PENAPAIAN BUTIR: PROSES, ORGANISMA DAN PRODUK - BIOLOGI - 2026

The penapaian butyric berlaku apabila glukosa daripada asid butyric diperolehi sebagai produk akhir utama. Ia dilakukan oleh bakteria tertentu dalam keadaan ketiadaan oksigen sepenuhnya dan ditemui oleh Louis Pasteur, menurut catatannya dalam sebuah laporan pada tahun 1861 mengenai eksperimen yang dilakukan pada tahun 1875.

Fermentasi adalah proses biologi yang mana zat diubah menjadi lebih mudah. Ini adalah proses katabolik, penurunan nutrien untuk mendapatkan sebatian organik sebagai produk akhir.

Louis Pasteur

Proses ini tidak memerlukan oksigen, ia bersifat anaerob, dan merupakan ciri beberapa mikroorganisma seperti bakteria dan ragi. Fermentasi juga berlaku pada sel-sel haiwan, terutamanya apabila bekalan oksigen sel tidak mencukupi. Ini adalah proses penghasilan rendah yang bertenaga.

Dari molekul glukosa, menggunakan jalur Embden-Meyerhof-Parnas (jalur glikolisis yang paling biasa), piruvat dihasilkan. Fermentasi bermula dari piruvat, yang ditapai menjadi produk yang berbeza. Bergantung pada produk akhir, terdapat pelbagai jenis penapaian.

Proses penapaian butyric

Fermentasi butir didefinisikan sebagai penurunan glukosa (C6H12O6) untuk menghasilkan asid butyrik (C4H8O2) dan gas, dalam keadaan anaerobik dan dengan hasil tenaga yang rendah. Ini adalah ciri untuk mengeluarkan bau yang tidak menyenangkan dan busuk.

Penapaian butyric dilakukan oleh bakteria spora Gram-positif spesis genus Clostridium, biasanya Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, selain Clostridium kluyveri dan Clostridium pasteurianum.

Walau bagaimanapun, bakteria lain yang dikelaskan dalam genera Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera dan Sarcina juga telah dilaporkan sebagai pengeluar butirat.

Dalam proses penapaian, glukosa dikatabolisme menjadi piruvat, menghasilkan dua mol ATP dan NADH. Pyruvate kemudiannya diperam ke dalam pelbagai produk, bergantung pada ketegangan bakteria.

Pada mulanya, piruvat menjadi laktat dan ini menjadi asetil-CoA dengan pembebasan CO2. Selepas itu, dua molekul asetil-CoA membentuk acetoacetyl-CoA, yang kemudian diturunkan menjadi butilil-CoA, melalui langkah-langkah pertengahan tertentu. Akhirnya, Clostridium memanaskan butyryl-CoA menjadi asid butirik.

Enzim phosphotransbutyrylase dan butyrate kinase adalah enzim utama untuk pengeluaran butirat. Dalam proses pembentukan butirat, 3 mol ATP terbentuk.

Dalam keadaan pertumbuhan eksponensial, sel menghasilkan lebih banyak asetat daripada butirat, kerana satu mol mol ATP terbentuk (4 secara keseluruhan).

Pada akhir pertumbuhan eksponensial dan memasuki fasa pegun, bakteria menurunkan pengeluaran asetat dan meningkatkan pengeluaran butirat, mengurangkan kepekatan total ion hidrogen, menyeimbangkan pH berasid medium.

Organisma yang melakukan penapaian butir

Mikroorganisma yang paling menjanjikan yang digunakan untuk penghasilan bio asid butik ialah C. tyrobutyricum. Spesies ini mampu menghasilkan asid butik dengan selektiviti tinggi dan boleh bertolak ansur dengan kepekatan sebatian yang tinggi.

Walau bagaimanapun, ia hanya dapat fermentasi dari karbohidrat yang sangat sedikit, termasuk glukosa, xilosa, fruktosa, dan laktat.

C. butyricum dapat memanaskan banyak sumber karbon, termasuk heksosa, pentosa, gliserol, lignoselulosa, molase, pati kentang, dan keju whey meresap.

Walau bagaimanapun, hasil butirat jauh lebih rendah. Di C. thermobutyricum, julat karbohidrat yang boleh ditapai adalah pertengahan, tetapi tidak memetabolismekan sukrosa atau kanji.

