МОЛОЧНА ФЕРМЕНТАЦІЯ: ПОКРОКОВИЙ ПРОЦЕС ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Молочна ферментація , також відома як кислотне бродіння молочної являє собою процес синтезу АТФ в в відсутності кисню , які виконують деякі мікроорганізми, в той числі типу бактерій під назвою «молочнокислі бактерії», яка закінчується кислота екскреції молочна.

Вважається типом анаеробного «дихання», а також здійснюється деякими м’язовими клітинами у ссавців, коли вони наполегливо працюють і з високою швидкістю, що перевищує кисневу транспортувальну здатність легеневої та серцево-судинної систем.

Схема молочнокислого бродіння (Джерело: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) через Wikimedia Commons та модифіковано Raquel Parada Puig)

Термін "бродіння", загалом, відноситься до отримання енергії (у формі АТФ) за відсутності кисню, тобто при анаеробіозі, а молочна ферментація відноситься до синтезу АТФ та виведення кислоти. молочна кислота при анаеробіозі, як продукти метаболізму глюкози.

Рівняння виробництва молочної кислоти з глюкози.

Молочнокислі бактерії

Людина використовує переваги молочної ферментації для виробництва та збереження їжі протягом тривалого часу, і, без сумніву, молочнокислі бактерії є основним опорою для цієї мети.

Вони належать до досить неоднорідної групи бактерій, які, як правило, мають форму коків і бацил; Вони є грампозитивними, некаталазними, неспортуючими, нерухомими та анаеробними бактеріями, здатними синтезувати молочну кислоту з пірувату, що утворюється гліколітичним шляхом.

Вони належать до різних родів, серед яких педіококк, лейконосток, енококк і лактобактерія, всередині яких є гомоферментативні та гетероферментативні види.

Гомоферментативні молочнокислі бактерії виробляють дві молекули молочної кислоти на кожну молекулу глюкози; гетероферментативні молочнокислі бактерії, з іншого боку, виробляють одну молекулу молочної кислоти, а іншу вуглекислого газу або етанолу, наприклад.

Процес молочної ферментації (крок за кроком)

Закваска молочної кислоти починається з клітини (бактеріальної або м’язової), яка споживає глюкозу або якийсь пов'язаний з цим цукор або вуглеводи. Це "споживання" відбувається через гліколіз.

- Гліколітичний шлях

Вкладення ATP

Спочатку 2 АТФ вкладається для кожної споживаної молекули глюкози, оскільки вона фосфорилюється ферментом гексокінази, отримуючи 6-фосфат глюкози, який ізомеризується до фруктози 6-фосфату (фермент глюкози 6-Р ізомерази) і фосфорилюється назад до фруктози 1 , 6-бісфосфат (фермент фосфофруктокінази).

Пізніше 1,6-бісфосфат фруктози «розрізають» навпіл, щоб вивільнити два триозний фосфат, відомий як гліцеральдегід 3-фосфат та дигідроксіацетонфосфат, реакцію, каталізовану ферментом альдолази.

Ці два фосфорильовані 3-вуглецеві фосфорильовані цукру взаємоперетворюються один з одним ферментом триозою фосфатною ізомеразою, тому вважається, що до цього моменту кожна молекула глюкози, яка споживається, перетворюється на дві молекули 3-фосфату гліцеральдегіду, фосфорильовані до 1,3-бісфосфогліцерат.

Вищевказана реакція каталізується ферментом, який називається гліцеральдегід 3-фосфатдегідрогеназою (GAPDH), який вимагає наявності "зменшувальної потужності" кофактора NAD +, без якого він не може функціонувати.

Виробництво АТФ

На цьому етапі на кожну молекулу глюкози було використано 2 АТФ, але ці дві молекули «замінені» реакцією, каталізованою ферментом фосфогліцерат-кіназою, завдяки якій кожен 1,3-бісфосфогліцерат перетворюється на 3-фосфогліцерат. і 2ATP синтезовані.

Кожен 3-фосфогліцерат перетворюється на 2-фосфогліцерат ферментом фосфогліцерат мутази, а це, в свою чергу, служить субстратом для ферменту енолази, який зневоднює його і перетворює його у фосфоенолпіруват.

З кожною молекулою глюкози, яка споживається, утворюється 2 молекули пірувату та 2 молекули АТФ, оскільки фосфоенолпіруват є субстратом для ферменту піруваткінази, який каталізує перенесення фосфорильної групи з фосфоенолпірувату в молекулу АДФ, продукуючи АТФ. .

