معلومة

ما هو الشيء المشترك بين منتجات التخمير المختلفة؟

ما هو الشيء المشترك بين منتجات التخمير المختلفة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

التقيت بالسؤال التالي في دورة الماجستير الخاصة بي:

ما هو الشيء المشترك بين منتجات التخمير المختلفة؟

بالتفكير في هذا ، أجد صعوبة في تحديد أوجه التشابه بين حمض اللاكتيك والتخمير الكحولي.


على الرغم من عدم وجود أكسدة صافية أو انخفاض في تحلل السكر ، إلا أن الإمداد المستمر لـ NAD+ مطلوب (للمفارقة) من أجل استمرار تحلل السكر. خلاف ذلك ، فإن تفاعل نازعة الهيدروجين glyceraldyde-3-phosphate (GAPdh) لا يمكن أن يولد 1.3-diphosphoglycerate.

إذن كيف يتم تحويل NADH المتولد في تفاعل GAPdh مرة أخرى إلى NAD+؟ يعمل تخمير الكحول وحمض اللاكتيك على تجديد NAD+ عن طريق تقليل الهيكل الكربوني الذي تأكسد في تفاعل GAPdh ، وإن كان ذلك في "نقاط" مختلفة في تسلسل تفاعل حال السكر.

في تخمر الكحول ، يعمل نازع هيدروجين الكحول اختزال الألدهيد، وتقليل الأسيتالديهيد إلى الإيثانول و NAD+. في تخمير حمض اللاكتيك ، يعمل اللاكتات ديهيدروجينيز كمنتج اختزال البيروفات، وتقليل البيروفات إلى اللاكتات و NAD+.

في كل من تخمر الكحول وحمض اللاكتيك ، لا يوجد أكسدة صافية أو احمرار: glycolyis هو انقسام الجلوكوز.

أخيرًا ، قد نلاحظ أن متقبل الإلكترون في كلتا الحالتين هو "داخلي" ولا تتطلب أي من العمليتين متقبلًا خارجيًا للإلكترون مثل الأكسجين. تتم إضافة الإلكترونات التي تمت إزالتها من الهيكل الكربوني في تفاعل GAPdh (لتوليد NADH) مرة أخرى إلى نفس الهيكل الكربوني (ولكن بترتيب جزيئي مختلف) في تفاعلات ADH و LDH.


س 1. ما هو الشيء المشترك بين منتجات التخمير المختلفة؟

أ 1. يتم إنشاؤها في تفاعل يتم فيه إعادة تأكسد NADH إلى NAD+، مما يسمح للأكسدة اللاهوائية (مثل الجلوكوز) بالاستمرار.

س 2. ما هي أوجه التشابه بين حمض اللاكتيك والتخمير الكحولي؟

أ 2. أنهم كلاهما يولد ATP "على مستوى الركيزة" (أي مباشرة في التفاعلات ، دون استخدام الفسفرة المؤكسدة) في تسلسل التفاعلات التي تنطوي على أكسدة بواسطة NADH. المنتج النهائي للأكسدة (هنا البيروفات) ليس له فائدة أخرى للتوليد اللاهوائي لـ ATP وبالتالي فهو غير مهم لما يتم تقليله بواسطة NADH.

هذا موضح أدناه (انظر أيضًا هذا السؤال):

(كما ورد في الإجابة منxusr ، يتم تحويل البيروفات إلى أسيتالديهيد قبل خطوة NADH.)

هناك أنواع أخرى من التخمير بمنتجات نهائية مختلفة - انظر على سبيل المثال مقالة ويكيبيديا عن التخمير - لكن المبدأ العام هو نفسه.


8.4: التخمير

  • بمساهمة من OpenStax
  • علم الأحياء العام في OpenStax CNX
  • حدد التخمير واشرح سبب عدم احتياجه للأكسجين
  • صِفْ مسارات التخمير ونواتجها النهائية وأعط أمثلة للكائنات الدقيقة التي تستخدم هذه المسارات
  • قارن وقارن بين التخمر والتنفس اللاهوائي

العديد من الخلايا غير قادرة على التنفس بسبب واحد أو أكثر من الحالات التالية:

  1. تفتقر الخلية إلى كمية كافية من أي متقبل إلكتروني مناسب وغير عضوي نهائي لإجراء التنفس الخلوي.
  2. تفتقر الخلية إلى الجينات لصنع المجمعات المناسبة وحاملات الإلكترون في نظام نقل الإلكترون.
  3. تفتقر الخلية إلى الجينات لإنتاج إنزيم واحد أو أكثر في دورة كريبس.

في حين أن عدم وجود متقبل نهائي غير عضوي مناسب للإلكترون يعتمد على البيئة ، يتم تحديد الشرطين الآخرين وراثيًا. وهكذا ، فإن العديد من بدائيات النوى ، بما في ذلك أعضاء من الجنس المهم سريريًا العقدية، غير قادرة بشكل دائم على التنفس ، حتى في وجود الأكسجين. على العكس من ذلك ، فإن العديد من بدائيات النوى اختيارية ، مما يعني أنه في حالة تغير الظروف البيئية لتوفير متقبل إلكتروني نهائي غير عضوي مناسب للتنفس ، فإن الكائنات الحية التي تحتوي على جميع الجينات المطلوبة للقيام بذلك سوف تتحول إلى التنفس الخلوي من أجل استقلاب الجلوكوز لأن التنفس يسمح بـ ATP أكبر بكثير. الإنتاج لكل جزيء جلوكوز.

إذا لم يحدث التنفس ، يجب إعادة أكسدة NADH إلى NAD + لإعادة استخدامه كحامل إلكترون لتحلل السكر ، وهي آلية الخلية و rsquos فقط لإنتاج أي ATP ، للمتابعة. تستخدم بعض الأنظمة الحية جزيءًا عضويًا (عادةً بيروفات) كمستقبل نهائي للإلكترون من خلال عملية تسمى التخمير. لا يتضمن التخمير نظام نقل الإلكترون ولا ينتج بشكل مباشر أي ATP إضافي أكثر من ذلك المنتج أثناء تحلل السكر عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة. الكائنات الحية التي تقوم بالتخمير ، والتي تسمى المخمرات ، تنتج كحد أقصى من جزيئي ATP لكل جلوكوز أثناء تحلل السكر. يقارن الجدول ( PageIndex <1> ) مستقبلات الإلكترون النهائية وطرق تخليق ATP في التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي والتخمير. لاحظ أن عدد جزيئات ATP الموضحة لتحلل السكر يفترض مسار Embden-Meyerhof-Parnas. يشار إلى عدد جزيئات ATP المصنوعة من الفسفرة على مستوى الركيزة (SLP) مقابل الفسفرة المؤكسدة (OP).

نقل الإلكترون والتناضح الكيميائي (OP):

نقل الإلكترون والتناضح الكيميائي (OP):

تم التلاعب بعمليات التخمير الميكروبي من قبل البشر وتستخدم على نطاق واسع في إنتاج العديد من الأطعمة والمنتجات التجارية الأخرى ، بما في ذلك المستحضرات الصيدلانية. يمكن أن يكون التخمر الميكروبي مفيدًا أيضًا في تحديد الميكروبات لأغراض التشخيص.

التخمر بواسطة بعض البكتيريا ، مثل تلك الموجودة في الزبادي ومنتجات غذائية حامضة أخرى ، وعن طريق الحيوانات في العضلات أثناء استنفاد الأكسجين ، هو تخمر حمض اللاكتيك. يكون التفاعل الكيميائي لتخمير حمض اللاكتيك كما يلي:

بيروفات + NADH وحمض هارلاكتيك + NAD + بيروفات + NADH & emsp & harr & emsplactic acid + NAD +

البكتيريا من عدة أجناس إيجابية الجرام ، بما في ذلك اكتوباكيللوس, ليوكونوستوك، و العقدية، تُعرف مجتمعة باسم بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) ، والعديد من السلالات مهمة في إنتاج الغذاء. أثناء إنتاج الزبادي والجبن ، تفسد البيئة شديدة الحموضة الناتجة عن تخمير حمض اللاكتيك البروتينات الموجودة في الحليب ، مما يؤدي إلى تصلبها. عندما يكون حمض اللاكتيك هو منتج التخمير الوحيد ، يُقال أن العملية هي تخمير متماثل ، كما هو الحال بالنسبة لـ Lactobacillus delbrueckii و المحبة للحرارة S. تستخدم في إنتاج الزبادي. ومع ذلك ، تقوم العديد من البكتيريا بالتخمير غير المتجانس ، مما ينتج عنه خليط من حمض اللاكتيك ، والإيثانول و / أو حمض الأسيتيك ، وثاني أكسيد الكربون.2 نتيجة لذلك ، بسبب استخدامها لمسار فوسفات البنتوز المتفرّع بدلاً من مسار النبضات الكهرومغناطيسية لتحلل السكر. واحد مهم هو التخمير غير المتجانسة Leuconostoc mesenteroides، والذي يستخدم لتخمير الخضروات مثل الخيار والملفوف ، وإنتاج المخللات ومخلل الملفوف ، على التوالي.

