부티르산 발효 부티르산으로부터 글루코스의 주요 최종 생성물로서 수득 될 때 발생한다. 이것은 산소가 완전히없는 상태에서 특정 박테리아에 의해 수행되며 1875 년에 수행 된 실험에 대한 1861 년 보고서에서 Louis Pasteur에 의해 발견되었습니다.
발효는 물질이 더 단순한 물질로 변형되는 생물학적 과정입니다. 최종 제품으로 유기 화합물을 얻기 위해 영양소를 분해하는 이화 과정입니다.
루이 파스퇴르
이 과정은 산소가 필요하지 않고 혐기성이며 박테리아 및 효모와 같은 일부 미생물의 특징입니다. 발효는 동물의 세포에서도 발생하며, 특히 세포의 산소 공급이 충분하지 않을 때 발생합니다. 에너지 적으로 낮은 수율 프로세스입니다.
Embden-Meyerhof-Parnas 경로 (가장 일반적인 해당 과정)를 사용하여 포도당 분자에서 피루 베이트가 생성됩니다. 발효는 다른 제품으로 발효되는 피루 베이트에서 시작됩니다. 최종 제품에 따라 다양한 유형의 발효가 있습니다.
Butyric 발효 공정
부 티르 발효는 혐기성 조건에서 낮은 에너지 수율로 부티르산 (C4H8O2)과 가스를 생산하기위한 포도당 (C6H12O6)의 분해로 정의됩니다. 불쾌하고 썩은 냄새가 나는 특징입니다.
Butyric 발효는 Clostridium 속의 그람 양성 포자 생성 박테리아, 일반적으로 Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, Clostridium kluyveri 및 Clostridium pasteurianum에 의해 수행됩니다.
그러나 Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera 및 Sarcina 속으로 분류 된 다른 박테리아도 butyrate의 생산자로보고되었습니다.
발효 과정에서 포도당은 피루 베이트로 분해되어 2 몰의 ATP와 NADH를 생성합니다. 피루 베이트는 이후 박테리아 균주에 따라 다양한 제품으로 발효됩니다.
첫 번째 경우 피루 베이트는 젖산이되고 이것은 CO2의 방출과 함께 아세틸 -CoA가됩니다. 그 후, 두 개의 아세틸 -CoA 분자가 아세토 아세틸 -CoA를 형성하고, 이는 특정 중간 단계를 통해 부티 릴 -CoA로 환원됩니다. 마지막으로 Clostridium은 부티 릴 -CoA를 부티르산으로 발효시킵니다.
효소 phosphotransbutyrylase와 butyrate kinase는 butyrate 생산을위한 핵심 효소입니다. 부티레이트 형성 과정에서 3 몰의 ATP가 형성됩니다.
기하 급수적 인 성장 조건에서 세포는 ATP의 1 몰 (총 4 몰)이 더 형성됨에 따라 부티레이트보다 더 많은 아세테이트를 생산합니다.
기하 급수적 인 성장이 끝나고 고정기에 들어가면 박테리아는 아세테이트 생성을 감소시키고 부티레이트 생성을 증가시켜 총 수소 이온 농도를 감소시키고 배지의 산성 pH 균형을 맞 춥니 다.
부 티르 발효를 수행하는 유기체
부티르산의 생물학적 생산에 사용되는 가장 유망한 미생물은 C. tyrobutyricum입니다. 이 종은 선택성이 높은 부티르산을 생산할 수 있으며이 화합물의 고농도를 견딜 수 있습니다.
그러나 포도당, 자일 로스, 과당 및 젖산을 포함하여 매우 적은 탄수화물에서만 발효 할 수 있습니다.
C. butyricum은 육탄 당, 펜 토스, 글리세롤, 리그 노 셀룰로스, 당밀, 감자 전분, 치즈 유청 퍼미 에이트를 포함한 많은 탄소원을 발효시킬 수 있습니다.
그러나 부티레이트 수율은 훨씬 낮습니다. C. thermobutyricum에서 발효 가능한 탄수화물의 범위는 중간 정도이지만 자당이나 전분을 대사하지는 않습니다.
Biobutyrate를 생성하는 clostridia는 Clostridium 종에 따라 아세테이트, H2, CO2, 젖산 및 기타 제품을 포함한 여러 가지 가능한 부산물을 생성합니다.
C. tyrobutyricum 및 C. butyricum에 의한 포도당 분자의 발효는 다음과 같이 표현 될 수 있습니다.
포도당 → 0.85 부티레이트 + 0.1 아세테이트 + 0.2 젖산 + 1.9 H2 + 1.8 CO2
포도당 → 0.8 부티레이트 + 0.4 아세테이트 + 2.4 H2 + 2 CO2
혐기성 발효 중 미생물의 대사 경로는 여러 요인의 영향을받습니다. 부티레이트를 생산하는 Clostridium 속 박테리아의 경우 성장과 발효 성능에 주로 영향을 미치는 요인은 배지 내 포도당 농도, pH, 수소 분압, 아세테이트 및 부티레이트.
이러한 요소는 성장률, 최종 제품의 농도 및 제품의 분포에 영향을 줄 수 있습니다.
제품
부 티르 발효의 주요 생성물은 n- 부 탄산으로도 알려진 단쇄 4 탄소 지방산 (CH3CH2CH2COOH) 인 카르 복실 산, 부티르산입니다.
그것은 불쾌한 냄새와 매운 맛이 있지만 에테르에서 일어나는 것과 비슷한 약간 달콤한 맛을 입에 남깁니다. 그것의 존재는 불쾌한 냄새와 맛의 원인이되는 썩은 버터의 특징이며, 따라서 그 이름은 그리스어 "버터"에서 유래되었습니다.
그러나 특정 부티르산 에스테르는 맛이나 냄새가 좋기 때문에 식품, 음료, 화장품 및 제약 산업에서 첨가제로 사용됩니다.
부티르산의 용도 및 응용
바이오 연료
부티르산은 다양한 산업 분야에서 많은 용도로 사용됩니다. 현재 바이오 연료의 전구체로 사용하는 데 큰 관심이 있습니다.
식품 및 제약 산업
또한 버터와 같은 맛과 질감으로 인해 식품 및 향료 산업에서 중요한 용도로 사용됩니다.
제약 산업에서는 다양한 항암제 및 기타 치료 치료제의 성분으로 사용되며 과일 향으로 인해 부티레이트 에스테르가 향수 생산에 사용됩니다.
암 연구
부티레이트는 세포 증식, 세포 사멸 (프로그램 된 세포 사멸) 및 분화에 다양한 영향을 미치는 것으로보고되었습니다.
그러나 부티레이트가 결장암에 미치는 영향과 관련하여 다른 연구에서 반대되는 결과를 제시하여 소위 "부티레이트 역설"을 일으켰습니다.
화학 합성
부티르산의 미생물 생산은 화학적 합성에 대한 바람직한 대안입니다. 바이오 기반 화학 물질의 산업적 구현의 성공은 생산 비용 / 공정의 경제적 성과에 크게 좌우됩니다.
따라서 발효 공정에 의한 부티르산의 산업적 생산에는 저렴한 원료, 고효율 공정 성능, 높은 제품 순도 및 생산 균주의 강력한 견고성이 필요합니다.
참고 문헌
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