Fermentační proces a typy



fermentace Je to metabolický proces, který některé organismy používají k získávání energie a živin z určitých organických sloučenin. Důležitou vlastností fermentace je to, že se jedná o anaerobní reakci, což znamená, že se vyskytuje v nepřítomnosti kyslíku.

Mnoho mikroorganismů používá fermentaci jako mechanismus výroby energie ve formě ATP. Energie se získává degradací organických molekul, jako je škrob nebo cukr, fermentací.

Kvasinky provádějí fermentaci cukrů a přeměňují je na alkoholy, zatímco bakterie přeměňují některé sacharidy na kyselinu mléčnou. Kvašení probíhá také v ovoci, hubách a ve svalech savců.

Tento přirozený proces fermentace byl široce používán moderním člověkem k získání produktů zájmu, jako je pivo, víno, jogurt a sýry, mimo jiné. Studium fermentace se nazývá cimologie.

Index

  • 1 Fermentační proces
  • 2 Druhy fermentace
    • 2.1 Alkoholické kvašení
    • 2.2 Laktátová fermentace
  • 3 Mikroorganismy zapojené do fermentace potravin
    • 3.1 Bakterie
    • 3.2 Kvasinky
    • 3.3 Formy
  • 4 Odkazy

Fermentační proces

Stejně jako ostatní metabolické procesy získávání energie začíná fermentace glykolýzou. Tato metabolická reakce je založena na degradaci molekul glukózy na získání důležitých molekul energie. Během tohoto procesu se glukóza degraduje oxidací a vznikají molekuly NADH a pyruvátu.

V aerobních reakcích (které používají kyslík) se NADH a pyruvát účastní mechanismu nazývaného oxidační fosforylace, což je proces, který probíhá v membráně mitochondrií a je vysoce účinný při výrobě energie ve formě ATP molekul..

Naopak, kvašení nevede k takové účinné výrobě energie, protože některé molekuly, jako je NADH, nemohou uvolnit své elektrony, aby se staly opět NAD +, což je oxidovaná forma molekuly a která je nezbytná k tomu, aby pomohla vytvořit více ATP molekuly.

V důsledku toho dochází k dalším metabolickým reakcím, které zajišťují, že molekuly NADH darují své elektrony jiné organické molekule, jako je pyruvát z glykolýzy. Tato oxidace NADH na NAD + umožňuje pokračovat v fungování glykolýzy.

Druhy fermentace

Alkoholické kvašení

V alkoholové fermentaci NADH molekuly darují jejich elektrony k jiným molekulám odvozeným z pyruvate, a tak alkohol je produkován. Alkohol, který se vyrábí, je specificky ethanol nebo ethylalkohol a jedná se o proces, ke kterému dochází ve dvou krocích.

V prvním kroku je karboxylová skupina uvolněna z pyruvátu, který je uvolňován ve formě oxidu uhličitého, takže zanechává molekulu se dvěma uhlíky zvanou alketaldehyd.

Ve druhém kroku NADH předává své elektrony do dříve vyrobeného acetaldehydu, který produkuje ethanol a regeneruje NAD +, který je nezbytný pro udržení glykolýzy, a tedy i dodávky pyruvátu..

Čistá chemická rovnice pro výrobu ethanolu z glukózy je:

C6H12O6 (glukóza) → 2 C2H5OH (ethanol) + 2 CO2 (oxid uhličitý)

Kvasinky provádějí alkoholové kvašení, které se používá při výrobě běžných alkoholických nápojů, jako je pivo a víno, stejně jako při výrobě chleba..

Je důležité poznamenat, že alkohol je toxický ve velkém množství, a to jak u kvasinek, tak u lidí, který má stanovenou úroveň tolerance v rozmezí od 5 do 21%..

Laktátová fermentace

Při fermentaci kyseliny mléčné NADH přenáší své elektrony přímo na pyruvát, čímž vzniká molekula laktátu. Bakterie, které produkují jogurt, tak dělají mléčnou fermentací, stejně jako červené krvinky v lidském těle.

