酪酸発酵は、酪酸からグルコースを主要な最終生成物として得られる場合に発生します。1861年に1875年に行われた実験に関する報告書での彼のメモによれば、完全な酸素のない条件下で特定の細菌によって行われ、ルイパスツールによって発見されました。
発酵は、物質をより単純なものに変換する生物学的プロセスです。これは、最終生成物として有機化合物を得るための栄養素の分解の異化プロセスです。
ルイ・パスツール
このプロセスは酸素を必要とせず、嫌気性であり、細菌や酵母などの一部の微生物に特徴的です。特に細胞の酸素供給が不十分な場合、動物の細胞でも発酵が起こります。それはエネルギー的に低収量のプロセスです。
グルコース分子から、Embden-Meyerhof-Parnas経路（最も一般的な解糖経路）を使用して、ピルビン酸が生成されます。発酵は、さまざまな製品に発酵されるピルビン酸から始まります。最終製品によって、発酵の種類が異なります。
酪酸発酵プロセス
酪酸発酵は、嫌気性条件下で低エネルギー収率で酪酸（C4H8O2）とガスを生成するためのグルコース（C6H12O6）の分解として定義されます。それは不快で腐敗した臭いの生成に特徴的です。
酪酸発酵は、Clostridium kluyveriとClostridium pasteurianumに加えて、Clostridium属のグラム陽性菌芽胞産生菌、通常はClostridium butyricum、Clostridium tyrobutyricum、Clostridium thermobutyricumによって行われます。
しかしながら、ブチリビブリオ属、ブチリバクテリウム属、ユーバクテリウム属、フソバクテリウム属、メガスフェラ属およびサルシナ属に分類される他の細菌も、酪酸塩の生産者として報告されている。
発酵プロセスでは、グルコースが異化されてピルビン酸になり、2モルのATPとNADHが生成されます。ピルビン酸はその後、細菌株に応じて、さまざまな製品に発酵されます。
最初の例では、ピルビン酸塩は乳酸塩になり、これはCO2の放出と共にアセチル-CoAになります。続いて、2つのアセチル-CoA分子がアセトアセチル-CoAを形成し、特定の中間ステップを経てブチリル-CoAに還元されます。最後に、クロストリジウムはブチリルCoAを発酵させて酪酸にします。
酵素ホスホトランスブチリラーゼと酪酸キナーゼは、酪酸の生産のための主要な酵素です。酪酸塩形成の過程で、3モルのATPが形成されます。
指数増殖条件下では、ATPがさらに1モル（合計4つ）形成されるため、細胞は酪酸よりも酢酸を多く生成します。
指数関数的増殖の終わりに定常期に入ると、細菌は酢酸塩の生産を減らし、酪酸塩の生産を増やし、水素イオンの総濃度を減らし、培地の酸性pHのバランスをとります。
酪農発酵を行う生物
酪酸の生物生産に使用される最も有望な微生物はC. tyrobutyricumです。この種は、高い選択性で酪酸を生成でき、この化合物の高濃度に耐えることができます。
ただし、発酵できるのは、グルコース、キシロース、フルクトース、乳酸などの非常に少ない炭水化物からのみです。
C. butyricumは、ヘキソース、ペントース、グリセロール、リグノセルロース、糖蜜、ジャガイモデンプン、チーズホエイパーミエートなど、多くの炭素源を発酵させることができます。
ただし、酪酸の収率ははるかに低くなります。C. thermobutyricumでは、発酵性炭水化物の範囲は中程度ですが、ショ糖やデンプンを代謝しません。
バイオブチレートを生成するクロストリジウムは、クロストリジウム種に応じて、酢酸塩、H2、CO2、乳酸塩、およびその他の生成物を含むいくつかの可能な副産物も生成します。
C. tyrobutyricumおよびC. butyricumによるグルコース分子の発酵は、次のように表すことができます。
ブドウ糖→0.85酪酸+ 0.1酢酸+ 0.2乳酸+ 1.9 H2 + 1.8 CO2
グルコース→0.8ブチレート+ 0.4アセテート+ 2.4 H2 + 2 CO2
嫌気性発酵中の微生物の代謝経路は、いくつかの要因の影響を受けます。酪酸を生産するクロストリジウム属の細菌の場合、主に成長と発酵性能に影響を与える要因は、培地中のグルコース濃度、pH、水素の分圧、酢酸、および酪酸。
これらの要因は、成長率、最終製品の濃度、製品の分布に影響を与える可能性があります。
製品
酪酸発酵の主な産物は、カルボン酸、酪酸、n-ブタン酸としても知られる短鎖4炭素脂肪酸（CH3CH2CH2COOH）です。
不快な臭いと辛味がありますが、エーテルのようにやや甘い味が口に残ります。その存在は不快なバターの特徴であり、その不快な香りと味の原因であり、そのため、その名前はギリシャ語の「バター」から由来しています。
ただし、特定の酪酸エステルは心地よい味や香りがするため、食品、飲料、化粧品、製薬業界で添加物として使用されています。
酪酸の用途と用途
バイオ燃料
酪酸はさまざまな産業で多くの用途があります。現在、バイオ燃料の前駆体として使用することに大きな関心があります。
食品および製薬業界
また、バターのような味と食感のため、食品および香料産業で重要な用途があります。
製薬業界では、さまざまな抗がん剤やその他の治療法の成分として使用されています。また、酪酸エステルは、フルーティな香りのため、香水の製造に使用されています。
がん研究
酪酸塩は、細胞増殖、アポトーシス（プログラムされた細胞死）、および分化にさまざまな影響を与えると報告されています。
しかしながら、異なる研究は、結腸癌に対する酪酸塩の効果に関して反対の結果を与えており、いわゆる「酪酸塩パラドックス」を引き起こしています。
化学合成
微生物による酪酸の生産は、化学合成に代わる魅力的な代替手段です。バイオベースの化学物質の産業実装の成功は、生産コスト/プロセスの経済的パフォーマンスに大きく依存しています。
したがって、発酵プロセスによる酪酸の工業生産には、安価な原料、高効率のプロセス性能、高い製品純度、生産菌株の強力な堅牢性が必要です。
参考文献
- 酪酸。新世界百科事典。。で利用可能：newworldencyclopedia.org
- Corrales、LC、Antolinez、DM、Bohórquez、JA、Corredor、AM（2015）。嫌気性菌：地球上の生命の持続可能性を実行し、それに貢献するプロセス。Nova、13（24）、55-81。。利用可能：scielo.org.co
- ドウィダー、M。、パーク、J.-Y。、ミッチェル、RJ、サン、B.-I。（2012）。産業における酪酸の未来。Scientific World Journal、利用可能：doi.org。
- Jha、AK、Li、J.、Yuan、Y.、Baral、N.、Ai、B.、2014。バイオ酪酸の生産とその最適化に関するレビュー。Int。J. Agric。Biol。16、1019-1024。
- ポーター、JR（1961）。ルイパスツール。実績と失望、1861年。細菌学的レビュー、25（4）、389–403。。mmbr.asm.orgで入手できます。