques d'origine biologique dépend dans une large mesure du coût de production et de la performance économique du procédé.

Par conséquent, la production industrielle d'acide butyrique par fermentation nécessite une matière première économique, une efficacité de procédé à haut rendement, une grande pureté du produit et une forte robustesse des souches productrices.

Références

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2. Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Bactéries anaérobies: processus performants et contribuant à la durabilité de la vie sur la planète. Nova, 13 (24), 55-81. [En ligne]. Disponible à: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R.J., Sang, B.-I. (2012). L'avenir de l'acide butyrique dans l'industrie. The Scientific World Journal, [en ligne]. Disponible à: doi.org.
4. Jha, A.K., Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B. 2014. Une revue sur la production d'acide bio-butyrique et son optimisation. Int. J. Agric. Biol 16, 1019-1024.
5. Porter, J. R. (1961). Louis Pasteur Réalisations et déceptions, 1861. Examens bactériologiques, 25 (4), 389-403. [En ligne]. Disponible sur: mmbr.asm.org.