Ферментационен процес и видове



на ферментация Това е метаболитен процес, който някои организми използват, за да получат енергия и хранителни вещества от някои органични съединения. Важна характеристика на ферментацията е, че тя е анаеробна реакция, което означава, че се среща в отсъствието на кислород.

Много микроорганизми използват ферментацията като механизъм за производство на енергия под формата на АТФ. Енергията се получава чрез разграждане на органични молекули, като нишесте или захар, чрез ферментация.

Дрождите извършват ферментацията на захарите и ги превръщат в алкохоли, докато бактериите превръщат определени въглехидрати в млечна киселина. Ферментацията се среща и в плодовете, гъбите и в мускулите на бозайниците.

Този естествен процес на ферментация е широко използван от съвременния човек за получаване на продукти от интерес, като бира, вино, кисело мляко и сирена, наред с други. Изследването на ферментацията се нарича цимология.

индекс

  • 1 Процес на ферментация
  • 2 Видове ферментация
    • 2.1 Алкохолна ферментация
    • 2.2 Млечна ферментация
  • 3 Микроорганизми, участващи във ферментацията на храни
    • 3.1 Бактерии
    • 3.2 Дрожди
    • 3.3 Форми
  • 4 Препратки

Процес на ферментация

Подобно на други метаболитни процеси на получаване на енергия, ферментацията започва с гликолиза. Тази метаболитна реакция се основава на разграждането на глюкозните молекули за получаване на важни енергийни молекули. По време на този процес глюкозата се разгражда чрез окисление и се генерират молекули на NADH и пируват.

В аеробните реакции (които използват кислород), NADH и пируват участват в механизъм, наречен окислително фосфорилиране, процес, който се осъществява в мембраната на митохондриите и е много ефективен за производство на енергия под формата на АТР молекули..

Обратно, ферментацията не води до такова ефективно производство на енергия, защото някои молекули, като NADH, не могат да освободят своите електрони, за да станат отново NAD +, което е окислената форма на молекулата и което е необходимо, за да помогне за генерирането на повече АТР молекули.

В резултат на това се появяват други метаболитни реакции, които гарантират, че молекулите на NADH даряват електроните си на друга органична молекула, като пируват от гликолиза. Това окисление на NADH до NAD + позволява на гликолизата да продължи да функционира.

Видове ферментация

Алкохолна ферментация

При алкохолна ферментация молекулите на NADH даряват електроните си на други молекули, получени от пируват, и по този начин се произвежда алкохол. Произведеният алкохол е по-специално етанол или етилов алкохол и това е процес, който се осъществява в две стъпки.

В първия етап от пирувата се освобождава карбоксилна група, която се освобождава под формата на въглероден диоксид, като по този начин се оставя молекула от два въглерода, наречена алкал-алдехид.

Във втората стъпка, NADH предава своите електрони към предишния ацеталдехид, който произвежда етанол и регенерира NAD +, който е необходим за поддържане на гликолиза и следователно за доставяне на пируват..

Нетното химическо уравнение за производството на етанол от глюкоза е:

C6H12O6 (глюкоза) → 2 C2H5OH (етанол) + 2 CO2 (въглероден диоксид)

Дрождите изпълняват алкохолната ферментация, която се използва при производството на обикновени алкохолни напитки, като бира и вино, както и при приготвянето на хляб.

Важно е да се отбележи, че алкохолът е токсичен в големи количества, както за дрожди, така и за хора, които имат установени нива на толерантност от 5 до 21% приблизително..

Млечна ферментация

При ферментацията на млечната киселина NADH прехвърля електроните си директно в пируват, като по този начин генерира лактатна молекула. Бактериите, които произвеждат кисело мляко, правят това чрез млечна ферментация, както и чрез червени кръвни клетки в човешкото тяло.

