Поділитися:
Процес і типи бродіння
The бродіння Це метаболічний процес, який деякі організми використовують для отримання енергії та поживних речовин з деяких органічних сполук. Важливою характеристикою ферментації є те, що вона є анаеробною реакцією, що означає, що вона відбувається за відсутності кисню.
Багато мікроорганізми використовують ферментацію як механізм виробництва енергії у вигляді АТФ. Енергію отримують шляхом деградації органічних молекул, таких як крохмаль або цукор, шляхом ферментації.
Дріжджі здійснюють ферментацію цукрів і перетворюють їх у спирти, а бактерії перетворюють певні вуглеводи в молочну кислоту. Ферментація також відбувається в плодах, грибах і в м'язах ссавців.
Цей природний процес бродіння широко використовується сучасною людиною для отримання цікавих продуктів, таких як пиво, вино, йогурт і сири, серед інших. Вивчення ферментації називається кімологією.
Індекс
- 1 Процес ферментації
- 2 Види бродіння
- 2.1 Алкогольна ферментація
- 2.2 Молочна ферментація
- 3 Мікроорганізми, що беруть участь у ферментації їжі
- 3.1 Бактерії
- 3.2 Дріжджі
- 3.3 Форми
- 4 Посилання
Процес ферментації
Як і інші обмінні процеси отримання енергії, ферментація починається з гліколізу. Ця метаболічна реакція заснована на деградації молекул глюкози для отримання важливих енергетичних молекул. Під час цього процесу глюкоза деградується окисленням і утворюються молекули NADH і пірувату.
У аеробних реакціях (які використовують кисень), NADH і піруват беруть участь у механізмі, який називається окисним фосфорилюванням, процесом, що відбувається в мембрані мітохондрій і є високоефективним для отримання енергії у вигляді молекул АТФ..
І навпаки, ферментація не призводить до такої ефективної продукції енергії, тому що деякі молекули, такі як NADH, не можуть звільнити свої електрони, щоб знову стати NAD +, яка є окисленою формою молекули і яка потрібна для отримання більшої кількості Молекули АТФ.
Внаслідок цього відбуваються інші метаболічні реакції, які гарантують, що молекули NADH передають свої електрони іншій органічній молекулі, такі як піруват від гліколізу. Це окислення NADH до NAD + дозволяє продовжувати функціонувати гліколіз.
Види бродіння
Алкогольна ферментація
При алкогольному бродінні молекули NADH передають свої електрони іншим молекулам, отриманим з пірувату, і таким чином виробляється спирт. Спирт, який виробляється, є конкретно етанолом або етиловим спиртом, і це процес, який відбувається в два етапи.
На першому етапі карбоксильна група вивільняється з пірувату, який вивільняється у вигляді діоксиду вуглецю, таким чином залишаючи молекулу з двома вуглецями, яка називається алкетальдегідом..
На другому етапі NADH пропускає свої електрони до виробленого раніше ацетальдегіду, який продукує етанол і регенерує NAD +, який необхідний для підтримки гліколізу і, отже, постачання пірувату.
Чисте хімічне рівняння для виробництва етанолу з глюкози:
C6H12O6 (глюкоза) → 2 C2H5OH (етанол) + 2 CO2 (діоксид вуглецю)
Дріжджі виконують алкогольну ферментацію, що використовується у виробництві звичайних алкогольних напоїв, таких як пиво і вино, а також у виробництві хліба.
Важливо відзначити, що алкоголь є токсичним у великих кількостях, як для дріжджів, так і для людини, що має встановлені рівні толерантності від 5 до 21% приблизно.
Молочна ферментація
При ферментації молочної кислоти NADH переносить свої електрони безпосередньо на піруват, створюючи таким чином молекулу лактату. Бактерії, які виробляють йогурт, роблять це через молочну ферментацію, а також червоні кров'яні клітини в організмі людини.
