La fermentación de 2,3- butanodiol es una fermentación anaeróbica de glucosa con 2,3-butanodiol como uno de los productos finales. La estequiometría general de la reacción es
La fermentación de butanodiol es típica de los anaerobios facultativos Klebsiella y Enterobacter [1] y se prueba mediante 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 de bacterias alternativas 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 es menos inhibidor que otros productos de oxidación parcial y no reduce el pH tanto como el mixto. 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 diversos lugares del medio ambiente.
La fermentación de 2,3-butanodiol produce cantidades más pequeñas de ácido que la fermentación con ácidos mixtos , y el butanodiol, el etanol , el CO 2 y el H 2 son los productos finales. Mientras que se crean cantidades iguales de CO 2 y H 2 durante la fermentación ácida mixta, la fermentación de butanodiol produce más del doble de cantidad de CO 2 porque los gases no son producidos sólo por la formiato hidrógeno liasa como ocurre en la fermentación ácida mixta.
El 2,3 butanodiol se produce en niveles variables en fermentaciones aireadas siempre que el nivel de oxígeno disuelto sea limitante (es decir, el cultivo intenta consumir más oxígeno del disponible). El grado de limitación de oxígeno dicta las proporciones de 2,3-butanodiol a los subproductos producidos. [2]
El 2,3-butanodiol tiene una variedad de aplicaciones industriales y productos que puede producir. El levoisómero del butanodiol tiene un bajo punto de congelación de -60 °C, lo que le permite actuar como agente anticongelante. Mediante deshidrogenación catalítica , el butanodiol puede formar diacetilo. El diacetilo es un aditivo alimentario que se puede utilizar para añadir sabor. El butanodiol al 0,1% matará la mayoría de las bacterias patógenas debido a sus propiedades antisépticas. Mediante la esterificación se producen formas de precursores de espumas de poliuretano. Se pueden utilizar en diversas aplicaciones, incluidas productos farmacéuticos, cosméticos, lociones, ungüentos y antitranspirantes. El propio butanodiol tiene incluso aplicaciones en la industria farmacéutica como vehículo de fármacos. [3]
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 aeróbica de Geobacillus XT15 produce 2,3-butanodiol a una temperatura de 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. La cepa Geobacillus XT15 es termófila , lo que le permite poder operar la fermentación a esta temperatura más alta. La esterilización no sería necesaria utilizando esta cepa alternativa, lo que haría que el proceso de fabricación fuera más eficiente y rentable. [4]