Fermentationsprozess und Arten

Die Gärung Es ist ein Stoffwechselprozess, den einige Organismen verwenden, um Energie und Nährstoffe aus bestimmten organischen Verbindungen zu erhalten. Ein wichtiges Merkmal der Fermentation ist, dass es sich um eine anaerobe Reaktion handelt, was bedeutet, dass sie in Abwesenheit von Sauerstoff stattfindet.

Viele Mikroorganismen nutzen die Fermentation als einen Mechanismus der Energieproduktion in Form von ATP. Die Energie wird durch den Abbau von organischen Molekülen wie Stärke oder Zucker durch Fermentation gewonnen.

Die Hefen führen die Fermentation von Zuckern durch und wandeln sie in Alkohole um, während die Bakterien bestimmte Kohlenhydrate in Milchsäure umwandeln. Fermentation tritt auch in Früchten, Pilzen und Säugetiermuskeln auf.

Dieser natürliche Fermentationsprozeß wurde vom modernen Menschen weitverbreitet verwendet, um Produkte von Interesse zu erhalten, wie unter anderem Bier, Wein, Joghurt und Käse. Das Studium der Fermentation wird Cimology genannt.

Index

• 1 Fermentationsprozess
• 2 Arten der Fermentation
  • 2.1 Alkoholische Gärung
  • 2.2 Milchsäuregärung
• 3 Mikroorganismen, die an der Fermentation von Lebensmitteln beteiligt sind
  • 3.1 Bakterien
  • 3.2 Hefen
  • 3.3 Formen
• 4 Referenzen

Fermentationsprozess

Wie andere metabolische Prozesse der Energiegewinnung beginnt die Fermentation mit der Glykolyse. Diese metabolische Reaktion basiert auf dem Abbau von Glukosemolekülen, um wichtige Energiemoleküle zu erhalten. Während dieses Prozesses wird die Glucose durch Oxidation abgebaut und Moleküle von NADH und Pyruvat werden erzeugt.

In aeroben Reaktionen (die Sauerstoff verwenden) sind NADH und Pyruvat an einem Mechanismus beteiligt, der als oxidative Phosphorylierung bezeichnet wird, ein Prozess, der in der Membran der Mitochondrien stattfindet und hoch effizient in der Erzeugung von Energie in Form von ATP-Molekülen ist.

Umgekehrt führt die Fermentation nicht zu einer so effizienten Energieproduktion, weil einige Moleküle, wie NADH, ihre Elektronen nicht freisetzen können, um wieder NAD + zu werden, welches die oxidierte Form des Moleküls ist und benötigt wird, um mehr zu erzeugen ATP-Moleküle.

Als ein Ergebnis treten andere metabolische Reaktionen auf, die sicherstellen, dass die NADH-Moleküle ihre Elektronen an ein anderes organisches Molekül, wie Pyruvat, von der Glykolyse abgeben. Diese Oxidation von NADH zu NAD + ermöglicht, dass die Glykolyse weiter funktioniert.

Arten der Fermentation

Alkoholische Gärung

Bei der alkoholischen Fermentation geben die NADH-Moleküle ihre Elektronen an andere Pyruvatmoleküle ab, wodurch ein Alkohol entsteht. Der Alkohol, der produziert wird, ist speziell Ethanol oder Ethylalkohol, und es ist ein Prozess, der in zwei Schritten abläuft.

In der ersten Stufe wird eine Carboxylgruppe aus Pyruvat freigesetzt, das in Form von Kohlendioxid freigesetzt wird, wobei ein Molekül mit zwei Kohlenstoffatomen, das Alketaldehyd, zurückbleibt.

Im zweiten Schritt leitet das NADH seine Elektronen zu dem zuvor hergestellten Acetaldehyd, mit dem das Ethanol erzeugt und das NAD + regeneriert wird, was notwendig ist, um die Glykolyse und folglich die Versorgung mit Pyruvat aufrechtzuerhalten.

Die Netto-chemische Gleichung für die Herstellung von Ethanol aus Glucose ist:

C6H12O6 (Glucose) → 2 C2H5OH (Ethanol) + 2 CO2 (Kohlendioxid)

Die Hefen führen die alkoholische Gärung durch, die bei der Herstellung von üblichen alkoholischen Getränken, wie Bier und Wein, sowie bei der Herstellung von Brot verwendet wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass Alkohol in großen Mengen giftig ist, sowohl für Hefen als auch für Menschen, bei denen Toleranzwerte zwischen 5 und 21% festgestellt wurden.

Milchsäuregärung

Bei der Fermentation von Milchsäure überträgt NADH seine Elektronen direkt auf Pyruvat und erzeugt so ein Lactatmolekül. Die Bakterien, die Joghurt produzieren, tun dies durch Milchsäuregärung sowie rote Blutkörperchen im menschlichen Körper.

