- Processo de ferrmentação butírica
- Organismos que realizam fermentação butírica
- produtos
- Usos e aplicações de ácido butírico
- Biocombustíveis
- Indústria alimentar e farmacêutica
- Pesquisa sobre câncer
- Síntese química
- Referências
A fermentação butírica ocorre quando a glicose do ácido butírico é obtida como o principal produto final. É realizado por certas bactérias em condições de completa ausência de oxigênio e foi descoberto por Louis Pasteur, de acordo com 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.
Louis Pasteur
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. A fermentação começa com o piruvato, que é fermentado em diferentes 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 Gram-positivas produtoras de esporos 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 principais enzimas para a produção de butirato. No processo de formação do 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: a concentração de glicose no meio, o pH, a pressão parcial do hidrogênio, o acetato e o 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 quatro carbonos de cadeia curta (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, certos ésteres de ácido butírico têm 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 de 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, diferentes 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 forte robustez das cepas de produção.
Referências
- Ácido butírico. Enciclopédia do Novo Mundo.. Disponível em: newworldencyclopedia.org
- Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Bactérias anaeróbias: processos que realizam e contribuem para a sustentabilidade da vida no planeta. Nova, 13 (24), 55-81.. Disponível em: scielo.org.co
- Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). O futuro do ácido butírico na indústria. The Scientific World Journal,. Disponível em: doi.org.
- 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.
- Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Realizações e decepções, 1861. Bacteriological Reviews, 25 (4), 389–403.. Disponível em: mmbr.asm.org.