Fermentação butírica: processo, organismos e produtos

A fermentação gordura de manteiga ocorre quando a glucose a partir de ácido butírico é obtida como o principal produto final. É realizada por certas bactérias em condições de completa ausência de oxigênio e foi descoberta por Louis Pasteur, de acordo com sua nota em um relatório de 1861 sobre experimentos realizados em 1875.

A fermentação é um processo biológico através do qual uma substância é transformada em uma mais simples. É um processo catabólico de degradação de nutrientes para obter como produto final um composto orgânico.

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Louis pasteur

Esse processo não requer oxigênio, é anaeróbico e é característico de alguns microrganismos, como bactérias e leveduras. A fermentação também ocorre nas células animais, especialmente quando o suprimento celular de oxigênio é insuficiente. É um processo energeticamente eficiente.

A partir da molécula de glicose, usando a via de Embden-Meyerhof-Parnas (a via de glicólise mais comum), o piruvato é produzido. As fermentações partem do piruvato, que é fermentado para diferentes produtos. De acordo com os produtos finais, existem vários tipos de fermentação.

Processo de fermentação butírica

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A fermentação butírica é definida como a degradação da glicose (C6H12O6) para produzir ácido butírico (C4H8O2) e gás, em condições anaeróbias e com baixa eficiência energética. É característico para a produção de odores desagradáveis ​​e podres.

A fermentação butírica é realizada por bactérias Gram positivas, produtoras de esporos, do gênero Clostridium, tipicamente por Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, além de Clostridium kluyveri e Clostridium pasteurianum.

No entanto, outras bactérias classificadas nos gêneros Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera e Sarcina também foram relatadas como produtoras de butirato.

No processo de fermentação, a glicose é catabolizada em piruvato, produzindo duas moles de ATP e NADH. O piruvato é subsequentemente fermentado para vários produtos, dependendo da cepa bacteriana.

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No primeiro caso, o piruvato passa para o lactato e isso passa para o acetil-CoA com liberação de CO2. Posteriormente, duas moléculas de acetil-CoA formam acetoacetil-CoA, que é então reduzido a butiril-CoA, através de certas etapas intermediárias. Finalmente, Clostridium fermenta butiril-CoA em ácido butírico.

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As enzimas fosfotransbutirilase e butirato quinase são as principais enzimas para a produção de butirato. No processo de formação de butirato são formadas 3 moles de ATP.

Sob condições de crescimento exponencial, as células produzem mais acetato que butirato, uma vez que mais uma mole de ATP é formada (4 no total).

Ao final do crescimento exponencial e entrando na fase estacionária, as bactérias diminuem a produção de acetato e aumentam a produção de butirato, diminuindo a concentração total de íons hidrogênio, equilibrando o pH ácido do meio.

Organismos que realizam fermentação butírica

O microrganismo mais promissor, usado para a bioprodução do ácido butírico é o C. tyrobutyricum. Esta espécie é capaz de produzir ácido butírico com alta seletividade e pode tolerar altas concentrações deste composto.

No entanto, ele só pode fermentar com muito poucos carboidratos, incluindo glicose, xilose, frutose e lactato.

C. butyricum pode fermentar muitas fontes de carbono, incluindo hexoses, pentoses, glicerol, lignocelulose, melaço, amido de batata e permeado de soro de queijo.

No entanto, os rendimentos de butirato são muito mais baixos. Em C. thermobutyricum, a faixa de carboidratos fermentáveis ​​é intermediária, mas não metaboliza sacarose ou amido.

O biobutirato produtor de Clostridia também produz vários subprodutos possíveis, incluindo acetato, H2, CO2, lactato e outros produtos, dependendo das espécies de Clostridium.

A fermentação de uma molécula de glicose por C. tyrobutyricum e C. butyricum pode ser expressa como mostrado abaixo:

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Glicose → 0,85 Butirato + 0,1 Acetato + 0,2 Lactato + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glicose → 0,8 butirato + 0,4 acetato + 2,4 H2 + 2 CO2

A via metabólica de um microorganismo durante a fermentação anaeróbica é afetada por vários fatores. No caso das bactérias do gênero Clostridium, produtoras de butirato, os fatores que afetam principalmente o crescimento e o desempenho da fermentação são: a concentração de glicose no meio, o pH, a pressão parcial de hidrogênio, o acetato e o butirato

Esses fatores podem influenciar a taxa de crescimento, a concentração dos produtos finais e a distribuição dos produtos.

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O principal produto da fermentação butírica é um ácido carboxílico , ácido butírico, um ácido graxo de cadeia curta de quatro carbonos (CH3CH2CH2COOH), também conhecido como ácido n-butanóico

Tem um cheiro desagradável e um sabor pungente, mas deixa um gosto um pouco doce na boca, semelhante ao que acontece com o éter. Sua presença é característica na manteiga rançosa, sendo responsável pelo cheiro e sabor desagradáveis, daí o nome, que deriva da palavra grega que significa “manteiga”.

No entanto, certos ésteres do ácido butírico têm um sabor ou cheiro agradável, razão pela qual são usados ​​como aditivos em alimentos, bebidas, cosméticos e na indústria farmacêutica.

Usos e aplicações de ácido butírico

Biocombustíveis

O ácido butírico tem muitos usos em diferentes indústrias. Atualmente, existe um grande interesse em usá-lo como precursor dos biocombustíveis.

Indústria alimentícia e farmacêutica

Também possui aplicações importantes nas indústrias alimentícia e aromatizante, devido ao seu sabor e textura semelhantes à manteiga.

Na indústria farmacêutica, é usado como componente em vários medicamentos anticâncer e outros tratamentos terapêuticos, e na produção de perfumes ésteres de butirato, devido à sua fragrância frutada.

Pesquisa do câncer

Foi relatado que o butirato tem vários efeitos na proliferação celular, apoptose (morte celular programada) e diferenciação.

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No entanto, diferentes estudos deram resultados opostos em termos do efeito do butirato no câncer de cólon, levando ao chamado “paradoxo do butirato”.

Síntese de produtos químicos

A produção microbiana de ácido butírico é uma alternativa atraente preferível à síntese química. O sucesso da implementação industrial de produtos químicos de base biológica depende em grande parte do custo de produção / desempenho econômico do processo.

Portanto, a produção industrial de ácido butírico por processos de fermentação requer matéria-prima econômica, desempenho do processo de alta eficiência, alta pureza do produto e forte robustez das cepas produtoras.

Referências

  1. Ácido butírico Enciclopédia do Novo Mundo. [Em linha]. Disponível em: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohorquez, JA, Corredor, AM (2015). Bactérias anaeróbicas: processos que atuam e contribuem para a sustentabilidade da vida no planeta. Nova, 13 (24), 55-81. [Em linha]. Disponível em: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). O futuro do ácido butírico na indústria. The Scientific World Journal, [Online]. Disponível em: doi.org.
  4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Uma revisão sobre a produção de ácido bio-butírico e sua otimização. Int. J. Agric. Biol.16, 1019-1024.
  5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur Realizações e decepções, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389-403. [Em linha]. Disponível em: mmbr.asm.org.

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