Ζύμωση προπιονικού οξέος

Ζύμωση προπιονικού οξέος

προπιονικού οξέος Το προπιονικό οξύ είναι ένα υποπροϊόν της ζύμωσης της γλυκόζης, ενός υδατάνθρακα. Η διαδικασία παράγει οργανικά οξέα και αέρια εκτός από το προπιονικό οξύ. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η ζύμωση της γλυκόζης δημιουργεί CO2, λακτόζη και αμίνη. Όλα αυτά τα συστατικά χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες για τη ζύμωση προπιονικού οξέος. Επιπλέον, η ζύμωση με προπιονικό οξύ είναι μια οικονομική διαδικασία που παράγει διάφορα χρήσιμα προϊόντα.

  1. 35.2 Απεικόνιση της ανάπτυξης του Propionibacterium acidipropionici στο Emmentaler ΠΟΠ

Οι καλλιέργειες PAB χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή του Emmentaler PDO. Αυτές οι καλλιέργειες περιείχαν διαφορετικά επίπεδα ασπαρτικής κινάσης, ενός καταβολικού ενζύμου που εμπλέκεται στον μεταβολισμό των αμινοξέων. Επιπλέον, το ένζυμο αποδείχθηκε ότι εκφράζεται στον ανθρώπινο πεπτικό σωλήνα. Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι τα προπιονοβακτήρια υπάρχουν στα τυριά ακόμα και μετά από αρκετούς μήνες ωρίμανσης.

Η προκύπτουσα καλλιέργεια περιείχε υψηλά επίπεδα γλουταμικού οξέος και αυξημένη περιεκτικότητα σε αμινοξέα με την πάροδο του χρόνου. Περιείχε επίσης ενεργές πεπτιδάσες, λυσίνη, βαλίνη και αλανίνη. Περιείχε επίσης μεγάλες ποσότητες πεπτιδίων που προέρχονται από καζεΐνη, όπως προλίνη και λευκίνη. Εικ. 35.2 Ανάπτυξη του Propionibacterium acidipropionici στο Emmentaler ΠΟΠ

Παρά τις πολλές απομονώσεις, η ποικιλομορφία αυτών των βακτηρίων παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητη στο ώριμο τυρί. Σε μια προηγούμενη μελέτη, ο Fessler D. και οι συνεργάτες του είχαν απομονώσει το P. freudenreichii propionibacterium από ώριμο Emmentaler PDO χρησιμοποιώντας IS-RFLP. Το Propionibacterium acidipropionici στο νωπό γάλα είχε παρόμοιο επιπολασμό με το P. freudenreichii.

Το CdM, ή μέσο χωρίς ασβέστιο, είναι ένα χημικά καθορισμένο μέσο ανάπτυξης. Το μέσο περιέχει 12,8 g NaCl, 0,6 g KH2PO 4 και 0,4 g οξικό κάλιο. Περιέχει επίσης 50 mg θειαμίνης, 100 mg ριβοφλαβίνης και 100 mg νικοτιναμίδης.

Η σύγκριση της ανάπτυξης των δύο απομονώσεων έδειξε ότι το πρώτο είχε υψηλότερους ρυθμούς ανάπτυξης σε χαμηλότερα pH από το δεύτερο, ενώ το δεύτερο είχε χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν επίσης ότι το P. freudenreichii ήταν ευαίσθητο στην αλατότητα. Ωστόσο, μια δόση δέκα g/L εκχυλίσματος μαγιάς L-1 αποκατέστησε τη μειωμένη ανοχή στο στρες.

Εκτός από τη μελέτη της ειδικής δραστηριότητας του P. freudenreichii σε υψηλά επίπεδα pH, αυτή η μελέτη εξέτασε επίσης τις διαφορές στην ανάπτυξη μεταξύ άγριου τύπου και καλλιεργημένου P. freudenreichii στο τυρί. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η υψηλή δραστικότητα ασπαρτάσης στα τυριά μπορεί να αποτρέψει την καθυστερημένη ζύμωση σε τυριά ελβετικού τύπου.

Το OD650 των καλλιεργειών που περιέχουν PF#279 μειώθηκε μετά την επώαση κατά τη διάρκεια της στατικής φάσης και αρκετές πρωτεΐνες ανιχνεύθηκαν στα υπερκείμενα της καλλιέργειας. Είναι ενδιαφέρον ότι το CIRM1 εκκρίνει μια εξωκυτταρική εστεράση, CIRM1, με ειδικότητα για ναφθυλεστέρες. Το ένζυμο CIP103026 υπάρχει επίσης στο P. freudenreichii subsp. freudenreichii, αλλά με διαφορετικές ιδιότητες.

