Proses dan Jenis Fermentasi



The penapaian Ia adalah proses metabolik yang digunakan beberapa organisma untuk mendapatkan tenaga dan nutrien dari sebatian organik tertentu. Ciri penting penapaian adalah bahawa ia adalah tindak balas anaerobik, yang bermaksud bahawa ia berlaku apabila tiada oksigen.

Banyak mikroorganisma menggunakan penapaian sebagai mekanisme pengeluaran tenaga dalam bentuk ATP. Tenaga didapatkan melalui degradasi molekul organik, seperti kanji atau gula, melalui penapaian.

Yis menjalankan fermentasi gula dan mengubahnya menjadi alkohol, sementara bakteria mengubah karbohidrat tertentu menjadi asid laktik. Fermentasi juga berlaku dalam buah-buahan, cendawan dan dalam otot mamalia.

Proses penapaian semulajadi ini telah banyak digunakan oleh manusia moden untuk mendapatkan produk yang menarik, seperti bir, wain, yogurt dan keju, antara lain. Kajian penapaian dipanggil cimologi.

Indeks

  • 1 Proses penapaian
  • 2 jenis penapaian
    • 2.1 Penapaian alkohol
    • 2.2 penapaian laktik
  • 3 Mikroorganisma yang terlibat dalam penapaian makanan
    • 3.1 Bakteria
    • 3.2 Yeast
    • 3.3 Acuan
  • 4 Rujukan

Proses penapaian

Seperti proses metabolik lain untuk mendapatkan tenaga, penapaian bermula dengan glikolisis. Reaksi metabolik ini didasarkan pada kemerosotan molekul glukosa untuk mendapatkan molekul tenaga penting. Semasa proses ini glukosa dihancurkan oleh pengoksidaan dan molekul NADH dan piruvat dihasilkan.

Dalam tindak balas aerobik (yang menggunakan oksigen), NADH dan piruvat mengambil bahagian dalam mekanisme yang disebut fosforilasi oksidatif, suatu proses yang berlaku dalam membran mitokondria dan sangat berkesan untuk menghasilkan tenaga dalam bentuk molekul ATP..

Sebaliknya, penapaian tidak membawa kepada pengeluaran tenaga yang cekap kerana beberapa molekul, seperti NADH, tidak dapat melepaskan elektron mereka untuk menjadi lagi NAD +, yang merupakan bentuk molekul yang teroksidasi dan yang diperlukan untuk membantu menghasilkan lebih banyak Molekul ATP.

Hasilnya, tindak balas metabolik lain berlaku yang memastikan bahawa molekul NADH menyumbang elektron mereka ke molekul organik lain, seperti piruvat dari glikolisis. Pengoksidaan NADH ke NAD + membolehkan glikolisis untuk terus berfungsi.

Jenis penapaian

Penapaian alkohol

Dalam penapaian alkohol, molekul NADH menyumbang elektron mereka ke molekul lain yang diperolehi daripada piruvat, dan oleh itu alkohol dihasilkan. Alkohol yang dihasilkan secara khusus adalah etanol atau etil alkohol, dan ia adalah satu proses yang berlaku dalam dua langkah.

Dalam langkah pertama, kumpulan karboksil dibebaskan daripada pyruvate, yang dilepaskan dalam bentuk karbon dioksida, dengan itu meninggalkan molekul dua karbon dipanggil alketaldehyde.

Dalam langkah kedua, NADH melepaskan elektron-elektronnya ke asetaldehida yang dihasilkan sebelum ini, yang menghasilkan etanol dan menegenerasi NAD +, yang diperlukan untuk mengekalkan glikolisis dan, oleh itu, bekalan piruvat.

Persamaan kimia bersih untuk penghasilan etanol daripada glukosa ialah:

C6H12O6 (glukosa) → 2 C2H5OH (etanol) + 2 CO2 (karbon dioksida)

Ragi melakukan penapaian alkohol yang digunakan dalam pengeluaran minuman beralkohol biasa, seperti bir dan wain, serta membuat roti.

Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa alkohol adalah toksik dalam kuantiti yang besar, baik untuk ragi dan manusia, yang telah menubuhkan tahap toleransi antara 5 hingga 21% kira-kira.

Penapaian laktik

Dalam penapaian asid laktik NADH memindahkan elektronnya terus ke piruvat, dengan itu menghasilkan molekul laktat. Bakteria yang menghasilkan yogurt melakukannya melalui penapaian laktik, serta sel darah merah di dalam tubuh manusia.