تعتبر بكتيريا حمض اللاكتيك مهمة أيضًا من الناحية الطبية. إن إنتاج بيئات منخفضة الأس الهيدروجيني داخل الجسم يمنع تكوين ونمو مسببات الأمراض في هذه المناطق. على سبيل المثال ، تتكون الجراثيم المهبلية بشكل كبير من بكتيريا حمض اللاكتيك ، ولكن عندما يتم تقليل هذه البكتيريا ، يمكن أن تتكاثر الخميرة ، مما يسبب عدوى الخميرة. بالإضافة إلى ذلك ، تعد بكتيريا حمض اللاكتيك مهمة في الحفاظ على صحة الجهاز الهضمي ، وبالتالي فهي المكون الأساسي للبروبيوتيك.

عملية التخمير المألوفة الأخرى هي تخمير الكحول ، والتي تنتج الإيثانول. يظهر تفاعل تخمر الإيثانول في الشكل ( فهرس الصفحة <1> ). في التفاعل الأول ، يزيل إنزيم بيروفات ديكاربوكسيلاز مجموعة الكربوكسيل من البيروفات ، ويطلق ثاني أكسيد الكربون.2 الغاز أثناء إنتاج جزيء ثنائي الكربون أسيتالديهيد. التفاعل الثاني ، المحفز بواسطة إنزيم نازع هيدروجين الكحول ، ينقل إلكترونًا من NADH إلى الأسيتالديهيد ، وينتج الإيثانول و NAD +. تخمر الإيثانول من البيروفات بواسطة الخميرة خميرة الخميرة يستخدم في إنتاج المشروبات الكحولية ويؤدي أيضًا إلى ارتفاع منتجات الخبز بسبب ثاني أكسيد الكربون2 إنتاج. خارج صناعة المواد الغذائية ، يعتبر تخمير الإيثانول للمنتجات النباتية مهمًا في إنتاج الوقود الحيوي.

الشكل ( فهرس الصفحة <1> ): التفاعلات الكيميائية لتخمير الكحول موضحة هنا. تخمير الإيثانول مهم في إنتاج المشروبات الكحولية والخبز.

بالإضافة إلى تخمير حمض اللاكتيك والتخمير الكحولي ، تحدث العديد من طرق التخمير الأخرى في بدائيات النوى ، وكل ذلك لغرض ضمان إمداد كافٍ من NAD + لتحلل السكر (الجدول ( فهرس الصفحة <2> )). بدون هذه المسارات ، لن يحدث تحلل الجلوكوز ولن يتم حصاد ATP من انهيار الجلوكوز. وتجدر الإشارة إلى أن معظم أشكال التخمير إلى جانب التخمير المثلي تنتج غازًا ، وهو عادةً ثاني أكسيد الكربون2 و / أو غاز الهيدروجين. تُستخدم العديد من هذه الأنواع المختلفة من مسارات التخمير أيضًا في إنتاج الغذاء ويؤدي كل منها إلى إنتاج أحماض عضوية مختلفة ، مما يساهم في النكهة الفريدة لمنتج غذائي معين. يساهم حمض البروبيونيك المنتج أثناء تخمير حمض البروبيونيك في النكهة المميزة للجبن السويسري ، على سبيل المثال.

العديد من منتجات التخمير مهمة تجاريًا خارج صناعة الأغذية. على سبيل المثال ، يتم إنتاج المذيبات الكيميائية مثل الأسيتون والبيوتانول أثناء تخمير الأسيتون - بيوتانول - إيثانول. يتم إنتاج المركبات الصيدلانية العضوية المعقدة المستخدمة في المضادات الحيوية (مثل البنسلين) واللقاحات والفيتامينات من خلال التخمير الحمضي المختلط. تستخدم منتجات التخمير في المختبر لتمييز البكتيريا المختلفة لأغراض التشخيص. على سبيل المثال ، تُعرف البكتيريا المعوية بقدرتها على إجراء التخمر الحمضي المختلط ، مما يقلل من الرقم الهيدروجيني ، والذي يمكن اكتشافه باستخدام مؤشر الأس الهيدروجيني. وبالمثل ، يمكن أيضًا اكتشاف الإنتاج البكتيري للأسيتوين أثناء تخمير البوتانيديول. يمكن أيضًا رؤية إنتاج الغاز من التخمر في أنبوب دورهام المقلوب الذي يحبس الغاز المنتج في مزرعة المرق.

يمكن أيضًا تمييز الميكروبات وفقًا للركائز التي يمكن أن تخمرها. على سبيل المثال، بكتريا قولونية يمكن أن يخمر اللاكتوز ، مكونًا غازات ، في حين أن بعض أقاربه من سالب الجرام لا يستطيعون ذلك. تُستخدم القدرة على تخمير السوربيتول الكحولي للسكر لتحديد سلالة النزف المعوي O157: H7 المسببة للأمراض. بكتريا قولونية لأنه ، على عكس الآخرين بكتريا قولونية سلالات ، فإنه غير قادر على تخمير السوربيتول. أخيرًا ، يميز تخمير المانيتول تخمر المانيتول المكورات العنقودية الذهبية من المكورات العنقودية الأخرى غير و ndashmannitol المخمرة.

الجدول ( فهرس الصفحة <2> ): مسارات التخمير الشائعة
مسار المنتجات النهائية مثال الميكروبات المنتجات التجارية
الأسيتون - البيوتانول - الإيثانول الأسيتون ، البيوتانول ، الإيثانول ، أول أكسيد الكربون2 المطثية acetobutylicum المذيبات التجارية والبنزين البديل
كحول الإيثانول ، كو2 المبيضات ، السكريات بيرة ، خبز
بوتانيديول حمض الفورميك واللاكتيك إيثانول أسيتوين 2،3 بوتانديول CO2 غاز الهيدروجين كليبسيلا ، جرثومة الأمعاء نبيذ شاردونيه
حمض البيوتيريك حمض الزبد ، أول أكسيد الكربون2، غاز الهيدروجين المطثية الزبدية سمنة
حمض اللاكتيك حمض اللاكتيك العقدية ، الملبنة مخلل الملفوف واللبن والجبن
حمض مختلط أحماض الخليك والفورميك واللاكتيك والسكسينيك الإيثانول CO2، غاز الهيدروجين الإشريكية ، الشيغيلة الخل ومستحضرات التجميل والأدوية
حمض البروبيونيك حمض الخليك ، حمض البروبيونيك ، أول أكسيد الكربون2 Propionibacterium ، Bifidobacterium جبنة سويسرية

متى يقوم الميكروب متعدد الاستخدامات الأيضي بالتخمير بدلاً من التنفس الخلوي؟

تحديد البكتيريا عن طريق استخدام لوحات اختبار API

يعد التعرف على العزلة الميكروبية أمرًا ضروريًا للتشخيص المناسب والعلاج المناسب للمرضى. طور العلماء تقنيات تحدد البكتيريا وفقًا لخصائصها البيوكيميائية. عادةً ما يقومون إما بفحص استخدام مصادر كربونية معينة كركائز للتخمير أو تفاعلات أيضية أخرى ، أو يحددون منتجات التخمير أو إنزيمات معينة موجودة في التفاعلات. في الماضي ، استخدم علماء الأحياء الدقيقة أنابيب وألواح اختبار فردية لإجراء الاختبارات الكيميائية الحيوية. ومع ذلك ، فإن العلماء ، وخاصة أولئك الذين يعملون في المختبرات السريرية ، يستخدمون الآن بشكل متكرر ألواح بلاستيكية يمكن التخلص منها ومتعددة الاختبارات تحتوي على عدد من أنابيب التفاعل المصغرة ، كل منها يشتمل عادةً على ركيزة محددة ومؤشر الأس الهيدروجيني. بعد تلقيح لوحة الاختبار بعينة صغيرة من الميكروب المعني والحضانة ، يمكن للعلماء مقارنة النتائج بقاعدة بيانات تتضمن النتائج المتوقعة لتفاعلات كيميائية حيوية محددة للميكروبات المعروفة ، وبالتالي تمكين التحديد السريع لعينة الميكروب. سمحت لوحات الاختبار هذه للعلماء بتقليل التكاليف مع تحسين الكفاءة وإمكانية التكاثر من خلال إجراء عدد أكبر من الاختبارات في وقت واحد.

تغطي العديد من لوحات الاختبار البيوكيميائية التجارية المصغرة عددًا من المجموعات المهمة سريريًا من البكتيريا والخمائر. واحدة من أقدم لوحات الاختبار وأكثرها شيوعًا هي لوحة مؤشر الملف التحليلي (API) التي تم اختراعها في السبعينيات. بمجرد إجراء بعض الخصائص المختبرية الأساسية لسلالة معينة ، مثل تحديد شكل السلالة و rsquos Gram ، يمكن استخدام شريط اختبار مناسب يحتوي على 10 إلى 20 اختبارًا كيميائيًا حيويًا مختلفًا لتمييز السلالات داخل تلك المجموعة الميكروبية. حاليًا ، يمكن استخدام شرائط API المختلفة للتعرف بسرعة وسهولة على أكثر من 600 نوع من البكتيريا ، الهوائية واللاهوائية على حد سواء ، وما يقرب من 100 نوع مختلف من الخمائر. بناءً على ألوان التفاعلات عند وجود المنتجات النهائية الأيضية ، نظرًا لوجود مؤشرات الأس الهيدروجيني ، يتم إنشاء ملف تعريف التمثيل الغذائي من النتائج (الشكل ( فهرس الصفحة <2> )). يمكن لعلماء الأحياء الدقيقة بعد ذلك مقارنة ملف تعريف العينة و rsquos بقاعدة البيانات لتحديد الميكروب المحدد.

