Fermentācijas process un veidi



The fermentācija Tas ir vielmaiņas process, ko daži organismi izmanto, lai iegūtu enerģiju un barības vielas no dažiem organiskiem savienojumiem. Svarīga fermentācijas īpašība ir tā, ka tā ir anaerobiska reakcija, kas nozīmē, ka tā notiek bez skābekļa.

Daudzi mikroorganismi izmanto fermentāciju kā enerģijas ražošanas mehānismu ATP formā. Enerģiju iegūst, noārdot organiskās molekulas, piemēram, cieti vai cukuru, fermentējot.

Raugi veic cukuru fermentāciju un pārvērš tos par spirtiem, bet baktērijas pārvērš konkrētus ogļhidrātus pienskābē. Fermentācija notiek arī augļos, sēnēs un zīdītāju muskuļos.

Mūsdienu cilvēks šo dabīgo fermentācijas procesu plaši izmanto, lai iegūtu interešu produktus, piemēram, alu, vīnu, jogurtu un sieru. Fermentācijas pētījumu sauc par cimoloģiju.

Indekss

  • 1 Fermentācijas process
  • 2 Fermentācijas veidi
    • 2.1 Alkoholiskā fermentācija
    • 2.2. Laktācijas fermentācija
  • 3 Mikroorganismi, kas iesaistīti pārtikas fermentācijā
    • 3.1 Baktērijas
    • 3.2 Raugi
    • 3.3 Veidnes
  • 4 Atsauces

Fermentācijas process

Tāpat kā citi enerģijas iegūšanas vielmaiņas procesi, fermentācija sākas ar glikolīzi. Šī metaboliskā reakcija balstās uz glikozes molekulu degradāciju, lai iegūtu svarīgas enerģijas molekulas. Šī procesa laikā glikoze tiek noārdīta oksidācijas ceļā un rodas NADH un piruvāta molekulas.

Aerobās reakcijās (kuras izmanto skābekli) NADH un piruvāts piedalās mehānismā, ko sauc par oksidatīvo fosforilāciju, procesu, kas notiek mitohondriju membrānā un ir ļoti efektīvs enerģijas ražošanai ATP molekulu formā..

Savukārt fermentācija nerada tik efektīvu enerģijas ražošanu, jo dažas molekulas, piemēram, NADH, nevar atbrīvot savus elektronus, lai atkal kļūtu par NAD +, kas ir molekulas oksidētā forma un kas ir nepieciešama, lai palīdzētu radīt vairāk. ATP molekulas.

Tā rezultātā rodas citas vielmaiņas reakcijas, kas nodrošina, ka NADH molekulas ziedo savus elektronus citai organiskai molekulai, piemēram, piruvātam no glikolīzes. Šī NADH oksidēšana uz NAD + ļauj glikolīzei turpināt darbību.

Fermentācijas veidi

Alkoholiskā fermentācija

Alkoholiskā fermentācijā NADH molekulas ziedo savus elektronus citām piruvāta atvasinātām molekulām un tādējādi iegūst alkoholu. Iegūtais spirts ir īpaši etanols vai etilspirts, un tas ir process, kas notiek divos posmos.

Pirmajā posmā karboksilgrupa tiek atbrīvota no piruvāta, kas izdalās oglekļa dioksīda veidā, tādējādi atstājot divu oglekļa molekulu, ko sauc par alketaldehīdu..

Otrajā posmā NADH nodod elektronus iepriekš ražotajam acetaldehīdam, kas ražo etanolu un atjauno NAD +, kas nepieciešams, lai saglabātu glikolīzi un līdz ar to arī piruvāta piegādi..

Neto ķīmiskais vienādojums etanola ražošanai no glikozes ir:

C6H12O6 (glikoze) → 2 C2H5OH (etanols) + 2 CO2 (oglekļa dioksīds)

Raugi veic spirta fermentāciju, kas tiek izmantota tādu kopējo alkoholisko dzērienu ražošanā kā alus un vīns, kā arī maizes ražošanā..

Ir svarīgi atzīmēt, ka alkohols ir toksisks lielos daudzumos gan raugiem, gan cilvēkiem, un tas ir noteikis tolerances līmeni no 5 līdz 21% aptuveni.

Piena fermentācija

Pienskābes fermentācijā NADH nodod elektronus tieši piruvātam, tādējādi radot laktāta molekulu. Baktērijas, kas ražo jogurtu, to dara pienskābes fermentācijā, kā arī sarkanās asins šūnas cilvēka organismā.

