Fermentacja masłowa to beztlenowy proces enzymatycznego rozkładu sacharydów na kwas masłowy, dwutlenek węgla i wodór. Produktami są również: kwas octowy, kwas bursztynowy i etanol. Zachodzi ona w komórkach bakterii Clostridium. Fermentacja masłowa jest rozpowszechniona w przyrodzie, to m.in. rozkład resztek roślinnych np. w zbiornikach wodnych czy bagnach. Fermentacja masłowa jest podstawą przemysłu produkcji kwasu masłowego oraz bierze udział w procesie roszenia łodyg roślin włóknodajnych jak len, konopie.
Charakterystyczną cechą fermentacji masłowej jest wytwarzanie dużej ilości wodoru, oraz liczne reakcje kondensacji, uwodnienia, wtórnego uwodorowania itd.
Przebieg fermentacji masłowej
Fermentacja masłowa ma różny przebieg w zależności od gatunku bakterii, które ją przeprowadzają jak i od odczynu środowiska. Kwas masłowy jest głównym produktem fermentacji w środowisku obojętnym, zaś w środowisku kwaśnym te same bakterie przeprowadzają fermentację acetobutanolową. Bakterie masłowe odgrywają również istotną rolę w procesie moczenia łodyg lnu i konopi, ponieważ umożliwiają, na skutek fermentacji błonnika, oddzielenie włókien przędnych od tkanki korowej i zdrewniałej.
C6H12O6 + bakterie masłowe → CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 + ok. 15 kcal/mol
Bakterie fermentacji masłowej
Fermentację masłową prowadzą bakterie charakteryzujące się następującymi cechami:
• należą do rodzaju Clostridium,
• są beztlenowcami,
• mają kształt laseczek,
• wytwarzają przetrwalniki (endospory) nadające komórce kształt buławki lub wrzeciona,
• mają zdolność do rozkładu wielocukrów na cukry proste; rozkładają m.in. skrobię, dekstryny, błonnik, pektyny,
• materiały zapasowe gromadzą w postaci wielocukrów podobnych do skrobi,
• naturalnym środowiskiem ich występowania jest gleba.
Bakterie fermentacji masłowej:
• Clostridium butyricum
• Clostridium pasteurianum
• Clostridium tyrobutyricum
• Clostridium pectinovorum
• Butyrivibrio fibrisolvens
• Eubacterium limosum
• Bacteroides melaninogenicus
• Treponema phagedenis
• Sarcina
• Butyribacterium
• Fusobacterium
• Megasphera
Rola kwasu masłowego
Kwas masłowy (nazwa systematyczna: kwas butanowy) jest organicznym związkiem chemicznym z grupy kwasów karboksylowych. Występuje w zjełczałym maśle, nadaje lekko gorzki posmak wielu serom. Tworzy się głównie w jelicie grubym człowieka, gdzie jego głównym źródłem są niestrawne węglowodany i oligomery heksozy o rozmaitym stopniu polimeryzacji. Do węglowodanów pochodzenia roślinnego odpornych na działanie enzymów trawiennych należą: oporna skrobia, nieskrobiowe polisacharydy, oligosacharydy (prebiotyki – inulina, oligofruktoza, dwusacharydy (laktoza, stachioza, rafinoza) i alkohole (sorbitol, mannitol)). Do puli endogennych nie trawionych węglowodanów zalicza się: mucyny, oligosacharydy mleka (istotne źródło kwasu masłowego u noworodków i niemowląt, ponieważ mleko kobiece nie zawiera kwasu masłowego), siarczan chondroityny i inne. W wyniku fermentacji bakteryjnej powstają z nich kwasy octowy, propio¬nowy i masłowy oraz w znacznie mniejszych ilościach kwasy mlekowy, sukcynylowy i kapronowy, a także dwutlenek węgla i wodór.
Kwas masłowy w temperaturze pokojowej jest oleistą, bezbarwną cieczą, która jest łatwo rozpuszczalna w wodzie i większości organicznych rozpuszczalników polarnych, takich jak aceton, etanol, eter dietylowy itp.
W mniejszych stężeniach, tj. od 10 do 100 ppm nadaje potrawom lekko gorzki smak, z zauważalną nutą słodką. W nieco większych stężeniach posiada ostry, intensywny, trudny do zniesienia zapach zjełczałego tłuszczu.
Jego produkcja opiera się najczęściej na tzw. „masłowej” fermentacji skrobi, w której do wodnego roztworu skrobi dodaje się bakterie normalnie stosowane do fermentacji serów (Bacillus subtilis). W laboratorium można go też otrzymać poprzez przepuszczanie tlenku węgla (CO) przez mieszaninę octanu sodu (CH3COONa) i etanolanu sodu (CH3CH2ONa) w temperaturze 205°C. W wielu procesach przemysłowych kwas masłowy powstaje jako produkt uboczny, który najczęściej wyodrębnia się poprzez strącanie go wodorotlenkiem wapnia (Ca(OH)2), gdyż sól wapniowa kwasu masłowego jest nierozpuszczalna w wodzie.
Kwas masłowy stosowany jest w przemyśle od początków XX w. W dzisiejszych czasach używany jest powszechnie w przemysłach takich jak:
• spożywczy,
• alkoholowy,
• chemiczny,
• farmaceutyczny,
• perfumeryjny,
• tworzyw sztucznych, zwłaszcza włókien syntetycznych.
Fermentacja masłowa mimo swojego dość szerokiego zastosowania w różnych gałęziach przemysłu, wywiera również negatywny wpływ na niektóre technologie produkcyjne. Ze względu na fakt, iż bakterie z rodzaju Clostridium tworzą spory trudne do zabicia w procesach technologicznych, mogą mieć negatywny wpływ na produkcję żywności. Przetrwalniki mogą występować w przetworach mięsnych, warzywnych czy serach, powodując psucie się żywności, gnicie ziemniaków, wzdęcia niesterylnych konserw mięsnych, warzywnych, czy mleka skondensowanego a także serów.
Karolina Bombolewska
Literatura:
1. Stryer L., 2003. Biochemia. Wydawnictwo naukowe PWN.
2. Schlegel H., 2004. Mikrobiologia ogólna. Wydawnictwo naukowe PWN.
3. Kotunia A., Pietrzak P., Guilloteau P., Zabielski R., 2010. Kwas masłowy w przewodzie pokarmowym. Przegląd Gastroenterologiczny. 117–122.
4. http://www.sciencedaily.com/news/plants_animals/microbiology/