- Молочна ферментація та регенерація НАД +

Піруват, 3-вуглецева молекула, перетворюється на молочну кислоту, іншу 3-вуглецеву молекулу, завдяки реакції відновлення, яка споживає одну молекулу НАДН на кожну молекулу пірувату, регенеруючи "перевернутий" НАД + в гликолитической реакції. каталізується GAPDH.

Заміна використовуваних молекул НАД + не призводить до додаткового вироблення молекул АТФ, але дозволяє гликолітичному циклу повторюватися (доки є вуглеводи) і виробляється 2 АТФ для кожного спожитого глюкози.

Реакція каталізується ферментом, який називається лактатдегідрогеназа, і йде приблизно так:

2C3H3O3 (піруват) + 2 NADH → 2C3H6O3 (молочна кислота) + 2 NAD +

Приклади процесів, в яких відбувається молочна ферментація

- У м’язових клітинах

Закваска молочної кислоти в м’язових клітинах є звичайною після тренування після декількох днів бездіяльності. Це очевидно, тому що м'язова втома та біль, яку відчуває спортсмен, пов’язані з наявністю в клітинах молочної кислоти.

Зображення 5132824 на сайті www.pixabay.com

У міру того, як м’язові клітини виснажуються і запаси кисню виснажуються (серцево-судинна та дихальна системи не справляються з необхідним транспортом кисню), вони починають бродити (дихати без кисню), вивільняючи молочну кислоту, яка може накопичуватися.

- харчові продукти

Ферментація молочної кислоти, проведена різними видами бактерій та грибів, використовується людиною у всьому світі для виробництва різних видів їжі.

Цей метаболізм, за допомогою якого характеризуються різні мікроорганізми, має важливе значення для економічного збереження та виробництва великої кількості їжі, оскільки досягнутий ними рН кислоти загалом гальмує ріст інших потенційно шкідливих чи патогенних мікроорганізмів.

Ці продукти включають йогурт, квашену капусту (ферментовану капусту), соління, маслини, різні мариновані овочі, різні види сиру та кисломолочного продукту, кефірну воду, деякі зброджені м'ясо та крупи, серед інших.

Йогурт

Йогурт - це ферментований продукт, отриманий з молока, і виробляється завдяки ферментації цієї рідини тваринного походження типом молочнокислих бактерій, як правило, видів Lactobacillus bulgaricus або Lactobacillus acidophilus.

Йогурт (Зображення kamila211 на сайті www.pixabay.com)

Ці мікроорганізми перетворюють цукор, присутній у молоці (включаючи лактозу), у молочну кислоту, тому рН знижується (стає кислим) у цій рідині, змінюючи її аромат та текстуру. Більш тверда або рідка текстура різних видів йогурту залежить від двох речей:

1. Від супутнього отримання екзополісахаридів ферментативними бактеріями, які діють як згущувачі
2. Від згортання, що є результатом нейтралізації негативних зарядів на молочних білках, як вплив зміни рН, що утворюється при виробництві молочної кислоти, що робить їх повністю нерозчинними

Заквашені овочі

У цій групі ми можемо знайти такі продукти, як оливки, консервовані в розсолі. Також входять препарати на основі капусти, такі як квашена капуста або корейські кімчі, а також мариновані корнішони та мексиканський халапено.

Заквашене м'ясо

До цієї категорії відносяться ковбаси, такі як чорізо, фует, салямі та сопресса. Продукти, які характеризуються своїми особливими смаковими якостями на додаток до високої здатності до збереження.

Заквашена риба та молюски

Вона включає різні види риби та молюсків, які зазвичай ферментуються в поєднанні з макаронами або рисом, як це стосується Pla raa в Таїланді.

Заквашені бобові

Молочна ферментація, застосовувана до бобових, є традиційною практикою в деяких азіатських країнах. Miso, наприклад, це паста, виготовлена ​​з ферментованої сої.

Заквашене насіння

У традиційній африканській кухні існує велика різноманітність продуктів, виготовлених з ферментованих насіння, таких як сумбала або кенкей. Ці продукти включають деякі приправи і навіть йогурти, виготовлені з круп.

Список літератури

1. Beijerinck, MW, Про молочнокислому бродінні в молоці., У: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, pp. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Молочнокислі бактерії. Мікробіологія молекулярного вина, 1-е вид .; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. Національна рада досліджень. (1992). Застосування біотехнології в традиційних ферментованих продуктах. Національна академія преси.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Принципи біохімії Ленінгера. Макміллан.
5. Султ, А. (2019). Хімія LibreTexts. Отримано 24 квітня 2020 року з chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Роль бактерій молочної кислоти в бродінні молока. Харчові та харчові науки. 05. 435-442. 10.4236 / fns.2014.54051.