Clostridia penghasil biobutyrate juga menghasilkan beberapa kemungkinan produk sampingan, termasuk asetat, H2, CO2, laktat, dan produk lain, bergantung pada spesies Clostridium.

Fermentasi molekul glukosa oleh C. tyrobutyricum dan C. butyricum dapat dinyatakan sebagai berikut:

Glukosa → 0.85 Butirat + 0.1 Asetat + 0.2 Laktat + 1.9 H2 + 1.8 CO2

Glukosa → 0.8 Butirat + 0.4 Asetat + 2.4 H2 + 2 CO2

Jalan metabolik mikroorganisma semasa penapaian anaerob dipengaruhi oleh beberapa faktor. Dalam kes bakteria genus Clostridium, yang menghasilkan butirat, faktor-faktor yang mempengaruhi prestasi pertumbuhan dan penapaian adalah: kepekatan glukosa dalam medium, pH, tekanan separa hidrogen, asetat dan butirat.

Faktor-faktor ini dapat mempengaruhi kadar pertumbuhan, kepekatan produk akhir dan pengedaran produk.

produk

Produk utama fermentasi butir adalah asid karboksilik, asid butirik, asid lemak empat-karbon rantai pendek (CH3CH2CH2COOH), juga dikenali sebagai asid n-butanoik.

Ia memiliki bau yang tidak menyenangkan dan rasa pedas, namun ia meninggalkan rasa yang agak manis di mulut, mirip dengan yang terjadi pada eter. Kehadirannya adalah ciri mentega tengik, bertanggung jawab atas bau dan rasanya yang tidak menyenangkan, oleh itu namanya, yang berasal dari kata Yunani untuk "mentega."

Walau bagaimanapun, ester asid butirat tertentu mempunyai rasa atau bau yang menyenangkan, sebab itulah ia digunakan sebagai bahan tambahan dalam makanan, minuman, kosmetik, dan industri farmaseutikal.

Kegunaan dan penggunaan asid butirat

Bahan api bio

Asid butik mempunyai banyak kegunaan dalam industri yang berbeza. Terdapat minat besar untuk menggunakannya sebagai pendahulu kepada biofuel.

Industri makanan dan farmaseutikal

Ini juga memiliki aplikasi penting dalam industri makanan dan perasa, kerana rasa dan teksturnya seperti mentega.

Dalam industri farmaseutikal, ia digunakan sebagai komponen dalam pelbagai ubat antikanker dan rawatan terapi lain, dan ester butirat digunakan dalam pengeluaran minyak wangi, kerana harum buahnya.

Penyelidikan Kanser

Butyrate telah dilaporkan mempunyai pelbagai kesan terhadap percambahan sel, apoptosis (kematian sel yang diprogramkan), dan pembezaan.

Walau bagaimanapun, kajian yang berlainan telah memberikan hasil yang bertentangan dari segi kesan butyrate terhadap barah usus besar, sehingga menimbulkan apa yang disebut "butyrate paradox".

Sintesis kimia

Penghasilan mikroba asid butirat adalah alternatif menarik yang lebih baik daripada sintesis kimia. Kejayaan pelaksanaan industri bahan kimia berasaskan bio sangat bergantung pada kos pengeluaran / prestasi ekonomi proses.

Oleh itu, pengeluaran industri butirat oleh proses fermentasi memerlukan bahan mentah yang murah, prestasi proses kecekapan tinggi, ketulenan produk yang tinggi, dan ketahanan kuat dari regangan penghasil.

Rujukan

1. Asid butik. Ensiklopedia Dunia Baru. . Terdapat di: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Bakteria anaerob: proses yang menjalankan dan menyumbang kepada kelestarian kehidupan di planet ini. Nova, 13 (24), 55-81. . Terdapat di: scielo.org.co
3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Masa Depan Asid Butik dalam Industri. Jurnal Dunia Ilmiah,. Terdapat di: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Kajian mengenai pengeluaran asid bio-butirat dan pengoptimumannya. Int. J. Agric. Biol 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Pencapaian dan kekecewaan, 1861. Ulasan Bakteriologi, 25 (4), 389–403. . Terdapat di: mmbr.asm.org.