Následující rovnice popisuje produkci kyseliny mléčné z glukózy:

C6H12O6 (glukóza) → 2 CH3CHOHCOOH (kyselina mléčná)

K produkci kyseliny mléčné může docházet také z laktózy a vody, jak je uvedeno v následující souhrnné rovnici:

C12H22O11 (laktóza) + H20 (voda) → 4 CH3CHOHCOOH (kyselina mléčná)

Laktátová fermentace může také nastat ve svalových buňkách, ale jen za určitých podmínek; například když je tělesné cvičení velmi intenzivní a je málo kyslíku.

Kyselina mléčná produkovaná ve svalech je transportována krevním oběhem do jater, kde je přeměněna zpět na pyruvát, který má být znovu použit v jiných reakcích výroby energie..

Mikroorganismy zapojené do fermentace potravin

Nejběžnější skupiny mikroorganismů zapojených do fermentace potravin jsou následující:

Bakterie

Bakterie mléčného původu rodů Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus a Oenococcus, jsou nejvýznamnější bakterie ve fermentovaných potravinách, následované druhy Acetobacter, který oxiduje alkohol v kyselině octové.

Fermentace kyseliny octové byla široce používána k výrobě ovocných octů, včetně octu jablečného. Třetí skupinou bakterií důležitých ve fermentaci jsou druhy Bacillus subtilis, B. licheniformis a B. pumilus, které zvyšují pH média.

Bacillus subtilis Je to dominantní druh při produkci molekul, které zvyšují alkalitu média, jako je například amoniak. Díky tomu je prostředí nevhodné pro růst rozkladných organismů, což pomáhá chránit potraviny.

Alkalické fermentace jsou běžnější v potravinách bohatých na bílkoviny, jako jsou sójové boby a jiné luštěniny, i když byly také prováděny s rostlinnými semeny. Například semena melounu a sezamová semínka.

Kvasinky

Jako bakterie a plísně mohou mít kvasinky příznivé a nepříznivé účinky při fermentaci potravin. Některé z kvasnic se líbí Pichia potraviny, zatímco Candida Používá se pro produkci zájmových proteinů.

Nejvýhodnější kvasinkou z hlediska žádoucí fermentace je rodina Saccharomyces. Je to o tom S. cerevisiae podílí se na výrobě chleba a alkoholu při kvašení vína. Odrůda carlbergenisis rodiny Saccharomyces cerevisiae je kvasinkami, které se podílejí na výrobě piva.

Rodina ellipsoideus odrůdy Saccharomyces cerevisiae To je široce používané ve vinařství. Z jeho strany, Schizosaccharomyces pombe a S. boulderi jsou dominantními kvasinkami při výrobě tradičních kvašených nápojů, zejména z kukuřice a proso.

Bylo zjištěno, že tento druh Schizosaccharomyces pombe Má schopnost degradovat kyselinu jablečnou v ethanolu a oxidu uhličitém a úspěšně se používá ke snížení kyselosti hroznů a švestek..

Plíseň

Plíseň je také důležitým organismem při zpracování potravin, a to jak v degradaci, tak v ochraně. Mnoho forem má schopnost produkovat enzymy komerčního významu, takový jako pectinase od Aspergillus niger.

Druhy Aspergillus Podílí se na výrobě kyseliny citrónové ze zbytků jablečné drti. Druhy Aspergillus Často jsou odpovědné za nežádoucí změny v potravinách, které způsobují zhoršení kvality.

Na druhé straně, druh Penicillium jsou spojeny s vývojem zrání a chutí sýrů, zatímco druh Ceratocystis podílejí se na tvorbě chuti ovoce. Penicillium je zároveň původcem produkce toxinů, jako je patulin.

Odkazy

  1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8. vydání). W. H. Freeman a Company.
  2. Hogg, S. (2005). Základní mikrobiologie (1. vydání). Wiley.
  3. Ray, R. & Montet, D. (2014). Mikroorganismy a fermentace tradičních potravin (1. vydání). CRC Stiskněte.
  4. Simon, E. (2014). Biologie: Jádro (1. vydání). Pearson.
  5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7. vydání) Cengage Learning.
  6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Základy biochemie: Život na molekulární úrovni(5. vydání). Wiley.