Наступне рівняння описує виробництво молочної кислоти з глюкози:
C6H12O6 (глюкоза) → 2 CH3CHOHCOOH (молочна кислота)
Виробництво молочної кислоти також може відбуватися з лактози і води, як зазначено в наступному узагальненому рівнянні: \ t
C12H22O11 (лактоза) + H2O (вода) → 4 CH3CHOHCOOH (молочна кислота)
Молочна ферментація також може відбуватися в м'язових клітинах, але тільки за певних умов; наприклад, коли фізичні навантаження дуже інтенсивні і мало постачання киснем.
Молочна кислота, що утворюється в м'язах, транспортується кров'ю до печінки, де вона перетворюється назад в піруват, щоб повторно використовувати її в інших реакціях виробництва енергії.
Мікроорганізми, залучені в харчові ферментації
Найбільш поширеними групами мікроорганізмів, що беруть участь у ферментації їжі, є:
Бактерії
Молочнокислі бактерії родів Lactobacillus, Pediococcus, Стрептокок і Енокок, є найбільш важливими бактеріями в ферментованих продуктах, за якими слідують види Acetobacter, що окислюють спирт в оцтовій кислоті.
Ферментація оцтової кислоти широко використовується для отримання фруктових оцтів, включаючи оцет. До третьої групи бактерій, важливих при бродінні, належать види Bacillus subtilis, B. licheniformis і B. pumilus, що підвищує рН середовища.
Bacillus subtilis Це домінуючий вид у виробництві молекул, які збільшують лужність середовища, наприклад, аміаку. Це робить навколишнє середовище непридатним для росту розкладаючих організмів, що сприяє збереженню їжі.
Лужні ферментації частіше зустрічаються в багатих на білки продуктах, таких як соєві боби та інші бобові, хоча вони також були проведені з насінням рослин. Наприклад, насіння кавуна і насіння кунжуту.
Дріжджі
Подібно до бактерій і цвілі, дріжджі можуть мати корисні і невигідні ефекти при ферментації їжі. Деякі дріжджі люблять Pichia погіршують їжу, в той час як Candida Використовується для виробництва цікавих білків.
Найбільш корисними дріжджами з точки зору бажаного бродіння їжі є сім'я Saccharomyces. Це про S. cerevisiae беруть участь у приготуванні хліба та алкоголю у виноробних ферментаціях. Різноманітність карлбергінізації сім'ї Saccharomyces cerevisiae є дріжджі, що беруть участь у виробництві пива.
Сімейний різновид еліпсоїда Saccharomyces cerevisiae Широко використовується в виноробстві. Зі свого боку, Schizosaccharomyces pombe і S. boulderi є домінуючими дріжджами у виробництві традиційних ферментованих напоїв, особливо тих, які отримані з кукурудзи і проса.
Встановлено, що цей вид Schizosaccharomyces pombe Має здатність деградувати яблучну кислоту в етанолі та діоксиді вуглецю і успішно використовується для зниження кислотності винограду та сливи.
Цвіль
Форми також є важливими організмами в харчовій промисловості, як у процесі деградації, так і в консервації. Багато форм мають здатність продукувати ферменти комерційного значення, такі як пектиназа з Aspergillus niger.
Види Росії Aspergillus Вони беруть участь у виробництві лимонної кислоти з залишків яблучної пульпи. Види Росії Aspergillus Вони часто несуть відповідальність за небажані зміни в продуктах харчування, що викликають погіршення.
З іншого боку, вид Penicillium пов'язані з розвитком дозрівання і смаку в сирах, у той час як види Ceratocystis вони беруть участь у виробництві аромату фруктів. У той же час Penicillium є збудником для виробництва токсинів, таких як патулін.
Список літератури
- Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Біохімія (8-е изд.). W. H. Freeman and Company.
- Hogg, S. (2005). Суттєва мікробіологія (1-е изд.). Wiley.
- Ray, R. & Montet, D. (2014). Мікроорганізми і ферментація традиційних харчових продуктів (1-е изд.). CRC Press.
- Simon, E. (2014). Біологія: Ядро (1-е изд.). Пірсон.
- Соломон, Е., Берг, Л. і Мартін, Д. (2004). Біологія (7-е изд.) Cengage Learning.
- Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основи біохімії: життя на молекулярному рівні(5-е изд.). Wiley.