Διαδικασία ζύμωσης και τύποι

Το ζύμωση Είναι μια μεταβολική διαδικασία που χρησιμοποιούν μερικοί οργανισμοί για την απόκτηση ενέργειας και θρεπτικών ουσιών από ορισμένες οργανικές ενώσεις. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της ζύμωσης είναι ότι είναι μια αναερόβια αντίδραση, που σημαίνει ότι συμβαίνει απουσία οξυγόνου.

Πολλοί μικροοργανισμοί χρησιμοποιούν ζύμωση ως μηχανισμό παραγωγής ενέργειας με τη μορφή ΑΤΡ. Η ενέργεια επιτυγχάνεται μέσω της αποικοδόμησης οργανικών μορίων, όπως είναι το άμυλο ή η ζάχαρη, μέσω της ζύμωσης.

Οι ζύμες πραγματοποιούν τη ζύμωση των σακχάρων και τις μετατρέπουν σε αλκοόλες, ενώ τα βακτήρια μετατρέπουν ορισμένους υδατάνθρακες σε γαλακτικό οξύ. Η ζύμωση συμβαίνει επίσης στα φρούτα, τα μανιτάρια και στους μύες των θηλαστικών.

Αυτή η φυσική διαδικασία ζύμωσης έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως από τον σύγχρονο άνθρωπο για να αποκτήσει προϊόντα ενδιαφέροντος, όπως μπύρα, κρασί, γιαούρτι και τυριά, μεταξύ άλλων. Η μελέτη της ζύμωσης ονομάζεται σιμολογία.

Ευρετήριο

• 1 Διαδικασία ζύμωσης
• 2 Τύποι ζύμωσης
  • 2.1 Αλκοολική ζύμωση
  • 2.2 Γαλακτική ζύμωση
• 3 Μικροοργανισμοί που εμπλέκονται στη ζύμωση τροφίμων
  • 3.1 Βακτήρια
  • 3.2 Ζύμες
  • 3.3 Καλούπια
• 4 Αναφορές

Διαδικασία ζύμωσης

Όπως και άλλες μεταβολικές διεργασίες λήψης ενέργειας, η ζύμωση αρχίζει με γλυκόλυση. Αυτή η μεταβολική αντίδραση βασίζεται στην αποικοδόμηση μορίων γλυκόζης για να ληφθούν σημαντικά μόρια ενέργειας. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η γλυκόζη αποικοδομείται με οξείδωση και παράγονται μόρια NADH και πυροσταφυλικού οξέος.

Αντιδράσεις σε αερόβια (χρησιμοποιώντας οξυγόνο), NADH και πυροσταφυλικό εμπλέκονται σε ένα μηχανισμό που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση, μια διαδικασία που λαμβάνει χώρα στη μιτοχονδριακή μεμβράνη και είναι ιδιαίτερα αποδοτική για την παραγωγή ενέργειας με τη μορφή μορίων ΑΤΡ.

Αντιστρόφως, η ζύμωση δεν οδηγεί σε τόσο αποτελεσματική παραγωγή ενέργειας επειδή μερικοί μόρια όπως ΝΑϋΗ, δεν μπορεί να απελευθερώσει ηλεκτρόνια τους να γίνουν πάλι μέσα NAD +, η οποία είναι η οξειδωμένη μορφή του μορίου και είναι απαραίτητη για να συμβάλει στη δημιουργία πιο Μόρια ΑΤΡ.

Κατά συνέπεια, άλλες μεταβολικές αντιδράσεις που εξασφαλίζουν μόρια NADH δωρίσουν ηλεκτρόνια σε ένα άλλο οργανικό μόριο, όπως πυροσταφυλικό γλυκόλυση συμβεί. Αυτή η οξείδωση του NADH σε NAD + επιτρέπει τη συνέχιση της λειτουργίας της γλυκόλυσης.

Τύποι ζύμωσης

Αλκοολική ζύμωση

Στην αλκοολική ζύμωση τα μόρια NADH δίνουν τα ηλεκτρόνια τους σε άλλα μόρια που προέρχονται από το πυροσταφυλικό, και έτσι παράγεται μια αλκοόλη. Η αλκοόλη που παράγεται είναι ειδικά η αιθανόλη ή η αιθυλική αλκοόλη και είναι μια διαδικασία που συμβαίνει σε δύο στάδια.

