กระบวนการและประเภทของการหมัก

การหมัก มันเป็นกระบวนการเผาผลาญอาหารที่สิ่งมีชีวิตบางอย่างใช้เพื่อรับพลังงานและสารอาหารจากสารประกอบอินทรีย์บางชนิด ลักษณะสำคัญของการหมักคือมันเป็นปฏิกิริยาแบบไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งหมายความว่ามันจะเกิดขึ้นเมื่อไม่มีออกซิเจน.

จุลินทรีย์จำนวนมากใช้การหมักเป็นกลไกการผลิตพลังงานในรูปแบบของ ATP พลังงานได้มาจากการย่อยสลายของโมเลกุลอินทรีย์เช่นแป้งหรือน้ำตาลผ่านการหมัก.

ยีสต์จะทำการหมักน้ำตาลและเปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์ในขณะที่แบคทีเรียเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตบางชนิดให้เป็นกรดแลคติค การหมักก็เกิดขึ้นในผลไม้เห็ดและกล้ามเนื้อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม.

กระบวนการหมักตามธรรมชาตินี้ได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายโดยคนทันสมัยเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจเช่นเบียร์ไวน์โยเกิร์ตและชีสและอื่น ๆ การศึกษาการหมักเรียกว่าวิทยา.

ดัชนี

• 1 กระบวนการหมัก
• 2 ประเภทของการหมัก
  • 2.1 การหมักแอลกอฮอล์
  • 2.2 การหมักแลคติค
• 3 จุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการหมักอาหาร
  • 3.1 แบคทีเรีย
  • 3.2 ยีสต์
  • 3.3 แม่พิมพ์
• 4 อ้างอิง

กระบวนการหมัก

เช่นเดียวกับกระบวนการเผาผลาญพลังงานอื่น ๆ ของการได้รับการหมักเริ่มต้นด้วย glycolysis ปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมนี้ขึ้นอยู่กับการสลายตัวของโมเลกุลกลูโคสเพื่อให้ได้พลังงานโมเลกุลที่สำคัญ ในระหว่างกระบวนการนี้กลูโคสจะสลายตัวโดยการเกิดออกซิเดชันและโมเลกุลของ NADH และไพรูเวต.

ในปฏิกิริยาแอโรบิก (ซึ่งใช้ออกซิเจน) NADH และ pyruvate มีส่วนร่วมในกลไกที่เรียกว่า oxidative phosphorylation กระบวนการที่เกิดขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์ของไมโทคอนเดรียและมีประสิทธิภาพสูงในการผลิตพลังงานในรูปแบบของ ATP โมเลกุล.

ในทางกลับกันการหมักไม่ได้นำไปสู่การผลิตพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพเพราะโมเลกุลบางอย่างเช่น NADH ไม่สามารถปล่อยอิเลคตรอนให้กลายเป็น NAD + อีกครั้งซึ่งเป็นรูปแบบการออกซิไดซ์ของโมเลกุลและจำเป็นต้องช่วยสร้างมากขึ้น โมเลกุล ATP.

เป็นผลให้ปฏิกิริยาการเผาผลาญอื่น ๆ เกิดขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าโมเลกุล NADH บริจาคอิเล็กตรอนของพวกเขาไปยังโมเลกุลอินทรีย์อื่น ๆ เช่น pyruvate จาก glycolysis การเกิดออกซิเดชั่นของ NADH ถึง NAD + นี้จะทำให้ glycolysis ทำงานต่อไปได้.

ประเภทของการหมัก

การหมักแอลกอฮอล์

ในการหมักแอลกอฮอล์โมเลกุลของ NADH จะบริจาคอิเล็กตรอนของพวกเขาไปยังโมเลกุลอื่น ๆ ที่ได้มาจากไพรูเวตและแอลกอฮอล์ก็จะถูกสร้างขึ้น แอลกอฮอล์ที่ผลิตขึ้นนั้นมีเฉพาะเอทานอลหรือเอทิลแอลกอฮอล์และเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในสองขั้นตอน.

