عملية التخمير وأنواعه

ال تخمير إنها عملية أيضية تستخدمها بعض الكائنات الحية للحصول على الطاقة والمواد المغذية من بعض المركبات العضوية. من الخصائص المهمة للتخمير أنها تفاعل لاهوائي ، مما يعني أنه يحدث في حالة عدم وجود الأكسجين..

تستخدم العديد من الكائنات الحية الدقيقة التخمير كآلية لإنتاج الطاقة في شكل ATP. يتم الحصول على الطاقة من خلال تحلل الجزيئات العضوية ، مثل النشا أو السكر ، من خلال التخمير.

تقوم الخمائر بتخمير السكريات وتحويلها إلى كحوليات ، بينما تقوم البكتيريا بتحويل بعض الكربوهيدرات إلى حمض اللبنيك. يحدث التخمير أيضًا في الفواكه ، والفطر ، وفي عضلات الثدييات.

هذه العملية الطبيعية من التخمير استخدمت على نطاق واسع من قبل الإنسان الحديث للحصول على منتجات ذات أهمية ، مثل البيرة والنبيذ واللبن والجبن ، وغيرها. وتسمى دراسة التخمير cimology.

مؤشر

• 1 عملية التخمير
• 2 أنواع التخمير
  • 2.1 التخمير الكحولي
  • 2.2 التخمير اللبني
• 3 الكائنات الحية الدقيقة المشاركة في تخمير الطعام
  • 3.1 البكتيريا
  • 3.2 الخمائر
  • 3.3 قوالب
• 4 المراجع

عملية التخمير

مثل عمليات الأيض الأخرى للحصول على الطاقة ، يبدأ التخمير بتحلل السكر. ويستند هذا التفاعل الأيضي إلى تدهور جزيئات الجلوكوز للحصول على جزيئات الطاقة الهامة. خلال هذه العملية يتحلل الجلوكوز عن طريق الأكسدة ويتم إنشاء جزيئات NADH والبيروفات.

في التفاعلات الهوائية (التي تستخدم الأكسجين) ، يشارك NADH و pyruvate في آلية تسمى الفسفرة المؤكسدة ، وهي عملية تحدث في غشاء الميتوكوندريا وتكون فعالة للغاية لإنتاج الطاقة في شكل جزيئات ATP..

على العكس من ذلك ، لا يؤدي التخمير إلى إنتاج فعال للطاقة لأن بعض الجزيئات ، مثل NADH ، لا تستطيع إطلاق إلكتروناتها لتصبح مرة أخرى NAD + ، وهو الشكل المؤكسد للجزيء وهو مطلوب للمساعدة في توليد المزيد جزيئات ATP.

نتيجة لذلك ، تحدث تفاعلات أيضية أخرى تضمن أن جزيئات NADH تتبرع بإلكتروناتها لجزيء عضوي آخر ، مثل البيروفات من التحلل. هذا الأكسدة من NADH إلى NAD + يسمح لتحلل السكر بمواصلة العمل.

أنواع التخمير

التخمير الكحولي

في التخمير الكحولي ، تتبرع جزيئات NADH بإلكتروناتها إلى جزيئات أخرى مشتقة من البيروفات ، وبالتالي يتم إنتاج كحول. الكحول الذي يتم إنتاجه هو على وجه التحديد الإيثانول أو الكحول الإيثيلي ، وهي عملية تحدث على خطوتين.

في الخطوة الأولى يتم إطلاق مجموعة الكربوكسيل من البيروفات ، الذي يتم إطلاقه في شكل ثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي يترك جزيء ثنائي الكربون يسمى الكيتالديهايد.

في الخطوة الثانية ، تقوم NADH بتمرير إلكتروناتها إلى الأسيتالديهيد المنتج سابقًا ، والذي ينتج الإيثانول ويعيد توليد NAD + ، وهو أمر ضروري للحفاظ على انحلال السكر ، وبالتالي تزويد البيروفات.

المعادلة الكيميائية الصافية لإنتاج الإيثانول من الجلوكوز هي:

C6H12O6 (الجلوكوز) → 2 C2H5OH (الإيثانول) + 2 CO2 (ثاني أكسيد الكربون)

تؤدي الخمائر التخمير الكحولي المستخدم في إنتاج المشروبات الكحولية الشائعة ، مثل البيرة والنبيذ ، وكذلك في صنع الخبز.

من المهم أن نلاحظ أن الكحول سامة بكميات كبيرة ، لكل من الخمائر والبشر ، والتي حددت مستويات تحمل تتراوح بين 5 إلى 21 ٪ تقريبا.

التخمير اللبني

في تخمير حمض اللبنيك ، تقوم NADH بنقل إلكتروناتها مباشرة إلى البيروفات ، وبالتالي توليد جزيء اللاكتات. تقوم البكتيريا التي تنتج اللبن بالقيام بعملية التخمير اللبني ، وكذلك خلايا الدم الحمراء في جسم الإنسان.

