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Fermentación del caproato

La fermentación del caproato es un proceso metabólico utilizado por diferentes bacterias para utilizar diferentes sustratos orgánicos para la producción de ácido caproico (ácido hexanoico), así como otros subproductos valiosos. [1] El ácido caproico es un compuesto valioso en las industrias alimentarias como aditivo de sabor, materia prima para industrias químicas, agentes antimicrobianos en la industria farmacéutica y más. [2] Aunque este proceso es utilizado por diversas especies bacterianas, [3] la especie más común que utiliza la fermentación del caproato en su proceso metabólico es Clostridium kluyveri . [4] Esta especie, así como otras, utilizan la fermentación del caproato a través de la descomposición de diversos sustratos para la producción de energía, la gestión de residuos y una mayor capacidad de supervivencia en diferentes entornos.

Estructuras y propiedades químicas

Estructura química

Estructura química del ácido caproico

El ácido caproico, también conocido como ácido hexanoico, se puede encontrar en dos formas diferentes. En forma sólida, el ácido aparece como una estructura cristalina blanca, mientras que cuando está líquido, aparece transparente con un tinte amarillo. Cualquier contacto con el ácido caproico provocará irritación en varias partes del cuerpo y es tóxico para los humanos. [5] El ácido se forma a través de la β-oxidación que alarga el origen del ácido carboxílico de cadena corta utilizando ácido láctico como donante de electrones para impulsar el proceso. [2] Esto se realiza a través de una serie de reacciones impulsadas por diversas enzimas. [6]

Métodos químicos

Los ácidos carboxílicos y los alcoholes son necesarios como sustratos para la fermentación del caproato. Debido a las altas concentraciones en estos sustratos, deben diluirse, lo que aumenta el costo y los materiales necesarios. Estudios recientes sugieren que los desechos de alimentos pueden servir como una fuente alternativa para estos sustratos, lo que potencialmente reduce el costo y el desperdicio. [7] El interés en crear métodos más eficientes para producir caproatos, específicamente n-caproato (hexanoato) y n-caprilato ( octanoato ), ha sido desafiado por la eficiencia natural de C. kluyveri. [8] Hay muchas formas diferentes de producir la fermentación del caproato; sin embargo, es difícil evitar la interrupción de la célula y producir caproato de manera efectiva. Para producir caproato de manera eficiente, se requieren condiciones óptimas que incluyen: pH, temperatura y concentración ambiental. [9]

Proceso de fermentación

Ciertas especies bacterianas convierten los carbohidratos (como la glucosa) en caproato (hexanoato), un ácido graso de seis carbonos.

Durante este proceso de fermentación , las bacterias descomponen de forma anaeróbica los carbohidratos, como la glucosa, mediante una serie de reacciones bioquímicas que producen caproato, también conocido como hexanoato. Se forman subproductos adicionales, como gas hidrógeno, dióxido de carbono y, a veces, butirato o acetato. [4]

Función y uso

Referencias

  1. ^ Ding, Hong-Bo; Tan, Giin-Yu Amy; Wang, Jing-Yuan (1 de diciembre de 2010). "Formación de caproato en la producción de hidrógeno fermentativo en cultivos mixtos". Tecnología de recursos biológicos . 101 (24): 9550–9559. Código Bibliográfico :2010BiTec.101.9550D. doi :10.1016/j.biortech.2010.07.056. ISSN  0960-8524.
  2. ^ ab Cavalcante, Willame de Araújo; Leitão, Renato Carrhá; Gehring, Tito A.; Angenent, Largus T.; Santaella, Sandra Tédde (1 de marzo de 2017). "Fermentación anaeróbica para la producción de ácido n-caproico: una revisión". Bioquímica de procesos . 54 : 106-119. doi :10.1016/j.procbio.2016.12.024. ISSN  1359-5113.
  3. ^ Hung, Chun-Hsiung; Chang, Yi-Tang; Chang, Yu-Jie (septiembre de 2011). "Funciones de microorganismos distintos de Clostridium y Enterobacter en sistemas de producción de biohidrógeno fermentativo anaeróbico: una revisión". Tecnología de recursos biológicos . 102 (18): 8437–8444. doi :10.1016/j.biortech.2011.02.084. ISSN  1873-2976. PMID  21429742.
  4. ^ ab Yin, Yanan; Zhang, Yifeng; Karakashev, Dimitar Borisov; Wang, Jianlong; Angelidaki, Irini (octubre de 2017). "Producción biológica de caproato por Clostridium kluyveri a partir de etanol y acetato como fuentes de carbono". Tecnología de recursos biológicos . 241 : 638–644. Código Bibliográfico : 2017BiTec.241..638Y. doi : 10.1016/j.biortech.2017.05.184. ISSN  1873-2976. PMID  28605728.
  5. ^ PubChem. «Ácido caproico». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 16 de octubre de 2024 .
  6. ^ Dong, Wenjian; Yang, Youli; Liu, Chao; Zhang, Jiachao; Pan, Junting; Luo, Lin; Wu, Genyi; Awasthi, Mukesh Kumar; Yan, Binghua (1 de abril de 2023). "Producción de ácido caproico a partir de la fermentación anaeróbica de residuos orgánicos: vías y perspectiva microbiana". Renewable and Sustainable Energy Reviews . 175 : 113181. Bibcode :2023RSERv.17513181D. doi :10.1016/j.rser.2023.113181. ISSN  1364-0321.
  7. ^ Zhang, Cunsheng; Liang, Tianyu; Li, Chengmei; Ji, Hairui; Liu, Hongze; Ling, Zhihui; Tian, ​​Zhongjian (6 de septiembre de 2024). "Producción de caproato a partir de la mezcla de paja de maíz y desechos alimentarios mediante elongación de cadena con refuerzo de biopelícula". Bioquímica de procesos . 147 : 137–146. doi :10.1016/j.procbio.2024.08.019.
  8. ^ Fernández-Blanco, Carla; Pereira, Alexandra; Veiga, María C.; Kennes, Christian; Ganigué, Ramon (septiembre de 2024). "Estudio comparativo exhaustivo de la producción de n-caproato por Clostridium kluyveri: modos de operación por lotes frente a continuo". Bioresource Technology . 408 : 131138. Bibcode :2024BiTec.40831138F. doi :10.1016/j.biortech.2024.131138. PMID  39043275.
  9. ^ Yu, Jiang Nan; Liao, Jialin; Huang, Zhenxing; Wu, Peng; Zhao, Mingxing; Liu, Chunmei; Ruan, Wenquan (1 de julio de 2019). "Fermentación anaeróbica mejorada en cultivos mixtos con resina de intercambio aniónico para la producción de caproato". Procesos . 7 (7): 404. doi : 10.3390/pr7070404 . ISSN  2227-9717.