ในขั้นตอนแรกกลุ่มคาร์บอกซิลจะถูกปลดปล่อยจากไพรูเวตซึ่งถูกปล่อยออกมาในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์จึงปล่อยให้โมเลกุลสองคาร์บอนที่เรียกว่า alketaldehyde.

ในขั้นตอนที่สอง NADH ผ่านอิเลคตรอนไปยัง acetaldehyde ที่ผลิตก่อนหน้านี้ซึ่งผลิตเอทานอลและสร้าง NAD + ใหม่ซึ่งจำเป็นต่อการรักษา glycolysis และทำให้อุปทานของไพรูเวต.

สมการทางเคมีสุทธิสำหรับการผลิตเอทานอลจากกลูโคสคือ:

C6H12O6 (กลูโคส) → 2 C2H5OH (เอทานอล) + 2 CO2 (คาร์บอนไดออกไซด์)

ยีสต์ดำเนินการหมักแอลกอฮอล์ที่ใช้ในการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ทั่วไปเช่นเบียร์และไวน์รวมถึงการทำขนมปัง.

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าแอลกอฮอล์เป็นพิษในปริมาณมากทั้งสำหรับยีสต์และมนุษย์ซึ่งกำหนดระดับความอดทนตั้งแต่ 5 ถึง 21% โดยประมาณ.

การหมักแลคติค

ในการหมักกรดแลกติก NADH ถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังไพรูเวตโดยตรงจึงสร้างโมเลกุลแลคเตท แบคทีเรียที่ผลิตโยเกิร์ตทำได้โดยการหมักแลคติครวมถึงเซลล์เม็ดเลือดแดงในร่างกายมนุษย์.

สมการต่อไปนี้อธิบายการผลิตกรดแลคติคจากกลูโคส:

C6H12O6 (กลูโคส) → 2 CH3CHOHCOOH (กรดแลคติก)

การผลิตกรดแลคติกสามารถเกิดขึ้นได้จากแลคโตสและน้ำตามที่ระบุไว้ในสมการสรุปต่อไปนี้:

C12H22O11 (แลคโตส) + H2O (น้ำ) → 4 CH3CHOHCOOH (กรดแลคติก)

การหมักแลคติคสามารถเกิดขึ้นได้ในเซลล์กล้ามเนื้อ แต่ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น ตัวอย่างเช่นเมื่อการออกกำลังกายรุนแรงมากและมีปริมาณออกซิเจนน้อย.

กรดแลคติคที่ผลิตในกล้ามเนื้อจะถูกลำเลียงโดยกระแสเลือดไปยังตับซึ่งจะถูกแปลงกลับไปเป็นไพรูเวตเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ในปฏิกิริยาอื่น ๆ ของการผลิตพลังงาน.

จุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการหมักอาหาร

กลุ่มจุลินทรีย์ส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับการหมักอาหารมีดังนี้:

แบคทีเรีย

แบคทีเรียกรดแลคติกของจำพวก แลคโตบาซิลลัส, Pediococcus, เชื่อแป็คที่เรียรูปทรงกลม และ Oenococcus, เป็นแบคทีเรียที่สำคัญที่สุดในอาหารหมักดอง Acetobacter, แอลกอฮอล์ออกซิไดซ์ในกรดอะซิติก.

การหมักกรดอะซิติกมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตน้ำส้มสายชูผลไม้รวมถึงไซเดอร์น้ำส้มสายชู แบคทีเรียกลุ่มที่สามที่มีความสำคัญในการหมักคือสายพันธุ์ของ บาซิลลัส subtilis, B. licheniformis และ บี pumilus, ที่เพิ่มค่าความเป็นกรดด่างของตัวกลาง.

Bacillus subtilis มันเป็นสายพันธุ์ที่โดดเด่นในการผลิตโมเลกุลที่เพิ่มความเป็นด่างของสื่อเช่นแอมโมเนีย สิ่งนี้ทำให้สภาพแวดล้อมไม่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตที่สลายตัวซึ่งช่วยในการเก็บรักษาอาหาร.

