FERMENTASI BUTIRAT: PROSES, ORGANISME DAN PRODUK - BIOLOGI - 2025

The fermentasi butirat terjadi ketika glukosa dari asam butirat diperoleh sebagai produk akhir utama. Ini dilakukan oleh bakteri tertentu dalam kondisi tidak ada oksigen sama sekali dan ditemukan oleh Louis Pasteur, menurut catatannya dalam sebuah laporan pada tahun 1861 tentang percobaan yang dilakukan pada tahun 1875.

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

Louis Pasteur

Proses ini tidak membutuhkan oksigen, bersifat anaerobik, dan merupakan karakteristik dari beberapa mikroorganisme seperti bakteri dan jamur. Fermentasi juga terjadi pada sel hewan, terutama bila suplai oksigen ke sel tidak mencukupi. Ini adalah proses yang menghasilkan energi rendah.

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

Proses ferrmentasi butir

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 sedap 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 penghasil butirat.

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

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, terbentuk 3 mol ATP.

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

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

Organisme yang melakukan fermentasi butirat

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

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

C. butyricum dapat memfermentasi banyak sumber karbon, termasuk heksosa, pentosa, gliserol, lignoselulosa, molase, pati kentang, dan whey 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 kemungkinan produk sampingan, 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 Butir + 0,1 Asetat + 0,2 Laktat + 1,9 H2 + 1,8 CO2

Glukosa → 0,8 Butir + 0,4 Asetat + 2,4 H2 + 2 CO2

Jalur metabolisme mikroorganisme selama fermentasi anaerobik 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 empat karbon rantai pendek (CH3CH2CH2COOH), juga dikenal sebagai asam n-butanoat.

Ini memiliki bau yang tidak sedap dan rasa yang menyengat, namun meninggalkan rasa yang agak manis di mulut, mirip dengan yang terjadi dengan eter. Kehadirannya merupakan ciri khas dari mentega tengik, yang bertanggung jawab atas bau dan rasa yang tidak sedap, 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

Biofuel

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 rasa, karena rasa dan teksturnya yang seperti mentega.

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

Penelitian kanker

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

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

Sintesis kimia

Produksi mikroba asam butirat adalah alternatif menarik yang lebih disukai untuk sintesis kimia. Keberhasilan penerapan industri bahan kimia berbasis nabati sangat bergantung 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 yang berefisiensi tinggi, kemurnian produk yang tinggi, dan ketahanan yang kuat dari strain yang diproduksi.

Referensi

1. Asam butirat. Ensiklopedia Dunia Baru. . Tersedia di: newworldencyclopedia.org
2. Corrales, LC, Antolinez, DM, Bohórquez, JA, Corredor, AM (2015). Bakteri anaerob: proses yang menjalankan dan berkontribusi pada keberlanjutan kehidupan di planet ini. Nova, 13 (24), 55-81. . 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 ,. Tersedia di: doi.org.
4. Jha, AK, Li, J., Yuan, Y., Baral, N., Ai, B., 2014. Review Produksi Bio-Butyric Acid dan Optimasinya. Int. J. Agric. Berbagai. 16, 1019-1024.
5. Porter, JR (1961). Louis Pasteur. Prestasi dan kekecewaan, 1861. Tinjauan Bakteriologis, 25 (4), 389–403. . Tersedia di: mmbr.asm.org.