Persamaan berikut menggambarkan pengeluaran asid laktik daripada glukosa:

C6H12O6 (glukosa) → 2 CH3CHOHCOOH (asid laktik)

Pengeluaran asid laktik juga boleh berlaku dari laktosa dan air, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan ringkasan berikut:

C12H22O11 (laktosa) + H2O (air) → 4 CH3CHOHCOOH (asid laktik)

Penapaian laktik juga boleh berlaku dalam sel otot, tetapi hanya dalam keadaan tertentu; Sebagai contoh, apabila latihan fizikal sangat sengit dan terdapat sedikit bekalan oksigen.

Asid laktik yang dihasilkan dalam otot diangkut oleh aliran darah ke hati, di mana ia ditukar kembali ke piruvat untuk digunakan semula dalam tindak balas lain pengeluaran tenaga.

Mikroorganisma yang terlibat dalam penapaian makanan

Kumpulan yang paling biasa mikroorganisma yang terlibat dalam penapaian makanan adalah berikut:

Bakteria

Bakteria asid laktik genera Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus dan Oenococcus, adalah bakteria yang paling penting dalam makanan yang ditapai, diikuti oleh spesies Acetobacter, yang mengoksidakan alkohol dalam asid asetik.

Fermentasi asid asetik telah digunakan secara meluas untuk menghasilkan vinegar buah, termasuk cuka sari. Kumpulan ketiga bakteria yang penting dalam penapaian adalah spesies Bacillus subtilis, B. licheniformis dan B. pumilus, yang meningkatkan pH medium.

Bacillus subtilis Ia adalah spesies dominan dalam pengeluaran molekul yang meningkatkan kealkalian medium, seperti amonia. Ini menjadikan persekitaran tidak sesuai untuk pertumbuhan organisma pengurai, yang membantu mengekalkan makanan.

Penapaian alkali adalah lebih biasa dalam makanan kaya protein seperti kacang soya dan kacang-kacangan lain, walaupun mereka juga telah dijalankan dengan biji tumbuhan. Sebagai contoh, biji tembikai dan biji bijan.

Yeast

Seperti bakteria dan cendawan, ragi mempunyai kesan yang bermanfaat dan tidak bermanfaat dalam penapaian makanan. Sesetengah ragi seperti Pichia merosakkan makanan, sementara Candida Ia digunakan untuk pengeluaran protein yang menarik.

Yis yang paling berfaedah dari segi penapaian makanan yang diinginkan adalah keluarga Saccharomyces. Ini mengenai S. cerevisiae terlibat dalam membuat roti dan alkohol dalam penapaian wain. Kepelbagaian carlbergenisis keluarga Saccharomyces cerevisiae adalah ragi yang terlibat dalam pengeluaran bir.

Pelbagai ellipsoideus keluarga Saccharomyces cerevisiae Ia digunakan secara meluas dalam winemaking. Untuk bahagiannya, Schizosaccharomyces pombe dan S. boulderi adalah ragi dominan dalam pengeluaran minuman beralkohol tradisional, terutamanya yang diperolehi dari jagung dan bijirin.

Telah didapati spesies itu Schizosaccharomyces pombe Ia mempunyai keupayaan untuk merendahkan asid malik dalam etanol dan karbon dioksida, dan telah berjaya digunakan untuk mengurangkan keasidan dalam anggur dan rempah.

Acuan

Acuan juga merupakan organisme penting dalam pemprosesan makanan, baik dalam degradasi dan dalam pemuliharaan. Banyak acuan mempunyai keupayaan untuk menghasilkan enzim kepentingan komersil, seperti pektinase dari Aspergillus niger.

Spesies Aspergillus Mereka terlibat dalam pengeluaran asid sitrik dari sisa pulpa epal. Spesies Aspergillus Mereka sering bertanggungjawab terhadap perubahan yang tidak diingini dalam makanan yang menyebabkan kemerosotan.

Sebaliknya, spesies Penicillium dikaitkan dengan perkembangan kematangan dan rasa keju, sementara spesies Ceratocystis mereka terlibat dalam penghasilan rasa buah. Pada masa yang sama, Penicillium adalah agen penyebab bagi pengeluaran toksin seperti patulin.

Rujukan

  1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokimia (Ed ed.). W. H. Freeman dan Syarikat.
  2. Hogg, S. (2005). Mikrobiologi penting (Ed ed.). Wiley.
  3. Ray, R. & Montet, D. (2014). Mikroorganisma dan Penapaian Makanan Tradisional (Ed ed.). CRC Press.
  4. Simon, E. (2014). Biologi: Teras (Ed ed.). Pearson.
  5. Salomo, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7 ed.) Pembelajaran Cengage.
  6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Asas-Asas Biokimia: Kehidupan di Tahap Molekul(Edisi ke-5). Wiley.