fermentación de butanodiol

La fermentación de 2,3- butanodiol es una fermentación anaeróbica de glucosa con 2,3-butanodiol como uno de los productos finales. La estequiometría global de la reacción es

2 piruvato + NADH --> 2 CO ₂ + 2,3-butanodiol.

La fermentación de butanodiol es típica de las bacterias anaerobias facultativas Klebsiella y Enterobacter ^{[ 1 ]} y se detecta mediante la prueba de Voges-Proskauer (VP). Existen otras cepas alternativas que se pueden utilizar, las cuales se describen en detalle en la sección «Cepas bacterianas alternativas» que aparece 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 que no reduce el pH tanto como los ácidos mixtos.

El butanodiol tiene numerosas aplicaciones industriales importantes, como anticongelante, aditivo alimentario, antiséptico y en la industria farmacéutica. Además, se produce de forma natural en diversos entornos.

La fermentación de 2,3-butanodiol produce cantidades menores de ácido que la fermentación _de ácidos mixtos , y los productos finales son butanodiol, etanol , CO₂ y _{H₂ . Si bien en la fermentación de ácidos mixtos se generan cantidades iguales de CO₂} y H₂ , la fermentación de butanodiol produce más del doble de CO₂ _{porque los gases no se producen únicamente por la enzima formiato hidrogenoliasa ,} como ocurre en la fermentación de ácidos mixtos.

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 determina las proporciones de 2,3-butanodiol con respecto a los subproductos producidos. ^{[ 2 ]}

El 2,3-butanodiol tiene diversas aplicaciones industriales y puede producir una variedad de productos. El isómero levo del butanodiol tiene un bajo punto de congelación de −60  °C, lo que le permite funcionar como anticongelante. Mediante deshidrogenación catalítica , el butanodiol puede formar diacetilo. El diacetilo es un aditivo alimentario que se puede usar para dar sabor. El butanodiol al 0,1 % elimina la mayoría de las bacterias patógenas debido a sus propiedades antisépticas. Mediante esterificación, se producen precursores de espumas de poliuretano. Estos se pueden usar en diversas aplicaciones, incluyendo productos farmacéuticos, cosméticos, lociones, ungüentos y antitranspirantes. El butanodiol en sí mismo tiene aplicaciones en la industria farmacéutica como portador de fármacos. ^{[ 3 ]}

El uso de bacterias mesófilas requiere que el proceso de fermentación se realice por debajo de 40  °C, lo que puede provocar contaminación bacteriana debido a la baja temperatura. A escala industrial, esto requiere pasos de esterilización, lo que implica la construcción de una instalación especial, la necesidad de más personal para llevar a cabo este paso adicional y un mayor consumo de energía en la planta. Se ha demostrado que una nueva cepa aeróbica de Geobacillus,  XT15, produce 2,3-butanodiol a una temperatura entre 45 y 55 °C. Esta temperatura más elevada evita el riesgo de contaminación, ya que los microorganismos que viven en ambientes normales no pueden reproducirse por encima de 45  °C. La cepa Geobacillus XT15 es termófila , lo que le permite realizar la fermentación a esta temperatura más alta. La esterilización no sería necesaria con esta cepa alternativa, lo que hace que el proceso de fabricación sea más eficiente y rentable. ^{[ 4 ]}

• "Superruta de biosíntesis de (R,R)-butanodiol" . Base de datos BioCyc .