Die folgende Gleichung beschreibt die Herstellung von Milchsäure aus Glucose:

C6H12O6 (Glucose) → 2CH3CHOHCOOH (Milchsäure)

Die Milchsäureproduktion kann auch aus Laktose und Wasser entstehen, wie in der folgenden Summengleichung angegeben:

C12H22O11 (Lactose) + H2O (Wasser) → 4 CH3CHOHCOOH (Milchsäure)

Milchsäuregärung kann auch in Muskelzellen auftreten, aber nur unter bestimmten Bedingungen; zum Beispiel, wenn körperliches Training sehr intensiv ist und es wenig Sauerstoffversorgung gibt.

Die Milchsäure, die in den Muskeln produziert wird, wird durch den Blutstrom zur Leber transportiert, wo sie wieder in Pyruvat umgewandelt wird, um in anderen Reaktionen der Energieproduktion wiederverwendet zu werden.

Mikroorganismen, die an Nahrungsmittelfermentationen beteiligt sind

Die häufigsten Gruppen von Mikroorganismen, die an der Fermentation beteiligt sind, sind die folgenden:

Bakterien

Die Milchsäurebakterien der Gattungen Lactobacillus, Pediococcus, Streptococcus undOenococcus, sind die wichtigsten Bakterien in fermentierten Lebensmitteln, gefolgt von Arten von Acetobacter, die Alkohol in Essigsäure oxidieren.

Die Fermentation von Essigsäure wurde weitverbreitet zur Herstellung von Fruchtessigen, einschließlich Apfelessig, verwendet. Eine dritte Gruppe von Bakterien, die für die Fermentation wichtig sind, sind die Arten von Bacillus Subtilis, B. licheniformis und B. pumilus, die den pH-Wert des Mediums erhöhen.

Bacillus subtilis ist die dominierende Spezies bei der Produktion von Molekülen, die die Alkalinität des Mediums erhöhen, wie Ammoniak. Dies macht die Umgebung für das Wachstum von Zersetzerorganismen ungeeignet, was zur Konservierung von Nahrungsmitteln beiträgt.

Alkalische Fermentationen sind häufiger in proteinreichen Lebensmitteln wie Sojabohnen und anderen Hülsenfrüchten, obwohl sie auch mit Pflanzensamen durchgeführt wurden. Zum Beispiel, Wassermelonensamen und Sesamsamen.

Hefen

Wie Bakterien und Schimmelpilze können Hefen bei der Fermentation von Nahrungsmitteln vorteilhafte und nicht vorteilhafte Wirkungen haben. Einige der Hefen mögen Pichia verschlechtern das Essen, während die Candida Es wird für die Produktion von Proteinen von Interesse verwendet.

Die vorteilhafteste Hefe in Bezug auf wünschenswerte Nahrungsmittelfermentationen ist die Familie Saccharomyces. Es geht um dieS. cerevisiae an der Herstellung von Brot und Alkohol in Weinfermentationen beteiligt. Die Vielfalt carlbergenisis der FamilieSaccharomyces cerevisiae Es ist die Hefe, die an der Herstellung von Bier beteiligt ist.

Die Vielfalt ellipsoideus der Familie Saccharomyces cerevisiae Es ist weit verbreitet in der Weinbereitung verwendet. Auf der anderen Seite, Schizosaccharomyces Pombe und S. boulderi sie sind die dominierenden Hefen bei der Herstellung von traditionellen fermentierten Getränken, insbesondere solchen, die aus Mais und Hirse stammen.

Es wurde festgestellt, dass die Spezies Schizosaccharomyces Pombe Es hat die Fähigkeit, Apfelsäure in Ethanol und Kohlendioxid abzubauen und wurde erfolgreich verwendet, um den Säuregehalt in Trauben- und Pflaumenmosten zu reduzieren.

Schimmel

Schimmelpilze sind auch wichtige Organismen in der Lebensmittelverarbeitung, sowohl beim Abbau als auch bei der Konservierung. Viele Schimmelpilze haben die Fähigkeit, Enzyme von kommerzieller Bedeutung herzustellen, beispielsweise Pektinase aus Aspergillus Niger.

Die Arten von Aspergillus Sie sind an der Produktion von Zitronensäure aus den Resten der Apfelpulpe beteiligt. Die Arten von Aspergillus Sie sind oft für unerwünschte Veränderungen in Lebensmitteln verantwortlich, die Verderb verursachen.

Auf der anderen Seite, die Arten von Penicillium sind mit der Entwicklung von Reifung und Geschmack in Käse verbunden, während die Arten von Ceratocystis Sie sind an der Produktion des Fruchtaromas beteiligt. Gleichzeitig ist Penicillium der Erreger für die Produktion von Toxinen wie Patulin.

Referenzen

1. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8. Ausgabe). W. H. Freeman und Firma.
2. Hogg, S. (2005). Wesentliche Mikrobiologie (1. Ausgabe). Wiley
3. Ray, R. & Montet, D. (2014). Mikroorganismen und Fermentation von traditionellen Lebensmitteln (1. Ausgabe). CRC Drücken.
4. Simon, E. (2014). Biologie: Der Kern (1. Ausgabe). Pearson.
5. Solomon, E., Berg, L. und Martin, D. (2004). Biologie (7. Aufl.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. und Pratt, C. (2016).Grundlagen der Biochemie: Leben auf molekularer Ebene(5. Ausgabe). Wiley