الشكل ( PageIndex <2> ): يستخدم شريط اختبار API 20NE لتحديد سلالات معينة من البكتيريا سالبة الجرام خارج Enterobacteriaceae. فيما يلي نتيجة شريط اختبار API 20NE لـ الدمسيلي فوتوباكتيريوم ssp. بيسيسيدا.

تتوافق العديد من أعراض هانا ورسكووس مع العديد من أنواع العدوى المختلفة ، بما في ذلك الإنفلونزا والالتهاب الرئوي. ومع ذلك ، فإن ردود أفعالها البطيئة إلى جانب حساسيتها للضوء وتيبس رقبتها تشير إلى بعض التداخل المحتمل للجهاز العصبي المركزي ، مما قد يشير إلى التهاب السحايا. التهاب السحايا هو عدوى تصيب السائل الدماغي النخاعي (CSF) حول الدماغ والحبل الشوكي وتسبب التهاب السحايا ، وهي الطبقات الواقية التي تغطي الدماغ. يمكن أن يحدث التهاب السحايا بسبب الفيروسات أو البكتيريا أو الفطريات. على الرغم من أن جميع أشكال التهاب السحايا خطيرة ، إلا أن التهاب السحايا الجرثومي خطير بشكل خاص. قد يكون التهاب السحايا الجرثومي ناتجًا عن عدة بكتيريا مختلفة ، ولكن البكتيريا النيسرية السحائية، سالبة الجرام ، على شكل حبة الفول ، هي سبب شائع وتؤدي إلى الوفاة في غضون يوم إلى يومين في 5 ٪ إلى 10 ٪ من المرضى.

نظرًا للخطورة المحتملة لظروف هانا ورسكووس ، نصح طبيبها والديها بنقلها إلى المستشفى في العاصمة الغامبية بانجول وهناك اختبارها وعلاجها من التهاب السحايا المحتمل. بعد 3 ساعات بالسيارة إلى المستشفى ، تم إدخال هانا على الفور. أخذ الأطباء عينة دم وأجروا ثقبًا في أسفل الظهر لاختبار السائل الدماغي النخاعي. كما بدأوها على الفور في تناول جرعة من المضاد الحيوي سيفترياكسون ، وهو الدواء المفضل لعلاج التهاب السحايا الناجم عن N. السحائية، دون انتظار نتائج الفحوصات المخبرية.

  1. كيف يمكن استخدام الاختبارات البيوكيميائية لتأكيد هوية N. السحائية?
  2. لماذا قرر أطباء Hannah & rsquos إعطاء المضادات الحيوية دون انتظار نتائج الاختبار؟

الأكسدة مقابل التخمير 16 سبتمبر 2019 1 تعليق

أكسدة هي عملية دخول الأكسجين إلى الخلايا والعامل الأساسي الذي يميز بين الأنواع الستة الحقيقية للشاي: الأبيض ، والأصفر ، والأخضر ، والأولونغ ، والأسود ، وبعد التخمر. هل تعرف كيف تتحول التفاحة إلى اللون البني عندما تقضمها؟ هذه أكسدة! تتكسر جدران الخلايا ويتدفق الأكسجين ، مما يتسبب في إطلاق إنزيم (بوليفينول أوكسيديز ، أو PPO) ، والذي ينتج مادة كيميائية جديدة داخل النبات (تسمى o-quinones) ، والتي بدورها تتفاعل مع الأحماض الأمينية لإنتاج صبغات الميلانين .
يوزا. باختصار ، عندما تتلف الخلايا في أوراق الشاي (أو التفاح ، الخس ، إلخ) ، يؤدي تفاعل كيميائي دومينو إلى تحول اللحم إلى اللون البني. بالإضافة إلى التغيير البصري ، يمكن أن تؤدي التفاعلات التي تحدث داخل أوراق الشاي إلى تغيير النكهة والشعور بالفم وحتى التوافر الحيوي للكافيين في فنجان الشاي! لمزيد من المعلومات حول مستويات الأكسدة في أنواع الشاي المختلفة ، اقرأ منشور المدونة الخاص بي مؤخرًا حول الأنواع الستة الحقيقية للشاي.

التخمير يحدث عندما تقوم الخميرة و / أو البكتيريا بتفكيك المواد النباتية أو الحيوانية ، وهضمها أساسًا بمرور الوقت. المنتجات الثانوية هي ثاني أكسيد الكربون والكحول ونكهة لذيذة للغاية! في عالم الشاي ، يتم تطبيق هذه العملية عن قصد على فئة من الشاي تسمى "شاي ما بعد التخمير" أو "هي تشا" أو "شاي قديم". أكثر عائلة هي تشا شيوعًا هي بو-إيره ، التي تنحدر من منطقة يونان في الصين وقد عولجت إما بمستعمرة فطرية أو بكتيرية ، ثم تُركت لتقدم في العمر في كهف حتى يصبح العصر مناسبًا. هي تشا مثل أجبان عالم الشاي! الكثير من التنوع مع الكثير من الأساليب ، بعضها أكثر مرحًا من البعض الآخر. الشاي المخمر عالم بري ، وأنا أشجعك بشدة على استكشافه. تحذير: من السهل التعلق بها ونسيان أنواع الشاي الأخرى الموجودة!

آمل أن يكون هذا قد أوضح لك المصطلحات قليلاً. إذا كان التمييز بين الأكسدة والتخمير لا يزال غير واضح ، فقم بإسقاط تعليق وسأبذل قصارى جهدي للتوضيح!


المنتجات النهائية للتخمير:

ال المنتجات النهائية للتخمير يتم إنتاجها من أنواع مختلفة من التخمير:

  1. الإيثانول وثاني أكسيد الكربون يتم إنتاجها من تخمير الكحول (تخمير الإيثانول). يتم إنتاجها عن طريق الفطريات ، ولا سيما الخميرة.
  2. أحماض اللبنيك يتم إنتاجها من تخمر حمض اللاكتيك. يتم إنتاجها بواسطة العقدية وبعض أنواع العصيات اللبنية.
  3. حمض اللاكتيك ، وحمض الخليك ، وحمض الفورميك ، والأسيتوين ، و 2،3-بيوتلين جلايكول ، والإيثانول ، وثاني أكسيد الكربون يتم إنتاجها من تخمر حمض اللاكتيك. يتم إنتاجها بواسطة Enterobacter ، Aeromonas ، و Bacillus polymyxa.
  4. حمض البروبيونيك وحمض الخليك وحمض السكسينيك وثاني أكسيد الكربون يتم إنتاجها من تخمير حمض البروبيونيك. يتم إنتاجها بواسطة Clostridium propionicum و Propionicum و Corynebacterium diphtheriae و Neisseria و Veillonella و Micromonospora.
  5. حمض اللاكتيك ، وحمض الخليك ، وحمض الفورميك ، وحمض السكسينيك ، والهيدروجين ، والإيثانول ، وثاني أكسيد الكربون يتم إنتاجها من التخمر الحمضي المختلط. يتم إنتاجها بواسطة الإشريكية القولونية والسالمونيلا والشيغيلة والبروتيوس.
  6. البوتانول ، وحمض الزبد ، والأسيتون ، والأيزوبروبانول ، وحمض الخليك ، والهيدروجين ، والإيثانول ، وثاني أكسيد الكربون يتم إنتاجها من تخمير حمض البوتانول - بوتيريك. يتم إنتاجها بواسطة Butyribacterium و Zymosarcina maxima و Clostridium.

الكيماويات الحيوية الصناعية (كحول ومذيبات أمبير)

  1. الإيثانول من إنتاج Saccharomyces cerevisiae ، Kluyveromyces fragillis من ثفل الفاكهة والذرة الرفيعة الحلوة والبنجر والكوم وقرون الخروب. يتم استخدامه كبيرة ونبيذ ووقود.
  2. الأسيتون والأيزوبروبانول والبيوتانول يتم إنتاجها بواسطة المطثية acetobutylicum من دبس السكر.
  3. الجلسرين من إنتاج Saccharomyces sp. من دبس السكر.
  4. السوربيتول من إنتاج Acetobacter sp.
  5. البروبيلين غليكول من إنتاج Bacillus sp.

