biotechnologia


 
 

Fermentacja propionowa

Fermentacja propionowa to proces biochemiczny prowadzony przez liczne gatunki bakterii propionowych (rodzajPropionibacterium), charakterystyczny dla oddychania beztlenowego. Polega na przemianie cukrów, mleczanów i innych związków na kwas propionowy, kwas octowy i dwutlenek węgla. Przebieg reakcji przedstawić można za pomocą schematu:

3CH3CHOHCOOH => 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 +H20

Przebieg fermentacji propionowej

Redukcja mleczanu lub pirogronianu do propionianu zachodzi w szlaku metylomalonylo-CoA. Pirogronian ulega dekarboksylacji do szczawiooctanu przy współudziale karboksylotransferazy metylomalonylo-CoA i kompleksu biotyny z dwutlenkiem węgla. Szczawiooctan z kolei jest redukowany poprzez jabłczan i fumaran do bursztynianu. Ostatni etap jest sprzężony z fosforylacją. Bursztynian najpierw ulega acetylacji przez transferazę CoA (transferaza CoA bursztybylo-CoA: propionian) do bursztybylo-CoA, który przy współudziale koenzymu B12 (cyjanokobalamina) i mutazy metylomalonylo-CoA jest przekształcany do metylomalonylo-CoA.
Oderwanie dwutlenku węgla od tego związku przez karboksylotransferazę metylomalonylo-CoA prowadzi do powstania propionylo-CoA. Transferaza CoA odrywa CoA od propionylo-CoA, przekształcając go w propionian, a koenzym jest przekazywany do bursztynianu. Należy zauważyć, że w procesie wytwarzania propianianu dwie grupy (CO2 i CoA) są przekazywane z produktu do prekursora nie występując w formie wolnej.
Inną ważną cechą tego szlaku jest obecność w nim trzech kofaktorów (biotyna, koenzym A i koenzym B12). Większość bakterii propionowych wytwarza kwas propionowy właśnie w tym szlaku, który występuje również u Veilonella alcalescens i Selenomonas ruminantium.




Szlak akryloilo-CoA


Clostridium propionicum, Bacteroides ruminicola i Megasphaera elsdenii wytwarzają kwas propionowy w znacznie prostszym szlaku, w którym produktem pośrednim jest pochodna kwasu akrylowego, tj. akrylo-CoA.





Kwas propionowy

Kwas propionowy jest naturalnym produktem przemian metabolicznych. W żwaczu krowy dziennie powstaje około 1,5 litra kwasu propionowego na skutek działalności mikroorganizmów. Kwas ten jest także produktem metabolizmu zwierzęcego, który jest szybko wykorzystywany przez zwierzęta monogastryczne. W małych stężeniach występuje w produktach mlecznych, a także w moczu i pocie.
Wyraźne działanie antymikrobiologiczne kwasu propionowego powoduje, iż ma on działanie przeciw grzybom, drożdżom i bakteriom. W stosunku do bakterii Gram dodatnich jego oddziaływanie jest słabsze niż do Gram ujemnych.
Zastosowanie kwasu propionowego jest dość rozpowszechnione w przemyśle konserwującym. Jego sole nadają się doskonale do konserwacji mieszanek paszowych i ich komponentów. Ilości potrzebne do tego celu zależą od wielu czynników, które mogą być uwzględnione przy ocenie stosowania środka konserwującego. Należą tu m.in. wilgotność i wielkość skażenia mikrobiologicznego konserwowanego materiału, długość okresu przechowywania i warunki magazynowania (wahania temperatur w nocy i w dzień, wilgotność względna).
Do korzyści wynikających z konserwacji kwasem propionowym należą m.in.:
- ograniczenie strat składników pokarmowych,
- zabezpieczenie przed powstawaniem mikotoksyn,
- zmniejszenie obciążenia organizmu zwierzęcia dużą ilością mikroorganizmów i związane z tym działanie przeciw biegunkom powodowanym przez mikroorganizmy,
- poprawa dziennych przyrostów,
- zmniejszone pobranie paszy na kg przyrostu,
- dobra smakowitość paszy,
- dobra sypkość przygotowanej paszy.