การหมักอัลคาไลน์นั้นพบได้ทั่วไปในอาหารที่มีโปรตีนสูงเช่นถั่วเหลืองและพืชตระกูลถั่วอื่น ๆ แม้ว่าจะมีการใช้เมล็ดพืชด้วยก็ตาม ตัวอย่างเช่นเมล็ดแตงโมและเมล็ดงา.

ยีสต์

เช่นเดียวกับแบคทีเรียและเชื้อรายีสต์สามารถมีประโยชน์และไม่เกิดประโยชน์ในการหมักอาหาร ยีสต์บางชนิดชอบ Pichia อาหารเสื่อมโทรมในขณะที่ Candida มันถูกใช้สำหรับการผลิตโปรตีนที่น่าสนใจ.

ยีสต์ที่มีประโยชน์ที่สุดในแง่ของการหมักอาหารที่พึงประสงค์คือครอบครัว Saccharomyces. มันเกี่ยวกับ S. cerevisiae มีส่วนร่วมในการทำขนมปังและแอลกอฮอล์ในการหมักไวน์ ความหลากหลาย carlbergenisisis ของครอบครัว Saccharomyces cerevisiae เป็นยีสต์ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเบียร์.

ความหลากหลายของวงรีรูปไข่ Saccharomyces cerevisiae มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตไวน์ สำหรับส่วนของ, Schizosaccharomyces pombe และ S. boulderi เป็นยีสต์ที่โดดเด่นในการผลิตเครื่องดื่มหมักแบบดั้งเดิมโดยเฉพาะที่ได้จากข้าวโพดและลูกเดือย.

มันได้รับการพบว่าสายพันธุ์ Schizosaccharomyces pombe มันมีความสามารถในการย่อยสลายกรดมาลิกในเอทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์และได้ถูกใช้อย่างประสบความสำเร็จในการลดความเป็นกรดในองุ่นและพลัม.

แม่พิมพ์

เชื้อรายังเป็นสิ่งมีชีวิตที่สำคัญในการแปรรูปอาหารทั้งในการย่อยสลายและในการอนุรักษ์ แม่พิมพ์หลายชนิดมีความสามารถในการผลิตเอนไซม์ที่มีความสำคัญทางการค้าเช่นเพคติเนสจาก Aspergillus ไนเจอร์.

ชนิดของ Aspergillus พวกเขามีส่วนร่วมในการผลิตกรดซิตริกจากเศษเยื่อแอปเปิ้ล ชนิดของ Aspergillus พวกเขามักจะรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ในอาหารที่ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ.

ในทางกลับกันชนิดของ Penicillium มีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาของการเจริญเติบโตและรสชาติในชีสในขณะที่สายพันธุ์ของ Ceratocystis พวกเขามีส่วนร่วมในการผลิตรสชาติของผลไม้ ในเวลาเดียวกัน Penicillium เป็นสาเหตุเชิงสาเหตุสำหรับการผลิตสารพิษเช่น patulin.

การอ้างอิง

1. Berg, J. , Tymoczko, J. , Gatto, G. & Strayer, L. (2015). ชีวเคมี (8th ed.) W. H. ฟรีแมนและ บริษัท.
2. Hogg, S. (2005). จุลชีววิทยาที่สำคัญ (ฉบับที่ 1) ไวลีย์.
3. Ray, R. & Montet, D. (2014). จุลินทรีย์และการหมักอาหารแบบดั้งเดิม (ฉบับที่ 1) กด CRC.
4. Simon, E. (2014). ชีววิทยา: หลัก (ฉบับที่ 1) เพียร์สัน.
5. โซโลมอน, อี, Berg, L. & Martin, D. (2004). ชีววิทยา (7th ed.) เรียนรู้ Cengage.
6. Voet, D. , Voet, J. & Pratt, C. (2016). ความรู้พื้นฐานทางชีวเคมี: ชีวิตในระดับโมเลกุล(ฉบับที่ 5) ไวลีย์.