Nākamajā vienādojumā aprakstīta pienskābes ražošana no glikozes:

C6H12O6 (glikoze) → 2 CH3CHOHCOOH (pienskābe)

Pienskābes ražošana var notikt arī no laktozes un ūdens, kā norādīts nākamajā kopsavilkuma vienādojumā:

C12H22O11 (laktoze) + H2O (ūdens) → 4 CH3CHOHCOOH (pienskābe)

Laktas fermentācija var notikt arī muskuļu šūnās, bet tikai noteiktos apstākļos; piemēram, ja fiziskā slodze ir ļoti intensīva un skābekļa padeve ir neliela.

Muskuļos saražoto pienskābi ar asinsriti transportē uz aknām, kur tas tiek pārvērsts atpakaļ uz piruvātu, lai to atkārtoti izmantotu citās enerģijas ražošanas reakcijās..

Mikroorganismi, kas iesaistīti pārtikas fermentācijā

Visbiežāk sastopamās mikroorganismu grupas fermentācijas procesā ir šādas:

Baktērijas

Piena pienskābes baktērijas Lactobacillus, Pediococcus, Streptokoku un Oenococcus, ir vissvarīgākās fermentētās pārtikas baktērijas, kam seko sugas Acetobacter, kas oksidē alkoholu etiķskābē.

Etiķskābes fermentācija ir plaši izmantota, lai ražotu augļu etiķus, tostarp sidra etiķi. Trešā baktēriju grupa, kas ir svarīga fermentācijā, ir suga Bacillus subtilis, B. licheniformis un B. pumilus, kas palielina barotnes pH.

Bacillus subtilis Tā ir dominējošā suga tādu molekulu ražošanā, kas palielina barotnes sārmu, piemēram, amonjaku. Tas padara vidi nepiemērotu sadalošo organismu augšanai, kas palīdz saglabāt pārtiku.

Sārmainā fermentācija ir biežāk sastopama ar proteīniem bagātiem pārtikas produktiem, piemēram, sojas pupām un citiem pākšaugiem, kaut arī tie ir veikti arī ar augu sēklām. Piemēram, arbūza sēklas un sezama sēklas.

Raugi

Līdzīgi kā baktērijām un pelēm, raugiem var būt labvēlīga un labvēlīga ietekme. Daži no raugiem patīk Pichia pasliktināt pārtiku, bet Candida To izmanto interesējošo proteīnu ražošanai.

Visizdevīgākais raugs vēlamo pārtikas fermentāciju ziņā ir ģimene Saccharomyces. Tas ir par S. cerevisiae iesaistīts maizes un alkohola ražošanā vīna fermentācijās. Ģimenes šķirnes karlbergenīze Saccharomyces cerevisiae ir raugs, kas iesaistīts alus ražošanā.

Ģimenes elipsoideus šķirne Saccharomyces cerevisiae To plaši izmanto vīndarībā. Savukārt, Schizosaccharomyces pombe un S. boulderi ir dominējošie raugi tradicionālo raudzēto dzērienu ražošanā, īpaši tiem, kas iegūti no kukurūzas un prosas.

Ir konstatēts, ka suga Schizosaccharomyces pombe Tā spēj noārdīt ābolskābi etanolā un oglekļa dioksīdā, un tā ir veiksmīgi izmantota, lai samazinātu skābumu vīnogu un plūmju misās.

Pelējums

Veidnes ir arī nozīmīgi organismi pārtikas pārstrādē, gan degradācijā, gan saglabāšanā. Daudzām veidnēm ir spēja ražot komerciāli svarīgus fermentus, piemēram, pektināzi Aspergillus niger.

Sugas Aspergillus Tie ir iesaistīti citronskābes ražošanā no ābolu mīkstuma paliekām. Sugas Aspergillus Tie bieži ir atbildīgi par nevēlamām izmaiņām pārtikas produktos, kas izraisa pasliktināšanos.

No otras puses, sugas Penicillium ir saistītas ar nogatavināšanas un garšas attīstību sieros, savukārt sugas. \ t Ceratocystis tie ir iesaistīti augļu garšas ražošanā. Tajā pašā laikā Penicillium ir cēlonis toksīnu, piemēram, patulīna, ražošanai.

Atsauces

  1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Bioķīmija (8. izdevums). W. H. Freemans un uzņēmums.
  2. Hogg, S. (2005). Būtiskā mikrobioloģija (1. izdevums). Wiley.
  3. Ray, R. & Montet, D. (2014). Mikroorganismi un tradicionālo pārtikas fermentācija (1. izdevums). CRC Press.
  4. Simon, E. (2014). Bioloģija: Core (1. izdevums). Pearson.
  5. Solomons, E., Bergs, L. un Martin, D. (2004). Bioloģija (7. izdevums) Cengage Learning.
  6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Bioķīmijas pamati: dzīve molekulārā līmenī(5. izdevums). Wiley.