Kolejnym zastosowaniem jest zakiszanie surowca co na dłuższy czas poprawia tlenową trwałość kiszonki. Z tego powodu dodatek kwasu propionowego zmniejsza ryzyko wystąpienia „wtórnej fermentacji" i strat powierzchniowych, co dotyczy także powierzchni zewnętrznych kiszonek, powstających podczas wyjmowania zakiszonego surowca. Dodatek kwasu propionowego może zmniejszyć aktywność enzymatyczną zakiszanego materiału i redukuje skażenie paszy przez owady, przez co ogranicza się wystąpienie ewentualnych strat.


Bakterie fermentacji propionowej

Bakterie propionowe występują w żwaczu i jelicie przeżuwaczy (bydło, owce), gdzie odgrywają rolę w tworzeniu kwasów tłuszczowych, przede wszystkim kwasu propionowego i octowego w żwaczu. Ich działanie polega na przekształceniu mleczanu, powstającego podczas różnorodnych fermentacji w żwaczu, do kwasu propionowego. Rzadko występują w mleku, nie są izolowane z gleby, ani wody, natomiast istnieje możliwość ich wyizolowania z hodowli wzbogaconej, stosując podłoże zawierające kwas mlekowy i ekstrakt drożdżowy.

Do najbardziej znanych gatunków bakterii należą:
Propionibacterium freudenreichii i jego podgatunek P. shermanii,
Propionibacterium acidi-propionici,
Propionibacterium agnes,
Veilonella alcalescens (Micrococcus lactilyticus),
Clostridium propionicum,
Selenomonas,
Micromonospora.

Bakterie z rodzaju Propionibacterium to gram-dodatnie, nieruchliwe laseczki, nie tworzące endospor. Bakterie propionowe nie rosną na podłożach stałych na powietrzu z powodu braku tolerancji na tlen atmosferyczny oraz zdolności do wzrostu i tworzenia ATP w wyniku beztlenowej fermentacji. Przez długi czas uważano bakterie propionowe za obligatoryjnie fermentujące. Stwierdzono jednak, że zawierają one enzymy takie jak katalazy, a także cytochromy. Wszyscy dotychczas zbadani przedstawiciele rodzaju Propionibacterium rosną zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych.
W warunkach tlenowych Propionibacterium przeprowadzają fermentację glukozy, sacharozy, laktozy, jak również mleczanu, jabłczanu, glicerolu i wielu innych związków do kwasu propionowego.


Zastosowanie bakterii propionowych

Bakterie propionowe są zaliczane do grupy przemysłowych, gdyż wytwarzają cenny produkt, jakim jest kwas propionowy. Propionian wapnia i sodu, otrzymywane w procesie fermentacyjnym, są wykorzystywane do utrwalania żywności.
Bakterie propionowe znajdują zastosowanie w formie zakwasów w produkcji dojrzewających serów podpuszczkowych. Wydzielający się podczas fermentacji propionowej dwutlenek węgla powoduje powstawanie prawidłowych oczek w serach, np. typu edamskiego. Bakterie Propionibacterium i fermentacja propionowa są też wykorzystywane do produkcji witaminy B12 na skalę przemysłową.


Karolina Bombolewska


Literatura:
1. Bednarskiego W., Repsa A., 2001. Biotechnologia żywności. WNT.
2. Gwiazdowski R., Gwiazdowska D., 2008. Oddziaływanie mieszanych kultur bakterii fermentacji propionowej i mlekowej na grzyby patogeniczne. Prog. Plant Protection/Post. Ochr. Roślin 48 (2): 719–723.
3. Suomalainen H., Mäyrä-Makinen M., 1999. Propionic acid bacteria as protective cultures in fermented milks and breads. Lait. 79: 165–174.
4. Weinbrenner R., Barefoot F., Grinstead A., 1997. Inhibition of yoghurt starter cultures by jenseniin G, a Propionibacterium bacteriocins. J. Dairy Sci. 80: 1246–1253.
5. Schlegel H., 2003. Mikrobiologia Ogólna. Wydawnictwo Naukowe PWN.


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

215 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u