Στο πρώτο στάδιο απελευθερώνεται καρβοξυλομάδα από το πυροσταφυλικό, το οποίο απελευθερώνεται με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, αφήνοντας έτσι ένα μόριο δύο ατόμων άνθρακα που ονομάζεται αλκεταλδεϋδη.

Στο δεύτερο στάδιο, η NADH περάσει ηλεκτρόνια του να ακεταλδεϋδη παρήχθη παραπάνω, η οποία παράγεται αιθανόλη και το NAD +, η οποία είναι απαραίτητη για να διατηρηθεί γλυκόλυση αναγεννάται, και κατά συνέπεια, η παροχή του πυροσταφυλικού.

Η καθαρή χημική εξίσωση για την παραγωγή αιθανόλης από τη γλυκόζη είναι:

C6H12O6 (γλυκόζη) → 2 C2H5OH (αιθανόλη) + 2 CO2 (διοξείδιο του άνθρακα)

Οι ζύμες εκτελούν την αλκοολική ζύμωση που χρησιμοποιείται στην παραγωγή κοινών αλκοολούχων ποτών, όπως η μπύρα και το κρασί, καθώς και στην παρασκευή ψωμιού.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το αλκοόλ είναι τοξικό σε μεγάλες ποσότητες, τόσο για τις ζύμες όσο και για τους ανθρώπους, που έχει καθορίσει επίπεδα ανοχής που κυμαίνονται από 5 έως 21% περίπου.

Γαλακτική ζύμωση

Στη ζύμωση του γαλακτικού οξέος, το NADH μεταφέρει τα ηλεκτρόνια του απευθείας στο πυροσταφυλικό, δημιουργώντας έτσι ένα μόριο γαλακτικού οξέος. Τα βακτήρια που παράγουν γιαούρτι το κάνουν με τη γαλακτική ζύμωση, καθώς και με τα ερυθρά αιμοσφαίρια στο ανθρώπινο σώμα.

Η ακόλουθη εξίσωση περιγράφει την παραγωγή γαλακτικού οξέος από τη γλυκόζη:

C6H12O6 (γλυκόζη) -> 2 CH3CHOHCOOH (γαλακτικό οξύ)

Η παραγωγή γαλακτικού οξέος μπορεί επίσης να συμβεί από λακτόζη και νερό, όπως υποδεικνύεται στην ακόλουθη συνοπτική εξίσωση:

C12H22O11 (λακτόζη) + Η2Ο (νερό) - 4 CH3CHOHCOOH (γαλακτικό οξύ)

Η γαλακτική ζύμωση μπορεί επίσης να εμφανιστεί στα μυϊκά κύτταρα, αλλά μόνο υπό ορισμένες συνθήκες. για παράδειγμα, όταν η σωματική άσκηση είναι πολύ έντονη και υπάρχει λίγη παροχή οξυγόνου.

Το γαλακτικό οξύ που παράγεται στους μύες μεταφέρεται από την κυκλοφορία του αίματος στο ήπαρ, όπου μετατρέπεται πάλι σε πυροσταφυλικό για να επαναχρησιμοποιηθεί σε άλλες αντιδράσεις παραγωγής ενέργειας.

Μικροοργανισμοί που εμπλέκονται σε ζυμώσεις τροφίμων

Οι πιο κοινές ομάδες μικροοργανισμών που εμπλέκονται στη ζύμωση των τροφίμων είναι οι εξής:

Βακτήρια

Τα βακτηρίδια γαλακτικού οξέος των γενών Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus και Oenococcus, είναι τα πιο σημαντικά βακτήρια σε ζυμωμένα τρόφιμα, ακολουθούμενα από είδη Acetobacter, που οξειδώνουν την αλκοόλη σε οξικό οξύ.

Η ζύμωση του οξικού οξέος έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για την παραγωγή ξύδι φρούτων, συμπεριλαμβανομένου του ξιδιού μηλίτη. Μια τρίτη ομάδα βακτηρίων που είναι σημαντικά στη ζύμωση είναι το είδος του Bacillus subtilis, Β. Licheniformis και B. pumilus, που αυξάνουν το ρΗ του μέσου.