Αποτελέσματα ζυμώσεων τροφοδοτούμενης παρτίδας

Σε ζυμωτήρα 150 λίτρων, η πρώτη ύλη P. acidipropionici (στάδιο Sartorius) τροφοδοτήθηκε σε μια συνεχή καλλιέργεια βακτηρίων για ζύμωση προπιονικού οξέος. Τα αποτελέσματα του πειράματος έδειξαν ότι η συγκέντρωση σακχάρου στον ζωμό ζύμωσης μειώθηκε στα 10 g L-1 μετά από 48 ώρες και 68 ώρες, αντίστοιχα. Αυτά τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με εκείνα που ελήφθησαν σε λειτουργία συνεχούς καλλιέργειας, η οποία απέδωσε 0,59 gL-1 h-1 προπιονικού οξέος.

Αναπτύχθηκε μια μέθοδος ζύμωσης τροφοδοτούμενης παρτίδας, στην οποία το P. acidipropionici καλλιεργήθηκε σε ένα εμβόλιο 100 g/L. Το μέσο περιείχε ένα εμβόλιο πέντε-δέκα τοις εκατό P. acidipropionici, το οποίο επαρκεί για την εμπορική παραγωγή του βιοκαυσίμου. Η αυτόματη προσθήκη NH3-H2O διατήρησε το pH του μέσου ζύμωσης στο 7,0. Οι πηγές άνθρακα για τις πρώτες ύλες ήταν 48g/L γλυκόζης και 12g/L γλυκερόλη. Το μέσο ζύμωσης τροφοδοτήθηκε περαιτέρω με 40 g/L γλυκόζης κατά διαστήματα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τροφοδοσίας.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, υδρολυμένα κύτταρα καλαμποκιού και απόβλητα propionibacterium συνδυάστηκαν με μελάσα για να παράγουν προπιονικό οξύ. Η συγκέντρωση σακχάρου στην πρώτη ύλη ήταν αρχικά 40 g l-1. Η συγκέντρωση της πρώτης ύλης διατηρήθηκε σε αυτή τη συγκέντρωση κατά τη διάρκεια της ζύμωσης τροφοδοτούμενης παρτίδας. Τα αποτελέσματα της ζύμωσης τροφοδοτούμενης παρτίδας ελήφθησαν για την παραγωγή βιταμίνης Β12 και προπιονικού οξέος.

Η λειτουργία παρτίδας ήταν μια αποτελεσματική μέθοδος ζύμωσης για τη βελτίωση του τίτλου PA και η χρήση συμπυκνωμένου DDAPH σε μέσα τροφοδοσίας βελτίωσε σημαντικά τον τίτλο και την παραγωγικότητα PA. Η αύξηση της συγκέντρωσης της πρώτης ύλης αύξησε τον τίτλο PA και μείωσε την αναστολή του υποστρώματος. Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά για τη βιομηχανική παραγωγή προπιονικού οξέος. Στο μέλλον, η ζύμωση τροφοδοτούμενης παρτίδας πιθανότατα θα γίνει βιώσιμη επιλογή για την αύξηση της παραγωγής PA.

Αυτή η μέθοδος μπορεί να αυξήσει την παραγωγή PA από άλλες πηγές άνθρακα. Η ανάπτυξη των στελεχών Propionibacterium acidipropionici απαιτεί κατάλληλη πηγή άνθρακα για τη μεγιστοποίηση της παραγωγής PA. Η τιμή του pH του μέσου είναι βασικός παράγοντας στην παραγωγικότητα της PA. Επιπλέον, στελέχη που έχουν τροποποιηθεί με μεταβολική μηχανική μπορεί να ενισχύσουν την παραγωγή PA. Αυτά τα στελέχη θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε έναν βιοαντιδραστήρα για την αύξηση της απόδοσης.

Το προπιονικό οξύ αναγνωρίζεται γενικά ως ασφαλές συντηρητικό τροφίμων παρά την τοξικότητά του. Ωστόσο, ορισμένες μελέτες έχουν βρει ότι το προπιονικό οξύ μπορεί να επιδεινώσει τα συμπτώματα της διαταραχής του φάσματος του αυτισμού (ASD). Ενώ αυτή η χημική ουσία παράγεται από ζύμωση στο έντερο, περνά μέσα από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και μπορεί να προκαλέσει νευροενεργά αποτελέσματα παρόμοια με εκείνα που βιώνουν τα άτομα με ΔΑΦ. Το προπιονικό οξύ χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία τροφίμων και υπάρχει σε πολλά επεξεργασμένα δημητριακά.