Следното уравнение описва производството на млечна киселина от глюкоза:

C6H12O6 (глюкоза) → 2 CH3CHOHCOOH (млечна киселина)

Производството на млечна киселина може да се получи и от лактоза и вода, както е посочено в следното обобщение:

C12H22O11 (лактоза) + H2O (вода) → 4 CH3CHOHCOOH (млечна киселина)

Млечната ферментация може да се появи и в мускулните клетки, но само при определени условия; например, когато физическите упражнения са много интензивни и има малко количество кислород.

Млечната киселина, произведена в мускулите, се транспортира от кръвния поток до черния дроб, където се превръща обратно в пируват, за да се използва повторно в други реакции на производство на енергия.

Микроорганизми, участващи в хранителни ферментации

Най-често срещаните групи микроорганизми, участващи във ферментацията на храни, са следните:

бактерии

Млечнокиселите бактерии от родовете Lactobacillus, Pediococcus, стрептокок и Oenococcus, са най-важните бактерии в ферментиралите храни, следвани от видове Acetobacter, които окисляват алкохола в оцетна киселина.

Ферментацията на оцетната киселина се използва широко за производство на плодови оцети, включително ябълков оцет. Трета група бактерии, важни при ферментацията, са вида на бацил субтилис, B. licheniformis и B. pumilus, които повишават рН на средата.

Bacillus subtilis Това е доминиращият вид в производството на молекули, които увеличават алкалността на средата, като амоняк. Това прави околната среда неподходяща за растежа на разпадащите се организми, което спомага за запазването на храната.

Алкалните ферментации са по-често срещани в храни, богати на протеини, като соя и други бобови растения, въпреки че те също са били извършвани със семена от растения. Например, семена от диня и сусам.

дрожди

Подобно на бактерии и плесени, дрождите могат да имат полезни и неблагоприятни ефекти при ферментацията на храни. Някои от дрождите харесват Pichia влошава храната, докато Candida Използва се за производство на интересни протеини.

Най-полезните дрожди по отношение на желаната ферментация на храната е семейството Saccharomyces. Става въпрос за S. cerevisiae участвали в производството на хляб и алкохол във винената ферментация. Разновидността на семейството Saccharomyces cerevisiae е дрождите, участващи в производството на бира.

Разновидността на семейството ellipsoideus Saccharomyces cerevisiae Широко се използва в производството на вино. От своя страна, Schizosaccharomyces pombe и S. boulderi са доминиращите дрожди при производството на традиционни ферментирали напитки, особено тези, получени от царевица и просо.

Установено е, че видът Schizosaccharomyces pombe Той има способността да разгражда ябълчената киселина в етанол и въглероден диоксид и се използва успешно за намаляване на киселинността в гроздовите и сливи мъсти..

плесени

Плесените са също важни организми при преработката на храни, както при деградация, така и при опазване. Много форми имат способността да произвеждат ензими с търговска важност, като пектиназа от Aspergillus niger.

Видът на Aspergillus Те участват в производството на лимонена киселина от остатъците от ябълков пулп. Видът на Aspergillus Те често са отговорни за нежелани промени в храни, които причиняват влошаване.

От друга страна, вида на Penicillium са свързани с развитието на зреене и вкус в сирената, докато вида на Ceratocystis те участват в производството на аромата на плодовете. В същото време, Penicillium е причинител за производството на токсини като патулин.

препратки

  1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). биохимия (8-мо изд.). W. H. Freeman and Company.
  2. Hogg, S. (2005). Основна микробиология (1-ви ред.). Wiley.
  3. Ray, R. & Montet, D. (2014). Микроорганизми и ферментация на традиционни храни (1-ви ред.). CRC Press.
  4. Саймън, Е. (2014). Биология: Ядрото (1-ви ред.). Pearson.
  5. Соломон, Е., Берг, Л. и Мартин, Д. (2004). биология (7-мо изд.) Cengage Learning.
  6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основи на биохимията: Живот на молекулярно ниво(5-то изд.). Wiley.