Bacillus subtilis Είναι το κυρίαρχο είδος στην παραγωγή μορίων που αυξάνουν την αλκαλικότητα του μέσου, όπως η αμμωνία. Αυτό καθιστά το περιβάλλον ακατάλληλο για την ανάπτυξη των οργανισμών αποσύνθεσης, που βοηθά στη διατήρηση των τροφίμων.

Αλκαλικές ζυμώσεις είναι πιο συχνές σε πλούσιες σε πρωτεΐνες τρόφιμα όπως σόγια και άλλα όσπρια, παρόλο που έχουν επίσης πραγματοποιηθεί με σπόρους φυτών. Για παράδειγμα, καρπούζι και σουσάμι.

Ζυμομύκητες

Όπως τα βακτήρια και τα καλούπια, οι ζύμες μπορούν να έχουν ευεργετικές και μη ευεργετικές επιδράσεις στη ζύμωση των τροφίμων. Μερικές από τις ζύμες μοιάζουν Pichia επιδεινώστε το φαγητό, ενώ το Candida Χρησιμοποιείται για την παραγωγή πρωτεϊνών ενδιαφέροντος.

Η πιο ευεργετική ζύμη όσον αφορά τις επιθυμητές ζυμώσεις τροφίμων είναι η οικογένεια Saccharomyces. Πρόκειται για το S. cerevisiae που εμπλέκονται στην παρασκευή ψωμιού και αλκοόλης σε ζυμώσεις κρασιού. Η ποικιλία carlbergenisis της οικογένειας Saccharomyces cerevisiae είναι η ζύμη που εμπλέκεται στην παραγωγή μπύρας.

Η οικογενειακή ποικιλία ελλειψοειδούς Saccharomyces cerevisiae Χρησιμοποιείται ευρέως στην οινοποίηση. Από τη μεριά του, Schizosaccharomyces pombe και S. boulderi είναι οι κυρίαρχες ζυμομύκητες στην παραγωγή παραδοσιακών ζυμωμένων ποτών, ιδιαίτερα εκείνων που προέρχονται από καλαμπόκι και κεχρί.

Έχει βρεθεί ότι το είδος Schizosaccharomyces pombe Έχει την ικανότητα να αποικοδομεί το μηλικό οξύ σε αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα και έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για να μειώσει την οξύτητα στα γλεύκη σταφυλιών και δαμάσκηνων.

Mold

Τα καλούπια είναι επίσης σημαντικοί οργανισμοί στην επεξεργασία τροφίμων, τόσο στην υποβάθμιση όσο και στη διατήρηση. Πολλά καλούπια έχουν την ικανότητα να παράγουν ένζυμα εμπορικής σημασίας, όπως η πηκτινάση από Aspergillus niger.

Τα είδη του Aspergillus Συμμετέχουν στην παραγωγή κιτρικού οξέος από τα απομεινάρια πολτού μήλου. Τα είδη του Aspergillus Είναι συχνά υπεύθυνοι για ανεπιθύμητες αλλαγές στα τρόφιμα που προκαλούν αλλοίωση.

Από την άλλη πλευρά, το είδος του Penicillium συνδέονται με την ανάπτυξη της ωρίμανσης και της γεύσης στα τυριά, ενώ το είδος του Ceratocystis εμπλέκονται στην παραγωγή της γεύσης του καρπού. Ταυτόχρονα, το Penicillium είναι ο αιτιολογικός παράγοντας για την παραγωγή τοξινών όπως η πατουλίνη.

Αναφορές

1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Βιοχημεία (8η έκδοση). W. Η. Freeman and Company.
2. Hogg, S. (2005). Βασική Μικροβιολογία (1η έκδοση). Wiley.
3. Ray, R. & Montet, D. (2014). Μικροοργανισμοί και ζύμωση παραδοσιακών τροφίμων (1η έκδοση). CRC Press.
4. Simon, Ε. (2014). Βιολογία: Ο πυρήνας (1η έκδοση). Pearson.
5. Solomon, Ε., Berg, L. & Martin, D. (2004). Βιολογία (7η έκδοση) Εκμάθηση των πόρων.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Βασικές αρχές της βιοχημείας: Ζωή στο μοριακό επίπεδο(5η έκδοση). Wiley.