Fermentasi butirat: proses, organisme, dan produk

Fermentasi butirat: proses, organisme, dan produk

fermentasi lemak susu terjadi ketika glukosa dari asam butirat diperoleh sebagai produk akhir utama. Hal ini dilakukan oleh bakteri tertentu di bawah kondisi ketiadaan oksigen dan ditemukan oleh Louis Pasteur, menurut catatannya dalam sebuah laporan pada tahun 1861 tentang eksperimen yang dilakukan pada tahun 1875.

Fermentasi adalah proses biologis yang mengubah suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana. Ini adalah proses katabolik, degradasi nutrisi untuk mendapatkan senyawa organik sebagai produk akhir.

Kontribusi Louis Pasteur untuk sains

Louis Pasteur

Proses ini tidak memerlukan oksigen, bersifat anaerobik, dan merupakan karakteristik dari beberapa mikroorganisme seperti bakteri dan ragi. Fermentasi juga terjadi pada sel-sel hewan, terutama ketika suplai oksigen ke sel tidak mencukupi. Ini adalah proses yang tidak efisien secara energi.

Dari molekul glukosa, menggunakan jalur Embden-Meyerhof-Parnas (jalur glikolisis yang paling umum), piruvat diproduksi. Fermentasi dimulai dari piruvat, yang difermentasi menjadi produk yang berbeda. Tergantung pada produk akhir, ada berbagai jenis fermentasi.

Indeks artikel

Proses fermentasi butirat

Fermentasi butirat didefinisikan sebagai degradasi glukosa (C6H12O6) untuk menghasilkan asam butirat (C4H8O2) dan gas, dalam kondisi anaerobik dan dengan hasil energi yang rendah. Ini adalah karakteristik untuk produksi bau yang tidak menyenangkan dan busuk.

Fermentasi butirat dilakukan oleh bakteri penghasil spora Gram positif dari genus Clostridium, biasanya Clostridium butyricum, Clostridium tyrobutyricum, Clostridium thermobutyricum, selain Clostridium kluyveri dan Clostridium pasteurianum.

Namun, bakteri lain yang diklasifikasikan dalam genera Butyrvibrio, Butyribacterium, Eubacterium, Fusobacterium, Megasphera dan Sarcina juga telah dilaporkan sebagai produsen butirat.

Dalam proses fermentasi, glukosa dikatabolisme menjadi piruvat, menghasilkan dua mol ATP dan NADH. Piruvat selanjutnya difermentasi menjadi berbagai produk, tergantung pada strain bakteri.

Dalam contoh pertama, piruvat menjadi laktat dan ini menjadi asetil-KoA dengan pelepasan CO2. Selanjutnya, dua molekul asetil-KoA membentuk asetoasetil-KoA, yang kemudian direduksi menjadi butiril-KoA, melalui langkah-langkah perantara tertentu. Akhirnya, Clostridium memfermentasi butiril-KoA menjadi asam butirat.

Enzim phosphotransbutyrylase dan butirat kinase adalah enzim kunci untuk produksi butirat. Dalam proses pembentukan butirat, 3 mol ATP terbentuk.

Di bawah kondisi pertumbuhan eksponensial, sel menghasilkan lebih banyak asetat daripada butirat, karena satu mol ATP terbentuk (total 4).

Pada akhir pertumbuhan eksponensial dan memasuki fase diam, bakteri menurunkan produksi asetat dan meningkatkan produksi butirat, mengurangi konsentrasi total ion hidrogen, menyeimbangkan pH asam medium.

Organisme yang melakukan fermentasi butirat

Mikroorganisme yang paling menjanjikan yang digunakan untuk bioproduksi asam butirat adalah C. tyrobutyricum. Spesies ini mampu menghasilkan asam butirat dengan selektivitas tinggi dan dapat mentolerir konsentrasi tinggi senyawa ini.

Namun, itu hanya dapat memfermentasi dari sangat sedikit karbohidrat, termasuk glukosa, xilosa, fruktosa, dan laktat.

C. butyricum dapat memfermentasi banyak sumber karbon, termasuk heksosa, pentosa, gliserol, lignoselulosa, molase, tepung kentang, dan whey permeat keju.

