Proces fermentacji i typy



The fermentacja Jest to proces metaboliczny, którego używają niektóre organizmy, aby uzyskać energię i składniki odżywcze z niektórych związków organicznych. Ważną cechą fermentacji jest to, że jest to reakcja beztlenowa, co oznacza, że ​​występuje ona w nieobecności tlenu.

Wiele mikroorganizmów wykorzystuje fermentację jako mechanizm produkcji energii w postaci ATP. Energia jest uzyskiwana poprzez degradację cząsteczek organicznych, takich jak skrobia lub cukier, poprzez fermentację.

Drożdże przeprowadzają fermentację cukrów i przekształcają je w alkohole, podczas gdy bakterie przekształcają niektóre węglowodany w kwas mlekowy. Fermentacja zachodzi również w owocach, grzybach i mięśniach ssaków.

Ten naturalny proces fermentacji jest szeroko stosowany przez współczesnego człowieka do uzyskiwania interesujących produktów, takich jak między innymi piwo, wino, jogurt i sery. Badanie fermentacji nazywa się cymologią.

Indeks

  • 1 Proces fermentacji
  • 2 Rodzaje fermentacji
    • 2.1 Fermentacja alkoholowa
    • 2.2 Fermentacja mlekowa
  • 3 Mikroorganizmy zaangażowane w fermentację żywności
    • 3.1 Bakterie
    • 3.2 Drożdże
    • 3.3 Formy
  • 4 odniesienia

Proces fermentacji

Podobnie jak inne procesy metaboliczne pozyskiwania energii, fermentacja rozpoczyna się od glikolizy. Ta reakcja metaboliczna opiera się na degradacji cząsteczek glukozy w celu uzyskania ważnych cząsteczek energii. Podczas tego procesu glukoza jest rozkładana przez utlenianie i wytwarzane są cząsteczki NADH i pirogronianu.

W reakcjach tlenowych (wykorzystujących tlen) NADH i pirogronian uczestniczą w mechanizmie zwanym fosforylacją oksydacyjną, procesie, który zachodzi w błonie mitochondriów i jest wysoce skuteczny do wytwarzania energii w postaci cząsteczek ATP..

Odwrotnie, fermentacja nie prowadzi do tak wydajnej produkcji energii, ponieważ niektóre cząsteczki, takie jak NADH, nie mogą uwalniać swoich elektronów, aby stać się ponownie NAD +, która jest utlenioną formą cząsteczki i która jest niezbędna, aby pomóc wygenerować więcej Cząsteczki ATP.

W rezultacie zachodzą inne reakcje metaboliczne, które zapewniają, że cząsteczki NADH oddają swoje elektrony innej cząsteczce organicznej, takiej jak pirogronian z glikolizy. To utlenianie NADH do NAD + pozwala glikolizie na dalsze funkcjonowanie.

Rodzaje fermentacji

Fermentacja alkoholowa

W fermentacji alkoholowej cząsteczki NADH oddają swoje elektrony innym cząsteczkom pochodzącym z pirogronianu, a tym samym powstaje alkohol. Produkowany alkohol to w szczególności etanol lub alkohol etylowy i jest to proces, który zachodzi w dwóch etapach.

W pierwszym etapie grupa karboksylowa jest uwalniana z pirogronianu, który jest uwalniany w postaci dwutlenku węgla, pozostawiając w ten sposób dwuwęglową cząsteczkę zwaną alketaldehydem.

W drugim etapie NADH przekazuje swoje elektrony do wytworzonego uprzednio aldehydu octowego, który wytwarza etanol i regeneruje NAD +, który jest niezbędny do utrzymania glikolizy, aw konsekwencji do dostarczania pirogronianu.

Równanie chemiczne netto produkcji etanolu z glukozy wynosi:

C6H12O6 (glukoza) → 2 C2H5OH (etanol) + 2 CO2 (dwutlenek węgla)

Drożdże przeprowadzają fermentację alkoholową, która jest wykorzystywana do produkcji zwykłych napojów alkoholowych, takich jak piwo i wino, a także do produkcji pieczywa.

Ważne jest, aby pamiętać, że alkohol jest toksyczny w dużych ilościach, zarówno dla drożdży, jak i ludzi, który ma ustalone poziomy tolerancji w zakresie od 5 do 21% w przybliżeniu.

Fermentacja mlekowa

Podczas fermentacji kwasu mlekowego NADH przenosi elektrony bezpośrednio do pirogronianu, tworząc w ten sposób cząsteczkę mleczanu. Bakterie produkujące jogurt robią to poprzez fermentację mlekową, a także czerwone krwinki w organizmie człowieka.

