Fermentação butírica: processo, organismos e produtos - Ciência - 2023

Contente

o fermentação butírica Ocorre quando o ácido butírico é obtido da glicose como principal produto final. É realizado por certas bactérias em condições de completa ausência de oxigênio e foi descoberto por Louis Pasteur, segundo sua nota em um relatório em 1861 sobre experimentos realizados em 1875.

A fermentação é um processo biológico por meio do qual uma substância se transforma em outra mais simples. É um processo catabólico, de degradação de nutrientes para obtenção de um composto orgânico como produto final.

Este processo não requer oxigênio, é anaeróbico e é característico de alguns microrganismos, como bactérias e leveduras. A fermentação também ocorre nas células dos animais, especialmente quando o suprimento celular de oxigênio é insuficiente. É um processo de baixo rendimento energético.

A partir da molécula de glicose, usando a via Embden-Meyerhof-Parnas (a via mais comum da glicólise), o piruvato é produzido. As fermentações partem do piruvato, que é fermentado em diversos produtos. Dependendo dos produtos finais, existem diferentes tipos de fermentação.

Processo de ferrmentação butírica

A fermentação butírica é definida como a degradação da glicose (C6H12O6) para a produção de ácido butírico (C4H8O2) e gás, em condições anaeróbias e com baixo rendimento energético. É característico para a produção de odores desagradáveis e pútridos.

A fermentação butírica é realizada por bactérias produtoras de esporos Gram-positivas do gênero Clostridium, tipicamente 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 dois moles de ATP e NADH. O piruvato é posteriormente fermentado em vários produtos, dependendo da cepa bacteriana.

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

As enzimas fosfotransbutirilase e butirato quinase são as enzimas chave para a produção de butirato. No processo de formação de butirato, 3 moles de ATP são formados.

Em condições de crescimento exponencial, as células produzem mais acetato do que butirato, à medida que mais um mol de ATP é formado (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, reduzindo a concentração total de íons hidrogênio, equilibrando o pH ácido do meio.

Organismos que realizam fermentação butírica

O microrganismo mais promissor utilizado para a bioprodução de ácido butírico é C. tyrobutyricum. Esta espécie é capaz de produzir ácido butírico com alta seletividade e pode tolerar altas concentrações desse composto.

No entanto, ele só pode fermentar a partir de 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.

Os clostrídios produtores de biobutirato também produzem 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 da seguinte forma:

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

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

produtos

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

Tem um cheiro desagradável e um sabor picante, mas deixa na boca um sabor ligeiramente adocicado, semelhante ao que acontece com o éter. Sua presença é característica da manteiga rançosa, sendo responsável por seu cheiro e sabor desagradáveis, daí seu nome, que é derivado da palavra grega para "manteiga".

No entanto, alguns ésteres de ácido butírico têm um sabor ou odor 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, há grande interesse em usá-lo como precursor de biocombustíveis.

Indústria alimentar e farmacêutica

Também tem importantes aplicações nas indústrias alimentícias e de aromatizantes, devido ao seu sabor e textura semelhantes aos da manteiga.

Na indústria farmacêutica é utilizado como componente em diversos fármacos anticâncer e outros tratamentos terapêuticos, e os ésteres de butirato são utilizados na produção de perfumes, devido à sua fragrância frutada.

Pesquisa sobre câncer

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

No entanto, diversos estudos deram resultados contrários em termos do efeito do butirato no câncer de cólon, dando origem ao chamado “paradoxo do butirato”.

Síntese química

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 é altamente dependente do custo de produção / desempenho econômico do processo.

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

Referências

Ácido butírico. Enciclopédia do Novo Mundo. [Em linha]. Disponível em: newworldencyclopedia.org
Corrales, L.C., Antolinez, D.M., Bohórquez, J.A, Corredor, A.M. (2015). Bactérias anaeróbias: processos que realizam e contribuem para a sustentabilidade da vida no planeta. Nova, 13 (24), 55-81. [Em linha]. Disponível em: scielo.org.co
Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, R. J., Sang, B.-I. (2012). O futuro do ácido butírico na indústria. The Scientific World Journal, [online]. Disponível em: doi.org.
Jha, A.K., 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.
Porter, J. R. (1961). Louis Pasteur. Realizações e decepções, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389–403. [Em linha]. Disponível em: mmbr.asm.org.