الأحماض العضوية

  1. حمض الستريك من إنتاج رشاشيات النيجر من تفل قصب السكر وثفل الفاكهة ونخالة القمح.
  2. حمض اللاكتيك من إنتاج Lactobacills delbrueckii من الذرة الرفيعة الحلوة وقصب السكر وحليب الجلوكوز واللحوم.
  3. حمض الأكريليك من إنتاج Bacillus sp.
  4. حمض الاسيتيك من إنتاج Acetobacter sp. من الإيثانول. يتم استخدامه كخل.
  5. حمض البروبيونيك من إنتاج Propionibacterium shermanii.
  6. حمض فوماريك من إنتاج Rhizopus sp.
  7. حمض الجبريليك من إنتاج جيبريلا فوجيكوروي من نخالة القمح.
  1. الجلوكومايلاز من إنتاج Aspergillus niger / A. oryzae من الكسافا ونخالة القمح والذرة.
  2. رينين من إنتاج Mucor pusillus ، Mucor miehei من نخالة القمح
  3. الأميليز / البروتياز المحايد من إنتاج العصوية الرقيقة من نخالة القمح والكسافا.
  4. سليولاز من إنتاج Trichoderma reesei من نخالة القمح وقش القمح ولب البنجر والكتلة الحيوية السليلوزية.
  5. جالاكتوزيداز من إنتاج Kluyveromyces laccis من مصل اللبن + نخالة الذرة أو القمح.
  6. البروتياز من إنتاج Penicillium caseicolum ، Martierella renispora، من نخالة القمح والحليب المجفف منزوع الدسم.
  7. إنفرتيز من إنتاج خميرة الخباز.
  8. ليباز من إنتاج ليبوليتيكا.
  9. البكتينازات من إنتاج Aspergillus spp. / Rhizopus oryzae من ثفل الفاكهة ونخالة القمح ولب القهوة.
  10. اللاكتاز من إنتاج Saccharomyces lactis / Rhizopus oryzae.
  11. البروتياز القلوي من إنتاج Bacillus licheniformis.
  12. ايزوميراز الجلوكوز من إنتاج تجلط العصيات.

أحماض أمينية:

  1. L- ليسين من إنتاج الوتدية الجلوتاميك.
  2. حمض الجلوتاميك من إنتاج Brevibacterium spp.
  1. الريبوفلافين من إنتاج أشبيا جوسيبي.
  2. فيتامين ب 12 من إنتاج Pseudomonas denitrificans ، Propionibacterium shermanii.
  3. سوربوز (فيتامين ج أو أحماض الأسكوربيك) ينتج عن طريق جلوكونوباكتر من السوربيتول.

السكريات

  1. ديكستران من إنتاج الأجسام المتوسطة Leuconostoc.
  2. صمغ زنتان من إنتاج Xanthomonas campestris.

المبيدات الحشرية

المكملات الغذائية

  1. بروتين خلية واحدة (SCP) من إنتاج البكتيريا الميثانوجينية ، سبيرولينا سب. / Fusarium sp. من الكتلة الحيوية النشوية أو السليلوزية.
  2. زيت أحادي الخلية (SCO) من إنتاج Rhizopus oryzae.

الأدوية (المضادات الحيوية)

  1. البنسلين من إنتاج أقحوان البنسليوم من تفل قصب السكر.
  2. التتراسيكلين من إنتاج Streptomyces viridifaciens من بقايا البطاطا الحلوة.
  3. إيتورين ، سيرفاكتين من إنتاج Bacillus subeilis من بقايا خثارة فول الصويا.
  4. الستربتومايسين ، والنيومايسين ، والتتراسكلين ، والأمفوتريسين-ب ، والكاناميسين ، والبوليكسين ، والأكتيديون يتم إنتاجها بواسطة Streptomyces spp.
  5. غراميسيدين - إس من إنتاج Bacillus brevis.
  6. بوليميكسين - ب من إنتاج عصية بوليميكسا.
  7. السيفالوسبورين من إنتاج سيفالوسبوريوم أكريمونيوم من الشعير.

1 فكر في ldquo و ما هي المنتجات النهائية للتخمير و rdquo

هناك 40 منتجًا نهائيًا مختلفًا مدرجًا في هذه المقالة. هذه مجموعة كبيرة.


التخمير ، سلسلة إمداد البروتين الجديدة

تين. 1. الزراعة الخلوية ، طريقة لصنع البروتينات الحيوانية بدون استخدام الحيوانات.
تم إعادة نشر هذا الرقم من & ldquoCellular Agriculture: امتداد لطرق الإنتاج الشائعة للأغذية rdquo بإذن من الناشر The Good Food Institute.

الأطعمة الغنية بالبروتين ليست فقط لبناة الجسم والرياضيين المتطرفين اليوم ، ويعتبر مستهلكو rsquos جزءًا لا يتجزأ من نظامهم الغذائي. وفقًا لتحليل السوق الأخير (https://tinyurl.com/y2evtyz2) ، بحلول عام 2025 ستصل مبيعات مكونات البروتين إلى 48 مليار دولار على مستوى العالم. في عام 2016 ، قدمت الحيوانات 72 في المائة من صناعة مكونات البروتين العالمية. ستتطلب تلبية الطلب المستقبلي سلسلة توريد بروتين لا تعتمد فقط على الحيوانات. تتوفر مصادر البروتين النباتي ، ولكن في العديد من التطبيقات لا تظهر نفس الخصائص الحسية أو الوظيفية مثل البروتينات الحيوانية. بدلاً من التكيف لجعل تركيبة بروتين نباتية أشبه بتركيبة حيوانية ، أدت التطورات في التكنولوجيا الحيوية إلى إطلاق شرارات ناشئة تزود البروتينات حسب الطلب. يمكن للشركات تحديد البروتين المثالي لتطبيق معين ، والعمل بشكل عكسي ، وتحديد الجينات اللازمة لإنتاجه. ثم يقومون بتشفير المعلومات الجينية في نواة كائن حي مضيف ، مثل البكتيريا أو الفطريات. عندما تتغذى هذه الكائنات الدقيقة على السكر أو العناصر الغذائية الأخرى في خزانات التخمير ، تتبع الخلايا التعليمات المشفرة وتنتج وفرة من البروتين المحدد. بعد فصل البروتينات عن الخلايا المضيفة ، فإن الخطوة الأخيرة في العملية هي التنقية. باستخدام التخمير ، تقوم الشركات بالاستفادة من عملية التمثيل الغذائي الطبيعي للكائنات الحية الدقيقة و rsquos وتحسين البروتينات لمجموعة متنوعة من تطبيقات السوق ، من مستحضرات التجميل المضادة للشيخوخة إلى البدائل النباتية لمنتجات الألبان. مع الاستثمارات التي تقدر بملايين الدولارات في شركات البروتين الآن ، أصبح حلم الزراعة الخلوية حقيقة واقعة. يتضح نجاح التخمير المعزز بالتكنولوجيا الحيوية في وتيرة نمو شركات مثل Geltor (https://www.geltor.com) و Perfect Day (https://www.perfectdayfoods.com). & ldquo تفكر العديد من الشركات الناشئة والشركات الأخرى في المرحلة المبكرة في التخمير لبناء مواد حيوية تم الحصول عليها تاريخيًا من الحيوانات أو من مصادر أخرى كانت غير مستدامة أو صعبة لأسباب أخرى ، كما يقول أليكس لوريستاني ، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة Geltor ، شركة مكونات مستحضرات التجميل ، ومقرها سان لياندرو ، كاليفورنيا متخصصة في الكولاجين. & ldquo بمجرد إنشاء بروتين جديد يأتي من مصدر أكثر كفاءة ونظافة ويمكن تخصيصه لتطبيقات فردية مثل الأطعمة ، هناك الكثير من الفرص هناك ، كما يقول تيم جيستلينجر ، كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة Perfect Day ، وهي شركة في سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا ، التي تصنع بدائل الألبان النباتية. & ldquo هذه هي بداية طريقة لإنشاء سلسلة إمداد بروتين جديدة. & rdquo

الجمال من الميكروبات

بدأ Geltor في عام 2015 بإثبات مفهوم على نطاق واسع لمفهوم الكولاجين Lorestani وشريكه المؤسس ، Nick Ouzounov ، تم تطويره. في أبريل 2018 ، أطلقوا أول منتج تجاري لهم ، N-Collage & trade ، وبعد ستة أشهر تلقوا 18.2 مليون دولار من المستثمرين لتوسيع عروض منتجاتهم (https://tinyurl.com/y3ffqr47). يقول لوريستاني إنه لاحظ التحديات المرتبطة باستخدام الزراعة الخلوية لإنتاج البروتينات لسوق استهلاكي كبير ، مثل استبدال لحوم البقر في صناعة الأغذية. بدلاً من ذلك ، اختارت شركته التركيز على المكونات ذات القيمة الأعلى التي يتم إنتاجها بكميات أقل. بعد رؤية البيولوجيا التركيبية تُستخدم بنجاح كبير في تطوير الأدوية ، أراد هو وأوزونوف تطبيقه في صناعة المنتجات الاستهلاكية. & ldquo ما تمكنا من القيام به هو اتباع نهج علم البروتين لتحسين المكونات في مستحضرات التجميل ومنتجات العناية الشخصية ، كما يقول. على سبيل المثال ، لإنتاج الكولاجين الذي يشعر بالنعومة على الجلد ، يجدون الكولاجين الطبيعي الذي يظهر مثل هذه الجودة. باستخدام علم الأحياء الحسابي ، قاموا بتطوير تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين المطلوب وهندسة الكائنات الحية الدقيقة لصنعه. & ldquo يعني هذا أننا ننتج منتجًا بروتينيًا نقيًا مطابقًا لما هو موجود في الطبيعة ، كما يقول لوريستاني. ويضيف أن معظم البروتينات الطبيعية لم يتم تصنيعها بعد على نطاق صناعي. على سبيل المثال ، يعد الكولاجين أحد أكثر البروتينات وفرة في مملكة الحيوان ، ولكن يتم حاليًا حصاد نوعين فقط من الحيوانات. يسمح التخمير للعلماء بالوصول إلى تنوع الطبيعة من خلال عدد لا يحصى من الطرق التي يمكن بها تغيير الحمض النووي للكائنات الحية الدقيقة و rsquos. يوفر مجموعة أدوات جديدة تمامًا للعلماء لإنشاء أي جزيء يمكنهم تخيله. بالنسبة إلى لوريستاني والعديد من الآخرين الذين يطلقون منتجات في هذا المجال ، فإن الشيء الأكثر أهمية هو أن الزراعة الخلوية تمكن شركته من صنع منتج بروتيني دون عدم كفاءة تربية وذبح حيوان.