Επίδραση των λιγνοκυτταρινικών αναστολέων στην ανάπτυξη του Propionibacterium acidipropionici

Για την ανάπτυξη οικονομικά βιώσιμων βιοδιυλιστηρίων, απαιτείται η παραγωγή χημικών ουσιών προστιθέμενης αξίας. Το προπιονικό οξύ (PA) είναι ένα πιθανό δομικό στοιχείο χημικών ουσιών με βάση το C3. Εξετάσαμε την επίδραση των λιγνοκυτταρινικών αναστολέων στην παραγωγή PA χρησιμοποιώντας P. acidipropionici. Εδώ, αναφέρουμε τα αποτελέσματα της ζύμωσης χρησιμοποιώντας ένα φυσικό βακτήριο που παράγει PA.

Ένας άφθονος ανανεώσιμος λιγνοκυτταρινικός πόρος, η αναερόβια ζύμωση του καλαμποκιού βελτίωσε τον τίτλο PA και την παραγωγικότητα από 32,1 g/L σε 64,7 g/L. Οι αλλαγές στις συνθήκες διεργασίας διπλασίασαν τον τίτλο PA. Η εμφάνιση LA στη ζύμωση επηρεάζεται από την πηγή αζώτου και δεν έχει διερευνηθεί στις περισσότερες μελέτες ζύμωσης PA.

Επιπλέον, η παραγωγικότητα του PA θα μπορούσε να αυξηθεί αυξάνοντας την κυτταρική πυκνότητα. Για παράδειγμα, οι Stowers et al. ανέφερε ότι ο ρυθμός βακτηριακής ανάπτυξης ήταν δύο g/L την ώρα σε 0,98 g/L K2HPO4 και 1,42 g/L γλυκερόλης. Ομοίως, οι Wang et al. έδειξε έναν τίτλο PA 55 g/L από καθαρή γλυκόζη.

Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλά άγνωστα σχετικά με τον μηχανισμό αποτοξίνωσης των υδρολυμάτων λιγνοκυτταρίνης. Παρ’ όλα αυτά, μπορούμε να υποθέσουμε τα αποτελέσματα της προεπεξεργασίας με αλκάλια στο Propionibacterium acidipropionici χρησιμοποιώντας ένα κοκτέιλ αναστολέα. Αυτοί οι αναστολείς περιλαμβάνουν υδροξείδια ασβεστίου, νατρίου και καλίου.

Η λιγνοκυτταρινική βιομάζα είναι ένας ανανεώσιμος πόρος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή βιοκαυσίμων. Επιπλέον, αυτά τα καύσιμα μπορούν να ανακουφίσουν την έλλειψη ενέργειας που μαστίζει τον κόσμο. Ένα από τα πιο κρίσιμα βήματα στη μετατροπή της βιομάζας είναι η προεπεξεργασία της λιγνοκυτταρίνης. Επιπλέον, η προεπεξεργασία μπορεί να καταστρέψει το αποτέλεσμα διασύνδεσης μεταξύ κυτταρίνης και ημικυτταρίνης, γεγονός που βελτιώνει την απόδοση της ενζυματικής υδρόλυσης.

Αυτά τα πειράματα δείχνουν ότι η βέλτιστη συγκέντρωση προπιονικού οξέος ήταν 0,613 g l-1 για την πρώτη παρτίδα. Η τελική συγκέντρωση ηλεκτρικού οξέος και οξικού οξέος μειώθηκε σημαντικά, ενώ η παραγωγή οξικού οξέος μειώθηκε από 3,3 g L-1 σε 0,4 g l-1, αντίστοιχα, μέσω διαδοχικών παρτίδων.

Η διαδικασία ζύμωσης βελτιστοποιήθηκε για μέγιστη παραγωγή ΡΑ. Η προσθήκη αερίου βελτίωσε την απόδοση σε σύγκριση με το CO2. Επιπλέον, διερευνήθηκε η χρήση πηγών αζώτου και παραγόντων εξουδετέρωσης. Ο καλύτερος συνδυασμός αυτών των τεσσάρων ήταν το εκχύλισμα μαγιάς συν NH4OH μειώνοντας παράλληλα την παραγωγή γαλακτικού οξέος. Απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για να καθοριστεί εάν αυτή η διαδικασία ζύμωσης είναι κατάλληλη για εμπορική εφαρμογή.

Οι συγγραφείς της μελέτης ανέπτυξαν έναν κατάλογο με πιθανά μόρια δομικών μονάδων. Από εκεί επιλέχθηκαν πενήντα υποψήφιοι. Βρήκαν οξικό οξύ (CA) και προπιονικό οξύ (PAP). Και τα δύο VFA έχουν χρησιμοποιήσει ευρέως χημικά συστατικά σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της διατήρησης των ζωοτροφών.

Leave a Reply

Your email address will not be published.