Namun, hasil butirat jauh lebih rendah. Dalam C. thermobutyricum, kisaran karbohidrat yang dapat difermentasi adalah antara, tetapi tidak memetabolisme sukrosa atau pati.

Clostridia penghasil biobutirat juga menghasilkan beberapa produk sampingan yang mungkin, termasuk asetat, H2, CO2, laktat, dan produk lainnya, tergantung 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

Jalur metabolisme mikroorganisme selama fermentasi anaerob dipengaruhi oleh beberapa faktor. Dalam kasus bakteri dari genus Clostridium, yang menghasilkan butirat, faktor-faktor yang terutama mempengaruhi pertumbuhan dan kinerja fermentasi adalah: konsentrasi glukosa dalam medium, pH, tekanan parsial hidrogen, asetat dan butirat.

Faktor-faktor ini dapat mempengaruhi laju pertumbuhan, konsentrasi produk akhir dan distribusi produk.

Produk

Produk utama fermentasi butirat adalah asam karboksilat , asam butirat, asam lemak rantai pendek empat karbon (CH3CH2CH2COOH), juga dikenal sebagai asam n-butanoat.

Ini memiliki bau yang tidak menyenangkan dan rasa yang tajam, namun meninggalkan rasa agak manis di mulut, mirip dengan apa yang terjadi dengan eter. Kehadirannya merupakan ciri khas mentega tengik, bertanggung jawab atas bau dan rasanya yang tidak enak, oleh karena itu namanya, yang berasal dari kata Yunani untuk “mentega.”

Namun, ester asam butirat tertentu memiliki rasa atau bau yang menyenangkan, itulah sebabnya mereka digunakan sebagai aditif dalam makanan, minuman, kosmetik, dan industri farmasi.

Penggunaan dan aplikasi asam butirat

Bahan Bakar Nabati

Asam butirat memiliki banyak kegunaan di berbagai industri. Saat ini ada minat besar untuk menggunakannya sebagai pendahulu biofuel.

Industri makanan dan farmasi

Ini juga memiliki aplikasi penting dalam industri makanan dan penyedap, karena rasa dan teksturnya yang seperti mentega.

Dalam industri farmasi digunakan sebagai komponen dalam berbagai obat antikanker dan perawatan terapeutik lainnya, dan ester butirat digunakan dalam produksi parfum, karena aroma buahnya.

Penelitian kanker

Butirat telah dilaporkan memiliki berbagai efek pada proliferasi sel, apoptosis (kematian sel terprogram), dan diferensiasi.

Namun, penelitian yang berbeda telah memberikan hasil yang bertentangan dalam hal efek butirat pada kanker usus besar, sehingga menimbulkan apa yang disebut “paradoks butirat”.

Sintesis bahan kimia

Produksi mikroba asam butirat adalah alternatif menarik yang lebih disukai untuk sintesis kimia. Keberhasilan penerapan industri bahan kimia berbasis bio sangat tergantung pada biaya produksi / kinerja ekonomi dari proses tersebut.

Oleh karena itu, produksi industri asam butirat melalui proses fermentasi membutuhkan bahan baku yang murah, kinerja proses dengan efisiensi tinggi, kemurnian produk yang tinggi, dan ketahanan yang kuat dari galur produksi.

Referensi

  1. asam butirat. Ensiklopedia Dunia Baru. [On line]. Tersedia di: newworldencyclopedia.org
  2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohorquez, JA, Corredor, AM (2015). Bakteri anaerobik: proses yang melakukan dan berkontribusi pada keberlanjutan kehidupan di planet ini. Nova, 13 (24), 55-81. [On line]. Tersedia di: scielo.org.co
  3. Dwidar, M., Park, J.-Y., Mitchell, RJ, Sang, B.-I. (2012). Masa Depan Asam Butirat di Industri. Jurnal Dunia Ilmiah, [Online]. Tersedia di: doi.org.
  4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Tinjauan tentang produksi asam bio-butirat dan optimalisasinya. Int.J.Agric. Biol.16, 1019-1024.
  5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Prestasi dan kekecewaan, 1861. Tinjauan Bakteriologis, 25 (4), 389–403. [On line]. Tersedia di: mmbr.asm.org.