& ldquoDairy & rdquo بدون أبقار

مثل Geltor ، انطلق Perfect Day لتقليد صناعة الأدوية ونجاح التكنولوجيا الحيوية rsquos في صناعة السلع الاستهلاكية ، وسرعان ما جلب منتج بروتيني إلى السوق. تأسست Perfect Day في عام 2014 ، وجمعت 40 مليون دولار من المستثمرين في السنوات القليلة الأولى ، وبحلول نهاية عام 2018 دخلت في اتفاقية تطوير مشتركة مع Archer Daniels Midland (https://tinyurl.com/y38fyg9d). الفرق الوحيد بين الشركتين هو أن مؤسسي Perfect Day نباتيون. Perfect Day يصنع بروتينات الألبان بدون البقرة. & ldquo لجعل البروتينات التي تجعل منتجات الألبان خاصة تتطلب الكثير من البروتينات المختلفة ، كما يقول Geistlinger. & ldquo يشار إليها عادة باسم بروتينات مصل اللبن وبروتينات الخثارة. يقعون في هاتين الفئتين المختلفتين من البروتينات. نحن نصنع الغالبية العظمى من البروتينات الرئيسية الموجودة في منتجات الألبان. & rdquo أراد مؤسسو الشركة تقديم منتج له الاستفادة من خصائص الحليب و rsquos الغذائية والحسية ، ولكن دون الإضرار بالحيوانات أو المطالبة باستخدام الأرض والمياه لتربية حيوان. وأرادوا إنتاج منتج نباتي يروق للجميع. يقول Geistlinger إن بروتينات الألبان الخاصة بهم لم تستخدم بعد في صنع الحليب ، لأن الحليب معقد للغاية. يستخدمون البكتيريا الدقيقة لصنع البروتينات ، مثل بروتينات الكازينات ، المعروفة جيدًا لصانعي الطعام. & ldquo نحن نستخدم نوعين من الكائنات الحية المختلفة التي تم استخدامها في صناعة المواد الغذائية لصنع البروتينات والإنزيمات والبروبيوتيك ، ويقول. تستخدم الشركة الفطريات والخميرة والبكتيريا لإنتاج مجموعة من البروتينات. باستخدام مجموعة متنوعة من الخلايا ، يمكنهم تصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات. & ldquo يمكننا صنع بروتينات متعددة من مضيف واحد أو يمكننا صنع بروتين فردي. يمكننا التحكم في هذه النسب حتى نتمكن من إعادة تجميعها لاحقًا ، أو يمكننا البدء بمزيج ، كما يقول Geistlinger. يركز Perfect Day حاليًا على صنع بروتينات فردية لتلبية متطلبات المستهلكين للحصول على ملف غذائي عالي الجودة ومصمم ذاتيًا ، كما يقول.

براعة غير منضم

وفقًا لـ Geistlinger ، يقوم Perfect Day باستبدال المكونات لمجموعة متنوعة من التطبيقات عبر مجموعة واسعة من العناصر في متجر البقالة ، لكنه يشير إلى أن التكنولوجيا التي يستخدمونها تتجاوز البروتينات. & ldquoThis التكنولوجيا لها تطبيقات في المواد الحيوية والطب وجميع أنواع الأشياء ، و rdquo يقول. & ldquo هذا حقًا سوق رائع. & rdquo & ldquo أصبحت القدرة على هندسة الخلايا وتصميمها بشكل هادف للغاية أفضل بكثير مما كانت عليه في الماضي ، ولا يزال العلم ينمو بوتيرة سريعة ، ويقول كريستوف شيلينغ ، الرئيس التنفيذي و المؤسس المشارك لشركة Genomatica ، وهي شركة مقرها سان دييغو ، كاليفورنيا تستخدم التخمير في مجال منتجات مختلفة. تقوم Genomatica بإنشاء مركبات لتحل محل تلك التي كانت متوفرة في السابق فقط من خلال المعالجة البتروكيماوية ، مثل النايلون والبوتيلين جلايكول. التخمير ليس فقط أكثر كفاءة في صنع البروتينات مقارنة بالزراعة الصناعية وفقًا لشيلينج ، فهو أكثر كفاءة بشكل عام. يقلل التصنيع باستخدام علم الأحياء من المركبات الوسيطة والتفاعلات الجانبية الشائعة في المعالجة الكيميائية. على سبيل المثال ، ينتج عن البيوتيلين جلايكول المصنوع كيميائيًا خليطًا راسيميًا بنسبة 50-50 يصعب فصله. & ldquo يمكننا صنع أي شكل نريده بنقاوة 100 بالمائة تقريبًا وبنفس التكلفة التي يتطلبها إنتاج الخليط الراسمي ، ويقول شيلينغ. & ldquo إذا كانت هناك تطبيقات تحتاج إلى شكل أو شكل آخر من هذا الجزيء ، فإن علم الأحياء سوف يقدم بسهولة أكثر من الكيمياء. هذه ميزة كبيرة. & rdquo تتمثل المزايا العلمية التي يجلبها التخمير في جذب الشركات الناشئة الجديدة كل أسبوع تقريبًا (https://tinyurl.com/y7ydzk33). كما أدى الحرص على الدخول إلى السوق إلى إطلاق الصناعات الداعمة. أحدثها ، العلوم البيولوجية الثقافية ، متخصصة في إجراء تجارب إثبات المفهوم للشركات التي تخطط لدخول هذا الفضاء (https://tinyurl.com/y5tkwe5o). ستكون أحدث الشركات ذكية في تخصيص الوقت للتعلم من أولئك الذين تابعوها. & ldquo الشركات التي تنجح الآن في الواقع تصنع منتجات أفضل بكثير من أي شيء يمكنك الحصول عليه من البترول أو الخنزير أو النبات ، في هذا الصدد ، يقول لورستاني. & ldquo إن صنع أشياء أفضل هو ما يسمح لك بالنجاح في هذه الصناعة. & rdquo في الأشهر القادمة ، سيحصل المستهلكون على فرصة للحكم بأنفسهم حيث تبدأ منتجات من Geltor و Perfect Day في التنافس ضد المنتجات التقليدية في السوق.

ريبيكا جينارد هي المحررة المشاركة في يخبر في AOCS. يمكن الاتصال بها على [email protected]

مراجع

  • الثقافات غير المتجانسة للطحالب الدقيقة: الأيض والمنتجات المحتملة ، باشان ، واي. وآخرون., الدقة المياه. 45: 11 و ndash36 ، 2011.
  • نحو إنتاج قابل للتطوير لبروتين شبيه بالكولاجين من Streptococcus pyogenes للتطبيقات الطبية الحيوية ، Peng ، Y.Y. وآخرون., مصانع الخلايا الميكروبية 11: 46, 2012.
  • مبادئ تقنية التخمير، الطبعة الثالثة ، بقلم بي إف ستانبري ، وأ. ويتاكر ، وس. هول ، بتروورث-هاينمان ، كامبريدج ، ماساتشوستس ، 2017.

مقر AOCS
2710 س بولدر
Urbana، IL 61802-6996 USA
هاتف: +1 217-359-2344
فاكس: +1 217-351-8091


5 أنواع رئيسية من التخمير

توضح النقاط التالية الأنواع الخمسة الرئيسية للتخمير. الأنواع هي: 1. التخمير الكحولي 2. Lactic Acid Fermentation 3. Propionic Acid Fermentation 4. Butyric Acid — Butanol Fermentation 5. Mixed Acid Fermentation.

Type # 1. Alcoholic Fermentation:

Alcoholic fermentation generally means production of ethanol (CH3CH2OH). Commonly yeasts, particularly Saccharomyces cerevisiae, are used for production of various alcoholic beverages, as well as industrial alcohol. Yeasts are essentially aerobic organisms, but they can also grow as facultative anaerobes.