Poniższe równanie opisuje wytwarzanie kwasu mlekowego z glukozy:

C6H12O6 (glukoza) → 2 CH3CHOHCOOH (kwas mlekowy)

Wytwarzanie kwasu mlekowego może również wystąpić z laktozy i wody, jak wskazano w następującym równaniu podsumowującym:

C12H22O11 (laktoza) + H2O (woda) → 4 CH3CHOHCOOH (kwas mlekowy)

Fermentacja mlekowa może również zachodzić w komórkach mięśniowych, ale tylko pod pewnymi warunkami; na przykład, gdy ćwiczenia fizyczne są bardzo intensywne i brakuje tlenu.

Kwas mlekowy wytwarzany w mięśniach jest transportowany przez krwiobieg do wątroby, gdzie jest przekształcany z powrotem w pirogronian w celu ponownego wykorzystania w innych reakcjach produkcji energii.

Mikroorganizmy zaangażowane w fermentację żywności

Najczęstsze grupy mikroorganizmów zaangażowanych w fermentację żywności są następujące:

Bakterie

Bakterie kwasu mlekowego z rodzajów Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus i Oenococcus, są najważniejszymi bakteriami w fermentowanej żywności, a następnie gatunkami Acetobacter, który utlenia alkohol w kwasie octowym.

Fermentacja kwasu octowego jest szeroko stosowana do produkcji octu owocowego, w tym octu jabłkowego. Trzecią grupą bakterii ważnych w fermentacji są gatunki Bacillus subtilis, B. licheniformis i B. pumilus, które zwiększają pH pożywki.

Bacillus subtilis Jest to dominujący gatunek w produkcji cząsteczek, które zwiększają zasadowość podłoża, takiego jak amoniak. To sprawia, że ​​środowisko nie nadaje się do wzrostu organizmów rozkładających, co pomaga zachować żywność.

Fermentacje alkaliczne występują częściej w produktach bogatych w białko, takich jak soja i inne rośliny strączkowe, chociaż zostały one również przeprowadzone z nasionami roślin. Na przykład nasiona arbuza i nasiona sezamu.

Drożdże

Podobnie jak bakterie i pleśnie, drożdże mogą mieć korzystne i niekorzystne skutki w fermentacji żywności. Niektóre drożdże lubią Pichia pogorszyć jedzenie, podczas gdy Candida Służy do produkcji interesujących białek.

Najkorzystniejszym drożdżami pod względem pożądanych fermentacji żywności jest rodzina Saccharomyces. Chodzi o S. cerevisiae zaangażowany w wytwarzanie chleba i alkoholu w fermentacji wina. Odmiana carlbergenisis rodziny Saccharomyces cerevisiae drożdże biorą udział w produkcji piwa.

Rodzinna odmiana elipsoideus Saccharomyces cerevisiae Jest szeroko stosowany w produkcji wina. Ze swojej strony, Schizosaccharomyces pombe i S. boulderi są dominującymi drożdżami w produkcji tradycyjnych napojów fermentowanych, zwłaszcza pochodzących z kukurydzy i prosa.

Stwierdzono, że gatunek Schizosaccharomyces pombe Ma zdolność rozkładania kwasu jabłkowego w etanolu i dwutlenku węgla i jest z powodzeniem stosowana do zmniejszania kwasowości w moszczach winogronowych i śliwkowych.

Pleśń

Formy są również ważnymi organizmami w przetwórstwie żywności, zarówno w degradacji, jak i ochronie. Wiele pleśni ma zdolność wytwarzania enzymów o znaczeniu handlowym, takich jak pektynaza Aspergillus niger.

Gatunek Aspergillus Są zaangażowani w produkcję kwasu cytrynowego z pozostałości miazgi jabłkowej. Gatunek Aspergillus Są one często odpowiedzialne za niepożądane zmiany w żywności, które powodują pogorszenie.

Z drugiej strony, gatunek Penicillium są związane z rozwojem dojrzewania i smaku serów, podczas gdy gatunki z Ceratocystis biorą udział w produkcji smaku owoców. Jednocześnie Penicillium jest czynnikiem powodującym wytwarzanie toksyn, takich jak patulina.

Referencje

  1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemia (8 wyd.). W. H. Freeman and Company.
  2. Hogg, S. (2005). Niezbędna mikrobiologia (Pierwsze wydanie). Wiley.
  3. Ray, R. i Montet, D. (2014). Mikroorganizmy i fermentacja tradycyjnych produktów spożywczych (Pierwsze wydanie). CRC Naciśnij.
  4. Simon, E. (2014). Biologia: rdzeń (Pierwsze wydanie). Pearson.
  5. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biologia (7 wyd.) Cengage Learning.
  6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level(5 wyd.). Wiley.