تصف المعادلة التالية إنتاج حامض اللبنيك من الجلوكوز:

C6H12O6 (الجلوكوز) → 2 CH3CHOHCOOH (حمض اللبنيك)

يمكن أن يحدث إنتاج حمض اللبنيك أيضًا من اللاكتوز والماء ، كما هو مبين في المعادلة الموجزة التالية:

C12H22O11 (اللاكتوز) + H2O (الماء) → 4 CH3CHOHCOOH (حمض اللبنيك)

يمكن أن يحدث التخمير اللبني أيضًا في خلايا العضلات ، ولكن في ظروف معينة فقط ؛ على سبيل المثال ، عندما يكون التمرين البدني مكثفًا جدًا ولا يتوفر فيه إلا القليل من الأوكسجين.

يتم نقل حمض اللبنيك المنتج في العضلات عن طريق مجرى الدم إلى الكبد ، حيث يتم تحويله مرة أخرى إلى البيروفات ليتم إعادة استخدامه في التفاعلات الأخرى لإنتاج الطاقة.

الكائنات الحية الدقيقة المشاركة في التخمير الغذاء

المجموعات الأكثر شيوعًا من الكائنات الحية الدقيقة المشاركة في تخمير الطعام هي كما يلي:

بكتيريا

بكتيريا حمض اللبنيك من الأجناس الملبنة, المملسة, المكور العقدي و Oenococcus, هي أهم البكتيريا في الأغذية المخمرة ، تليها أنواع من الخلالة, التي أكسدة الكحول في حمض الخليك.

يستخدم التخمير لحمض الخليك على نطاق واسع لإنتاج خل الفاكهة ، بما في ذلك خل عصير التفاح. مجموعة ثالثة من البكتيريا المهمة في التخمير هي أنواع بكتير مسبب لمرض الرقيقة, الحزاز و B. بوميلوس, التي تزيد من درجة الحموضة المتوسطة.

العصوية الرقيقة هو النوع السائد في إنتاج الجزيئات التي تزيد من قلوية الوسط ، مثل الأمونيا. هذا يجعل البيئة غير مناسبة لنمو الكائنات المتحللة ، مما يساعد على الحفاظ على الغذاء.

التخمير القلوي أكثر شيوعًا في الأطعمة الغنية بالبروتين مثل فول الصويا والبقوليات الأخرى ، على الرغم من أنها أجريت أيضًا مع بذور النباتات. على سبيل المثال ، بذور البطيخ وبذور السمسم.

الخمائر

مثل البكتيريا والعفن ، يمكن أن يكون للخمائر آثار مفيدة وغير مفيدة في تخمير الطعام. بعض الخمائر تحب Pichia تدهور الطعام ، في حين أن المبيضات يتم استخدامه لإنتاج البروتينات ذات الاهتمام.

الخميرة الأكثر فائدة من حيث التخمير الغذائي المرغوب فيه هي الأسرة خميرة. إنه حول S. cerevisiae تشارك في صنع الخبز والكحول في تخمير النبيذ. مجموعة متنوعة carlbergenisis من الأسرة الخبايا هي الخميرة المشاركة في إنتاج البيرة.

عائلة البيضوي متنوعة الخبايا يستخدم على نطاق واسع في صناعة النبيذ. من جانبها, مرض انفصام الشخصية و بولديري هي الخمائر المهيمنة في إنتاج المشروبات التقليدية المخمرة ، خاصة تلك المشتقة من الذرة والدخن.

وقد وجد أن الأنواع مرض انفصام الشخصية لديها القدرة على تحلل حمض الماليك في الإيثانول وثاني أكسيد الكربون ، وقد تم استخدامه بنجاح لتقليل الحموضة في العنب والعسل البرقوق..

قوالب

القوالب هي أيضًا كائنات مهمة في تصنيع الأغذية ، سواء في التدهور أو في الحفظ. تمتلك العديد من القوالب القدرة على إنتاج إنزيمات ذات أهمية تجارية ، مثل البكتيناز الرشاشيات النيجر.

نوع من الرشاشيات يشاركون في إنتاج حامض الستريك من بقايا لب التفاح. نوع من الرشاشيات غالبًا ما يكونون مسؤولين عن التغييرات غير المرغوب فيها في الأطعمة التي تسبب التدهور.

من ناحية أخرى ، فإن الأنواع من البنسيليوم ترتبط بتطور النضج والذوق في الأجبان ، في حين أن أنواع Ceratocystis يشاركون في إنتاج نكهة الفاكهة. في الوقت نفسه ، يعتبر البنسيليوم العامل المسبب لإنتاج السموم مثل الباتولين.

مراجع

1. Berg، J.، Tymoczko، J.، Gatto، G. & Strayer، L. (2015). كيمياء حيوية (الطبعة الثامنة). دبليو إتش فريمان وشركاه.
2. هوغ ، س. (2005). علم الأحياء الدقيقة الأساسية (1st ed.). وايلي.
3. راي ، ر. ومونت ، د. (2014). الكائنات الحية الدقيقة وتخمير الأطعمة التقليدية (1st ed.). CRC Press.
4. سيمون ، E. (2014). علم الأحياء: الأساسية (1st ed.). بيرسون.
5. Solomon، E.، Berg، L. & Martin، D. (2004). علم الاحياء (الطبعة 7) Cengage التعلم.
6. Voet، D.، Voet، J. & Pratt، C. (2016). أساسيات الكيمياء الحيوية: الحياة على المستوى الجزيئي(الطبعة الخامسة). وايلي.