The energy-yield under anaerobic conditions is much lower and hence the growth is slower with much lower cell-yield. When grown with aeration, the cell-yield increases dramatically, but alcohol production falls. Thus, oxygen inhibits fermentation. This is known as Pasteur-effect.

Conversion of pyruvic acid to ethanol proceeds in two steps: pyruvic acid to acetaldehyde and acetaldehyde to ethanol. The first step is catalysed by pyruvic acid decarboxylase which requires TPP as coenzyme, and the second step by alcohol dehydrogenase which requires NADH2 as coenzyme.

NADH2 is thereby oxidized to NAD which can be reused for reduction of GAP to DPGA in the EMP:

Various strains of yeasts, mostly belonging to Saccharomyces cerevisiae, have been developed and carefully selected for large-scale manufacture of alcohol for different purposes. Also, various materials and conditions are used depending on the nature of the product desired.

For example, for production of baker’s yeast used in bread industry, strongly aerated cultures favour large cell-yield with little or no alcohol. Extract of malted (partly germinated) barley serves as substrate for beer production.

The starting material contains large amount of maltose (a dissacharide of two glucose units) produced by hydrolysis of starch present in barley seeds. Maltose is split into glucose and serves as substrate for alcohol fermentation under anaerobic conditions.

Similarly, for production of wine, grape juice is the substrate of choice. Specific selected strains are employed to impart characteristic flavour and taste of different alcoholic beverages. For manufacture of industrial alcohol, generally molasses is used as the starting material. Also sulfite liquor, which is a waste product of paper industry, is used as a cheap substrate for industrial alcohol production.

Besides yeasts, some bacteria can also carry out alcoholic fermentation. A well-known example is Zymomonas mobilis. This organism dissimilates glucose by EDP producing pyruvic acid which is converted to ethanol by decarboxylation and dehydrogenation as in yeast. Pseudomonas saccharophila is another bacterium which is used in alcoholic fermentation.

نوع # 2. Lactic Acid Fermentation:

Lactic acid fermentations are of two types:

In the first type, lactic acid is produced as the sole product by reduction of pyruvic acid with the help of the enzyme lactic acid dehydrogenase. The reaction regenerates NAD from NADH2 which is reused for oxidation of GAP to DPGA in the glycolytic pathway.

As one molecule of lactic acid is formed from one molecule of pyruvic acid, two molecules of lactic acid are produced from each molecule of glucose, when it is dissimilated through EMP. In heterofermentative type, the products are lactic acid and ethanol or acetic acid and CO2. The heterofermentative lactic acid bacteria dissimilate glucose via PPC. They produce lactic acid from one-half of the glucose molecule, and ethanol or acetic acid and CO2 from the other half.

Lactic acid bacteria are both morphologically and physiologically diverse. The lactic cocci, previously included in the genus Streptococcus, have been transferred to the genus Lactococcus. The rod-shaped lactic acid bacteria are distributed in several genera, though majority are placed in the genus Lactobacillus. Some representative species of homo-fermentative lactic acid bacteria are Lactococcus lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, L. thermophilus, Lactobacillus lactis, L. bulgaricus, L. acidophilus etc. Representatives of heterofermentative type include Lenconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Bifidobacterium bifidum etc. There is also a spore-forming lactic bacterium, Sporolactobacillus. The lactic acid bacteria prefer anaerobic conditions for optimal growth as they do not have cytochromes or catalase, though they can also grow in microaerophilic environment.

Homolactic fermentation is the simplest of all fermentations, involving only a single step in which pyruvic acid is reduced to lactic acid. Lactic acid is formed also in muscles by a similar reaction.

The heterofermentative lactic acid bacteria lack two vital enzymes of the glycolytic pathway — aldolase and triose phosphate isomerase. Hence, they are unable to use EMP. As an alternative, they employ the pentose phosphate pathway. An intermediate of this pathway is xylulose 5-phosphate.

The heterofermentative bacteria cleave xylulose 5-phosphate by a TPP-linked pentose phosphate ketolase into glycerin aldehyde phosphate (GAP) and acetyl phosphate. GAP is then converted to pyruvic acid by the usual EMP enzymes, while acetyl phosphate is reduced either to acetic acid or to ethanol. From pyruvic acid, lactic acid is formed by the lactate dehydrogenase activity.

Leuconostoc mesenteroides produces from one molecule of glucose, one molecule of lactic acid, one molecule of ethanol and one molecule of CO2. On the other hand, Lactobacillus brevis produces acetic acid in place of ethanol.

The heterofermentative pathway is shown in Fig. 8.54:

Lactic acid bacteria are widely used for production of various fermented food throughout the world. The bacteria ferment the milk sugar (lactose) to produce lactic acid which curdles milk protein. Various species are used to yield products of variable consistency, taste and aroma. In different countries the products are variously known as yogurt in Europe and America, dadhi or dahi in India, Kefir in Russia, Kumiss, butter milk, acidophilus milk etc.

Lactic acid bacteria are also employed in producing fermented vegetable products, like sauerkraut (fermented cabbage), cucumber pickles and fermented olive. These bacteria are also used for production of sausages from beef and pork.

Both heterofermentative and homo-fermentative lactic acid bacteria are used as ‘starter’ for production of fermented food. Some of these bacteria are Lactococcus cremoris, L. lactis, L. thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, L. plantarum, L. brevis, Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae etc.

نوع # 3. Propionic Acid Fermentation:

Propionic acid (CH3-CH2-COOH) is produced by several anaerobic bacteria among which are the coryneform Propionibacterium, and Veillonella, Clostridium, Selenomonas etc. Propionibacterium acidipropionici and P. freudenreichii are the main propionic acid fermenters. Propionibacteria possess cytochromes and catalase and can tolerate some amount of oxygen. They are natural inhabitants of rumen of herbivorous cattle.

The propionic acid bacteria dissimilate glucose via EMP and produce pyruvic acid. By a biotin- linked carboxylation reaction pyruvic acid is converted to oxalacetic acid which is then reduced in two steps to succinic acid through reversal of TCA cycle reactions.

Succinic acid is then converted to succinyl-CoA, also by a reverse step of the TCA cycle. Next, succinyl-CoA produces methyl malonyl- CoA by the action of a vitamin B12-linked enzyme methyl malonyl mutase which catalyses an intra-molecular rearrangement. Methyl malonyl-CoA is then decarboxylated to propionyl-CoA.

In the final step, propionyl-CoA yields propionic acid, and CoA is transferred to succinic acid by an enzyme, CoA-transferase. The pathway of propionic acid is shown in Fig. 8.55. Together with lactic acid bacteria, the propionic acid bacteria are used for commercial production of Swiss cheese. Propionic acid contributes to the special flavour of this cheese.

نوع # 4. Butyric Acid — Butanol Fermentation:

The bacteria carrying out butyric acid-butanol fermentation are all obligately anaerobic spore- forming bacteria belonging to the genus Clostridium. Besides butyric acid and n-butanol, several other products of this fermentation are acetic acid, ethanol, isopropanol and acetone depending on species.

For example, C. butyricum, C. lactoacetophilum, C. pasteurianum etc. produce butyric acid together with acetic acid, while C. butylicum and C. acetobutylicum produce butyric acid, acetic acid and isopropanol or acetone. Also, as a fermentation product, CO2 is always present.

Clostridia dissimilate glucose by the EMP to form pyruvic acid which by decarboxylation produces acetyl-CoA.

The latter acts as the key intermediate in the butyric-butylic fermentation and gives rise to all the products by different pathways as shown in Fig. 8.56:

In the pathway leading to butyric acid in C. butyricum, two molecules of acetyl-CoA are condensed by the action of the enzyme thiolase to produce acetoacetyl CoA with liberation of one CoA. Acetoacetyl CoA is then dehydrogenated by β-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase to form P-hydroxbutyryl CoA with NADH2 acting as H-donor.

The dehydrogenated product next gives rise to crotonyl-CoA through the action of the enzyme crotonase. Crotonyl-CoA undergoes another step of reduction catalysed by butyryl-CoA dehydrogenase which is FADH2-linked producing butyryl-CoA. The latter is finally converted to butyric acid by removal of CoA and addition of water (Fig. 8.57).

Under alkaline conditions, butyryl CoA is converted by C. acetobutylicum to n-butanol through two steps catalysed by butyryl-CoA dehydrogenase and butyryl aldehyde dehydrogenase as shown Fig. 8.57.

C. acetobutylicum also produces isopropanol by reduction of acetone under alkaline conditions. Acetone is produced by decarboxylation of aceto acetic acid as shown in the figure 8.57.

Clostridia always produce molecular hydrogen as one of the fermentation products. Hydrogen originates from phosphoroclastic cleavage of pyruvate.

This cleavage produces acetyl phosphate, molecular hydrogen and CO2 as shown:

During such cleavage, hydrogen is at first transferred to an iron-containing protein called ferredoxine which is thereby reduced. Molecular hydrogen is liberated from the reduced compound through the action of hydrogenase, and ferredoxine is oxidized.

