La fermentación del 2,3-butanodiol es la fermentación anaeróbica de glucosa con 2,3-butanodiol como uno de los productos finales. La estequiometría general de la reacción es
La fermentación del butanodiol es típica de los anaerobios facultativos Klebsiella y Enterobacter [1] y se analiza con la prueba de Voges-Proskauer (VP). Hay otras cepas alternativas que se pueden utilizar, de las que se habla en detalle en la sección Cepas alternativas de bacterias a continuación.
Se desconoce la función metabólica del 2,3-butanodiol, aunque algunos han especulado que fue una ventaja evolutiva para estos microorganismos producir un producto neutro que sea menos inhibidor que otros productos de oxidación parcial y que no reduzca el pH tanto como mezclado. ácidos.
Hay muchas aplicaciones industriales importantes para las que se puede utilizar el butanodiol, incluidos anticongelantes, aditivos alimentarios, antisépticos y productos farmacéuticos. También se produce de forma natural en varios lugares del medio ambiente.
Comparación con la fermentación ácida mixta
La fermentación del 2,3-butanodiol produce cantidades más pequeñas de ácido que la fermentación ácida mixta , y el butanodiol, el etanol , el CO 2 y el H 2 son los productos finales. Si bien se crean cantidades iguales de CO 2 y H 2 durante la fermentación ácida mixta, la fermentación del butanodiol produce más del doble de la cantidad de CO 2 porque los gases no son producidos solo por formiato hidrogen liasa como lo son en la fermentación ácida mixta.
El 2,3-butanodiol se produce en diferentes niveles en fermentaciones aireadas siempre que el nivel de oxígeno disuelto sea limitante (es decir, el cultivo está tratando de consumir más oxígeno del disponible). El grado de limitación de oxígeno dicta las proporciones de 2,3-butanodiol a los subproductos producidos [2]
Propiedades del butanodiol
El butanodiol tiene varias propiedades que ayudan a contribuir a sus muchas aplicaciones industriales y afectan la forma en que se procesa durante la fabricación. El butanodiol es un líquido inodoro e incoloro. Tiene un alto punto de ebullición, 180-184 ° C, que puede afectar los procesos posteriores y causar problemas al recuperar la lechada fermentada. También tiene un bajo punto de congelación, lo que permite su uso para aplicaciones industriales. [3]
Aplicaciones industriales
El 2,3-butanodiol tiene una variedad de aplicaciones industriales y productos que puede producir. El isómero levo del butanodiol tiene un punto de congelación bajo de -60 ° C, lo que le permite actuar como agente anticongelante. A través de la deshidrogenación catalítica , el butanodiol puede formar diacetilo. El diacetilo es un aditivo alimentario que se puede usar para agregar sabor. El butanodiol al 0,1% matará la mayoría de las bacterias patógenas debido a sus propiedades antisépticas. A través de la esterificación, se producen formas de precursores de espumas de poliuretano. Estos se pueden utilizar en diversas aplicaciones, incluso en productos farmacéuticos, cosméticos, lociones, ungüentos y antitranspirantes. El propio butanodiol incluso tiene aplicaciones en la industria farmacéutica como transportador de fármacos. [3]
Sucesos naturales
El 2,3-butanodiol se puede producir de forma natural en varios lugares del medio ambiente. Algunos lugares son maíz dulce, cuajada de soja fermentada, granos enteros y molidos, mejillones podridos y durante la fermentación de frutas y granos. [4]
Cepas de bacterias alternativas
El uso de bacterias mesófilas requiere que el proceso de fermentación se produzca por debajo de los 40 ° C, lo que puede provocar contaminación bacteriana debido a la baja temperatura. A escala industrial, esto requiere pasos de esterilización, lo que significa que se debe construir una instalación especial, se necesitan más empleados para ejecutar este paso adicional y se consume más energía en la planta. Se ha demostrado que una nueva cepa aerobia de Geobacillus XT15 produce 2,3-butanodiol a una temperatura entre 45 y 55 ° C. Esta temperatura más alta evitará el riesgo de contaminación porque los microorganismos que viven en ambientes normales no pueden reproducirse por encima de los 45 ° C. El Geobacillus cepa XT15 es theromophilic , que permite que sea capaz de operar la fermentación a esta temperatura más alta. La esterilización no sería necesaria utilizando esta cepa alternativa, lo que hace que el proceso de fabricación sea más eficiente y rentable. [5]
Referencias
- ^ Geckil H, Barak Z, Chipman DM, Erenler SO, Webster DA, Stark BC (octubre de 2004). "Producción mejorada de acetoína y butanodiol en Enterobacter aerogenes recombinante que lleva el gen de la hemoglobina Vitreoscilla". Ingeniería de Bioprocesos y Biosistemas . 26 (5): 325-30. doi : 10.1007 / s00449-004-0373-1 . PMID 15309606 .
- ^ Jansen NB, Flickinger MC, Tsao GT (abril de 1984). "Producción de 2,3-butanodiol a partir de D-xilosa por Klebsiella oxytoca ATCC 8724". Biotecnología y Bioingeniería . 26 (4): 362–9. doi : 10.1002 / bit.260260411 . PMID 18553303 .
- ^ a b Garg SK, Jain A (enero de 1995). "Producción fermentativa de 2,3-butanodiol: una revisión". Tecnología de Bioresource . 51 (2-3): 103-109. doi : 10.1016 / 0960-8524 (94) 00136-o .
- ^ PubChem. "2,3-butanodiol" . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 15 de mayo de 2020 .
- ^ Xiao Z, Wang X, Huang Y, Huo F, Zhu X, Xi L, Lu JR (diciembre de 2012). "Fermentación termofílica de acetoína y 2,3-butanodiol por una nueva cepa de Geobacillus" . Biotecnología para biocombustibles . 5 (1): 88. doi : 10.1186 / 1754-6834-5-88 . PMC 3538569 . PMID 23217110 .
Otras lecturas
- Madigan M, Martinko J (2006). Biología de microorganismos de Brock (11ª ed.). Nueva Jersey: Pearson Prentice Hall. págs. 351–355.
enlaces externos
- "Supervía de biosíntesis de (R, R) -butanodiol" . Base de datos BioCyc .