نوع # 5. Mixed Acid Fermentation:

This type of fermentation occurs characteristically in bacteria belonging to the family Enterobacteriaceae. These bacteria can grow both aerobically carrying out oxygen respiration or anaerobically carrying out fermentation. The type of fermentation is called mixed-acid, because, as products, several different organic acids and neutral compounds are produced. A characteristic acid of mixed fermentation is formic acid, though it is by no means the major product.

Depending on species, a number of-different substances are formed, like acetic acid, succinic acid, lactic acid, ethanol, acetoin, butanediol, CO2 and molecular hydrogen. On the basis of fermentation products, the enterobacteria can be divided into two groups: one group having an Escherichia coli-type fermentation, and the other having an Enterobacter aerogenes type. One very significant difference in these two types is the formation of acetoin and butanediol (2, 3-butylene glycol) from pyruvic acid by Enterobacter aerogenes. In E. coli type of fermentation these are absent. Both types dissimilate glucose to pyruvic acid.

Mixed acid fermentation is sometimes called formic acid fermentation. Under anaerobic condition, E. coli cleaves pyruvic acid to acetyl-CoA and formic acid.

The reaction is catalysed by the enzyme, pyruvate-formic acid lyase as shown:

Formic acid so formed is then cleaved by another lyase, formic acid-hydrogen lyase to molecular hydrogen and CO2 which are liberated in gaseous form.

Formic acid is also produced in Enterobacter-type of fermentation, but in a different way. The reaction is catalyzed by a TPP-linked enzyme. In this type, pyruvic acid is cleaved into TPP-linked “active” acetaldehyde (hydroxyethyI-Tpp.Enz.) and formic acid.

Formic acid then breaks into CO2 و ح2:

Enterobacter-type of fermentation produces acetoin (acetylmethyl carbinol) and butanediol which are not formed by E. coli-type of fermentation. The detection of acetoin and butanediol forms the basis of Voges-Proskauer reaction. Hence, E. coli is Voges-Proskauer negative.

Formation of acetoin and butanediol in Enterobacter proceeds via acetolactate pathway. The TPP- linked active acetaldehyde produced from pyruvic acid, described above, reacts with another molecule of pyruvic acid to form acetolactate.

The reaction is catalysed by acetohydroxyl acid synthase. Acetolactate so formed, is then decarboxylated by the enzyme acetolactate decarboxylase to produce acetoin. The latter is reduced by butanediol dehydrogenase to 2,3-butylene glycol (butanediol), NADH2 acting as H-donor.

The reactions are:

Other products of enteric bacteria fermentations include acetic acid, ethanol, lactic acid and succinic acid. AcetyI-CoA produced in pyruvic acid-formic acid lyase reaction in E.coli can be used in several ways.

It can be converted acetyI phosphate and from it either ethanol may be produced via acetaldehyde or it may form acetic acid as shown:

Lactic acid is formed directly from pyruvic acid through the action of lactate dehydrogenase. Succinic acid is produced also from pyruvic acid by carboxylation with the help of a biotin enzyme to oxalacetic acid. The latter leads to formation of succinic acid by reversal of steps of the TCA cycle.

Formation of different products of mixed-acid fermentations is summarized in Fig 8.58:


Alcohol Fermentation

Figure 2. Fermentation of grape juice into wine produces CO2 as a byproduct. Fermentation tanks have valves so that the pressure inside the tanks created by the carbon dioxide produced can be released.

عملية التخمير المألوفة الأخرى هي alcohol fermentation (Figure 3) that produces ethanol, an alcohol (because of this, this kind of fermentation is also sometimes known as ethanol fermentation). There are two main reactions in alcohol fermentation.

The first reaction is catalyzed by pyruvate decarboxylase, a cytoplasmic enzyme, with a coenzyme of thiamine pyrophosphate (TPP, derived from vitamin B1 and also called thiamine). A carboxyl group is removed from pyruvic acid, releasing carbon dioxide as a gas. The loss of carbon dioxide reduces the size of the molecule by one carbon, making acetaldehyde. The second reaction is catalyzed by alcohol dehydrogenase to oxidize NADH to NAD + and reduce acetaldehyde to ethanol. The fermentation of pyruvic acid by yeast produces the ethanol found in alcoholic beverages. Ethanol tolerance of yeast is variable, ranging from about 5 percent to 21 percent, depending on the yeast strain and environmental conditions.

Figure 3. Diagram of alcohol fermentation


Industrial Fermentation Processes | علم الاحياء المجهري

In industrial fermentations, microbial growth and product formation occur at the surface of solid substrates. Examples of such fermentations are mushroom cultivation, mould-ripened cheeses, starter cultures etc. More recently, this approach has been used for the production of extracellular enzymes, certain valuable chemicals, fungal toxins, and fungal spores (used for biotransformation).

Traditional substrates are several agricultural products, rice, wheat, maize, soybean etc. The substrate provides a rich and complex source of nutrients which may or may not need to be supplemented.

Such substrates selectively support mycelial organisms which can grow at high nutrient concentrations and produce a variety of extracellular enzymes, e.g., a large number of filamentous fungi, and a few bacteria (actinomycetes and one strain of Bacillus).

According to the physical state, solid state fermentations are divided into two groups:

(i) Low moisture solids fermented without or with occasional/continuous agitation, and

(ii) Suspended solids fermented in packed columns through which liquid is circulated.

The fungi used for solid state industrial fermentations are usually obligate aerobes (Table 39.5).

Solid-state industrial fermentations on large scale use stationary or rotary trays. Temperature and humidity controlled air is circulated through the stacked solids. Less frequently rotary drum type fermenters have been used. Solid state fermentations offer certain unique advantages but suffer from some important disadvantages. However, commercial application of this process for biochemical production is chiefly confined to Japan.

نوع # 2. Anaerobic Fermentation:

In anaerobic fermentation, a provision for aeration is usually not needed. But in some cases, aeration may be needed initially for inoculum build-up. In most cases, a mixing device is also unnecessary, while in some cases initial mixing of the inoculum is necessary. Once the fermentation begins, the gas produced in the process generates sufficient mixing.

The air present in the headspace of the fermentor should be replaced by CO2، ح2، ن2 or a suitable mixture of these this is particularly important for obligate anaerobes like Clostridium. The fermentation usually liberates CO2 و ح2, which are collected and used, e.g., CO2 for making dry ice and methanol, and for bubbling into freshly inoculated fermenters.

In case of acetogens and other gas utilizing bacteria, O2-free sterile CO2 or other gases are bubbled through the medium. Acetogens have been cultured in 400 1 fermenters by bubbling sterile CO2 and 3 kg cells could be harvested in each run.

Recovery of products from anaerobic fermenters does not require anaerobic conditions. But many enzymes of such organisms are highly O2-sensitive. Therefore, when recovery of such enzymes is the objective, cells must be harvested under strictly anaerobic conditions.

نوع # 3. Aerobic Fermentation:

The main feature of aerobic fermentation is the provision for adequate aeration in some cases the amount of air needed per hour is about 60-times the medium volume. Therefore, bioreactors used for aerobic fermentation have a provision for adequate supply of sterile air which is generally sparged into the medium.

In addition, these fermenters may have a mechanism for stirring and mixing of the medium and cells.

Aerobic fermenters may be either of the:

(i) Stirred-tank type in which mechanical motor-driven stirrers are provided or

(ii) Of air­lift type in which no mechanical stirrers are used and the agitation is achieved by the air bubbles generated by the air supply.

Generally, these bioreactors are of closed or batch types but continuous flow reactors are also used such reactors provide a continuous source of cells and arc also suitable for product generation when the product is released into the medium.

نوع # 4. Immobilized-Cell Fermentation:

Industrial fermentations of this type are based on immobilized cells. Cell immobilization is advantageous when:

(i) The enzymes of interest are intracellular,

(ii) Extracted enzymes are unstable,

(iii) The cells do not have interfering enzymes or such enzymes are easily inactivated/removed and

(iv) The products are low molecular weight compounds released into the medium.

Under these conditions immobilized cells offer the following advantages over enzyme immobilization:

(i) Enzyme purification is not needed,

(ii) High activity of even unstable enzymes,

(iii) High operational stability,

(v) Possibility of application in multistep enzyme reactions.

In addition, immobilization permits continuous operation of bioreactor which reduces the reactor volume and, consequently, pollution problems. Obviously, immobilized cells are used for such bio-transformations of compounds which require action of a single enzyme.

Cell immobilization may be achieved in one of the following ways:

(i) Cells may be directly bound to water insoluble carriers, e.g., cellulose, dextran, ion-exchange resins, porous glass, brick, sand etc., by adsorption, ionic bonds or covalent bonds,

(ii) They can be cross-linked to bi-or multifunctional reagents, e.g., glutaraldehyde etc.

(iii) Polymer matrices may be used for entrapping cells such matrices are polyacylamide gell, ĸ-Carrageenan (a polysaccharide isolated from a seaweed), calcium alginate (alginate is extracted from seaweed), polyglycol oligomers etc.


Lactic Acid Fermentation

The fermentation method used by animals and certain bacteria, like those in yogurt, is lactic acid fermentation (شكل 1). This type of fermentation is used routinely in mammalian red blood cells and in skeletal muscle that has an insufficient oxygen supply to allow aerobic respiration to continue (that is, in muscles used to the point of fatigue). In muscles, lactic acid accumulation must be removed by the blood circulation and the lactate brought to the liver for further metabolism. The chemical reactions of lactic acid fermentation are the following:

The enzyme used in this reaction is lactate dehydrogenase (LDH). The reaction can proceed in either direction, but the reaction from left to right is inhibited by acidic conditions. Such lactic acid accumulation was once believed to cause muscle stiffness, fatigue, and soreness, although more recent research disputes this hypothesis. Once the lactic acid has been removed from the muscle and circulated to the liver, it can be reconverted into pyruvic acid and further catabolized for energy.

Figure 1. Lactic acid fermentation is common in muscle cells that have run out of oxygen.

Tremetol, a metabolic poison found in the white snake root plant, prevents the metabolism of lactate. When cows eat this plant, it is concentrated in the milk they produce. Humans who consume the milk become ill. Symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, become worse after exercise. Why do you think this is the case?

[practice-area rows=&rdquo2&Prime][/practice-area]
[reveal-answer q=&rdquo453242&Prime]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=&rdquo453242&Prime]The illness is caused by lactate accumulation. Lactate levels rise after exercise, making the symptoms worse. Milk sickness is rare today, but was common in the Midwestern United States in the early 1800s.[/hidden-answer]


التخمير

مقدمة

شهدت كلمة "التخمير" العديد من التغييرات في المعنى خلال المائة عام الماضية. وفقًا لاشتقاق المصطلح ، فإنه يشير فقط إلى حالة غليان أو فقاعات لطيفة. تم تطبيق المصطلح لأول مرة عندما كان التفاعل الوحيد المعروف من هذا النوع هو إنتاج النبيذ ، فالفقاعات ، بالطبع ، ناتجة عن إنتاج ثاني أكسيد الكربون.

لم يكن الأمر كذلك حتى درس جاي-لوساك الجوانب الكيميائية للعملية حيث تم تغيير المعنى للإشارة إلى تحلل السكر إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون (316). ومع ذلك ، كان باستير هو الذي ميز ولادة علم الأحياء الدقيقة الكيميائي بربطه بين الميكروبات والتخمير في عام 1857. وقد استخدم المصطلحين "خلية" و "تخمر" بالتبادل في الإشارة إلى الميكروب. وهكذا أصبح مصطلح "التخمير" مرتبطًا بفكرة الخلايا وإنتاج الغاز وإنتاج المنتجات الثانوية العضوية.

تم إبطال تطور الغاز ووجود الخلايا الكاملة كمعايير لتحديد التخمير عندما تم اكتشاف أنه في بعض عمليات التخمير ، مثل إنتاج حمض اللاكتيك ، لا يتم تحرير أي غاز. علاوة على ذلك ، يمكن الحصول على عمليات تخمير أخرى باستخدام مقتطفات خالية من الخلايا تشير إلى أن الخلية بأكملها قد لا تكون ضرورية.

كان الموقف أكثر تعقيدًا من خلال اكتشاف أن العملية القديمة لإنتاج الخل ، والتي يشار إليها عمومًا باسم تخمير حمض الأسيتيك ، والتي أسفرت عن كميات كبيرة من المنتجات الثانوية العضوية ، كانت عملية هوائية بحتة. من الواضح أن التخمير بحاجة إلى إعادة تعريف.

على الرغم من أن الكربوهيدرات غالبًا ما تعتبر مواد أساسية للتخمير ، إلا أن الأحماض العضوية (بما في ذلك الأحماض الأمينية) والبروتينات والدهون والمركبات العضوية الأخرى عبارة عن ركائز قابلة للتخمير لكائنات دقيقة مختارة. سرعان ما تم إدراك أن هذه المواد تلعب دورًا مزدوجًا كمصدر للغذاء وكمصدر للطاقة للكائنات الحية الدقيقة (375). الطاقة الناتجة عن الاحتراق الكلي (الأكسدة) للمادة في المسعر هي طاقتها الكامنة. أقرب نهج للأكسدة الكاملة يحدث بيولوجيًا مع الأكسدة الحمضية ، التي تنتج ، مع الجلوكوز ، ثاني أكسيد الكربون والماء وتؤدي إلى تحرير كمية كبيرة من الطاقة.

في ظل الظروف اللاهوائية ، يتم تحرير جزء بسيط فقط من الطاقة الكامنة لأن الأكسدة غير مكتملة. من أجل الحصول على كمية من الطاقة تعادل تلك التي تم الحصول عليها في ظل الظروف الهوائية ، يجب تكسير الجلوكوز عدة مرات في ظل الظروف اللاهوائية. ونتيجة لذلك ، هناك عائد مرتفع من المنتجات الثانوية العضوية غير المؤكسدة.

أصبح التخمير ، إذن ، بمثابة التحلل اللاهوائي للمركبات العضوية إلى منتجات عضوية ، والتي لا يمكن استقلابها بواسطة أنظمة إنزيمات الخلايا دون تدخل الأكسجين. اختلفت منتجات التخمير باختلاف الكائنات الحية الدقيقة ، حيث تخضع في الأساس لمركب إنزيم الخلايا والظروف البيئية. أدت القيمة الاقتصادية لهذه المنتجات الثانوية إلى تطوير علم الأحياء الدقيقة الصناعي.

مع الاعتراف بالتخمير كعملية لا هوائية ، تم رسم أوجه التشابه بين الكيمياء الحيوية للكائنات الحية الدقيقة وتلك الخاصة بأنسجة الثدييات. نظرًا لأنه تم العثور على وسيطة استقلاب الجلوكوز لتكون هي نفسها ، فقد تم افتراض أن جميع عمليات التخمير يجب أن تتبع مسارات مماثلة. وبالتالي ، تم اعتبار التخمر الميكروبي للكربوهيدرات مشابهًا لتحلل السكر في الثدييات. هذا هو السبب في أن العديد من المؤلفين يستخدمون مصطلحات "تحلل السكر" أو "مسار تحلل السكر" لوصف طريقة واحدة للتحلل اللاهوائي للكربوهيدرات بواسطة الكائنات الدقيقة ولماذا أصبح "التخمير" مرادفًا لـ "تحلل السكر". ومع ذلك ، تختلف العمليتان بطريقتين مهمتين: (1) لا يوجد تخزين للجليكوجين في البكتيريا ، و (2) ليس اللاكتات دائمًا منتجًا نهائيًا أو وسيطًا في الانهيار البكتيري اللاهوائي للكربوهيدرات. بالإضافة إلى ذلك ، خلال الخمسينيات القرن الماضي ، تم اكتشاف أن العديد من البكتيريا قادرة على استخدام مسارات أخرى غير مسار Embden-Meyerhof-Parnas للتحلل اللاهوائي للكربوهيدرات. يتطلب تطبيق "التخمير" على كل هذه العمليات شكلاً آخر من أشكال التعريف.

أوضح البحث المكثف في أنظمة نقل الإلكترون في عملية التمثيل الغذائي الميكروبي الموقف جزئيًا ، على الرغم من وجود عدد من الجوانب التي تنتظر الاهتمام. من البحث في أنظمة المتبرع والمقبول للإلكترون ، أصبح من المفهوم الآن بوضوح أن جميع العمليات التي لها مركب عضوي كمستقبل إلكترون طرفي تسمى "التخمير". مع هذا التعريف ، من الممكن القول أن بكتيريا حمض الأسيتيك ليست مخمرة ولكنها تتنفس بالهواء. بالنسبة للبكتيريا الأخرى ، لا يقتصر التعريف على استخدام أي مسار معين في عملية التخمير.

وقد وجد أيضًا أن البكتيريا المخمرة قد تستغني عن استخدام السيتوكرومات الخاصة بها في ظل الظروف اللاهوائية ، لأن عمليات الفسفرة الخاصة بها عبارة عن فسفرات ركيزة يكون فيها المتبرع بالإلكترون عبارة عن ركيزة عضوية تنقل إلكتروناتها إلى نظام NAD + أو NADP +. ومع ذلك ، فإن كمية NAD + في الكائنات الحية الدقيقة محدودة ، وبالتالي يجب تجديد NAD + إذا كان الأيض سيستمر. في ظل الظروف اللاهوائية ، يمكن تحقيق هذا التجديد عن طريق آلية الأكسدة والاختزال التي تتضمن البيروفات أو مركبات أخرى مشتقة من البيروفات. يمكن أن تختلف تفاعلات البيروفات هذه اختلافًا كبيرًا بين الكائنات الحية الدقيقة ، وبالتالي تؤدي إلى تكوين منتجات نهائية مميزة تُستخدم في التصنيف البكتيري. ويرد في الجدول 9.1 والشكل 9.1 ملخص قصير للمنتجات النهائية المختلفة المتكونة من البيروفات. يتم استخدام هذه المنتجات النهائية وتكوينها في التصنيف ، وسيتم النظر في المجموعات البكتيرية المختلفة بمزيد من التفصيل أدناه.