Riwayat fermentasi, proses, jenis, contoh

Itu fermentasi Ini adalah proses kimia di mana satu atau lebih senyawa organik terdegradasi menjadi senyawa yang lebih sederhana tanpa adanya oksigen (dalam anaerobiosis). Dilakukan oleh banyak jenis sel untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Saat ini, organisme yang mampu "fermentasi" molekul dengan tidak adanya oksigen sangat penting di tingkat industri, karena mereka dieksploitasi untuk produksi etanol, asam laktat dan produk -produk terkait komersial lainnya yang berfungsi untuk membuat anggur, bir, keju, dan yogurt , dll.

Roti dan bir, dua produk fermentasi ragi beralkohol.Pixabay.com)

Kata fermentasi berasal dari kata Latin Fervere, yang berarti "mendidih" dan diciptakan dengan menyinggung bubb.

Saat ini, seperti yang disarankan Gay-Lussac pada tahun 1810, itu adalah istilah umum yang digunakan untuk merujuk pada glukosa anaerob atau nutrisi organik lainnya untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Karena makhluk hidup pertama yang muncul di bumi mungkin hidup di atmosfer tanpa oksigen, degradasi glukosa anaerob mungkin merupakan bentuk metabolisme tertua di antara makhluk hidup untuk mendapatkan energi dari molekul organik.

[TOC]

Sejarah fermentasi

The human knowledge of the phenomenon of fermentation is as old, perhaps, as is agriculture, since for thousands of years that man promotes the conversion of the juice of sweet grapes crushed into effervescent wine or the conversion of wheat mass into bread in bread.

Namun, untuk masyarakat pertama, transformasi unsur -unsur "dasar" ini menjadi makanan yang difermentasi dianggap sebagai semacam peristiwa "misteri" atau "ajaib", karena tidak diketahui apa yang menyebabkannya.

Kemajuan pemikiran ilmiah dan penemuan mikroskop pertama, tentu saja meletakkan preseden penting di bidang mikrobiologi dan, dengan itu, memungkinkan solusi dari "misteri" fermentasi ".

Eksperimen Lavoisier dan Gay-Lussac

Potret grafis Antoine Lavoisier (Sumber: H. Rousseau (desainer grafis), E.Thomas (Fear) Augustin Challamel, Desire Lacroix [Domain Publik] melalui Wikimedia Commons)

Lavoisier, seorang ilmuwan Prancis, pada akhir 1700 menunjukkan bahwa dalam proses transformasi gula menjadi alkohol dan karbon dioksida (seperti apa yang terjadi selama produksi anggur), berat substrat yang dikonsumsi sama dengan produk yang disintesis.

Kemudian, pada tahun 1810, Gay-Lussac merangkum pernyataan-pernyataan ini dalam reaksi kimia berikut:

C6H12O6 (glukosa) → 2CO2 (karbon dioksida) + 2C2H6O (etanol)

Namun, selama bertahun -tahun dikatakan bahwa perubahan kimia yang diamati selama fermentasi adalah produk dari getaran molekuler yang dipancarkan oleh materi dekomposisi, yaitu oleh sel mati.

Dengan kata -kata yang lebih sederhana: semua peneliti yakin bahwa fermentasi adalah efek samping dari kematian suatu organisme dan bukan proses yang diperlukan untuk makhluk hidup.

Ragi beraksi

Louis Pasteur di laboratorium Anda. Via Wikimedia Commons

Kemudian, Louis Pasteur, pada tahun 1857, menandai kelahiran kimia mikrobiologis ketika ia menghubungkan fermentasi dengan mikroorganisme seperti ragi, dari mana istilah tersebut terkait dengan gagasan keberadaan sel hidup, dengan produksi gas dan beberapa senyawa organik.

Selanjutnya, pada tahun 1920 ditemukan bahwa tanpa adanya oksigen, beberapa ekstrak otot mamalia mengkatalisasi pembentukan laktat dari glukosa, dan bahwa banyak senyawa yang diproduksi selama fermentasi butir juga diproduksi oleh sel otot.

Berkat penemuan ini, fermentasi digeneralisasi sebagai bentuk penggunaan glukosa dan bukan sebagai proses eksklusif ragi dan bakteri.

Banyak penelitian selanjutnya yang sangat menyempurnakan pengetahuan yang terkait dengan fenomena fermentasi, karena rute metabolisme dan enzim yang terlibat dijelaskan, yang memungkinkan eksploitasi untuk tujuan industri yang berbeda.

Proses fermentasi umum

Seperti yang telah kami katakan, fermentasi adalah proses kimia yang menyiratkan transformasi anaerob (tanpa oksigen) dari substrat organik dalam senyawa organik yang lebih sederhana, yang tidak dapat dimetabolisme "hilir" oleh sistem enzimatik tanpa intervensi oksigen.

Dapat melayani Anda: epiblast

Ini dilakukan oleh enzim yang berbeda dan biasanya diamati pada mikroorganisme seperti jamur, ragi atau bakteri, yang menghasilkan serangkaian produk sekunder yang telah dimanfaatkan manusia untuk tujuan komersial selama berabad -abad.

Dalam reaksi kimia yang terjadi selama fermentasi, enzim (protein yang mampu mempercepat reaksi kimia yang berbeda) menghidrolisis substratnya dan terurai atau "digie", membayar molekul yang lebih sederhana dan nutrisi yang lebih mudah diasimilasi, secara metabolik berbicara secara metabolik, secara metabolik secara metabolik, secara metabolik secara metabolik dan secara metabolik lebih mudah diasimilasi secara metabolik secara metabolik,.

Perlu disebutkan bahwa fermentasi bukanlah proses eksklusif mikroorganisme, karena dapat terjadi pada beberapa sel hewan (seperti otot, misalnya) dan di beberapa sel tanaman dalam kondisi tertentu.

Substrat mana yang dapat difermentasi?

Pada awal penelitian ilmiah yang terkait dengan fermentasi, diperkirakan bahwa molekul penting untuk proses seperti itu adalah karbohidrat.

Namun, tak lama setelah dipahami bahwa banyak asam organik (termasuk asam amino), protein, lemak dan senyawa lainnya adalah substrat yang dapat difermentasi untuk berbagai jenis mikroorganisme, karena mereka dapat berfungsi sebagai sumber makanan dan energi untuk ini.

Penting untuk mengklarifikasi bahwa metabolisme anaerob tidak menghasilkan jumlah energi yang sama dengan metabolisme aerobik, karena substrat, secara umum, tidak dapat sepenuhnya teroksidasi, sehingga tidak diekstraksi dari semua energi yang mungkin ini.

Akibatnya, mikroorganisme anaerob biasanya mengkonsumsi jumlah substrat yang jauh lebih besar untuk dapat mengekstraksi energi yang sama yang akan mengekstraksi mikroorganisme yang sama dalam kondisi aerobik (di hadapan oksigen).

Tentang apa fermentasi?

Saat bernafas tidak dapat diberikan, baik karena tidak adanya akseptor elektron eksternal atau untuk beberapa cacat pada rantai pernapasan sel, fermentasi adalah rute katabolik yang digunakan untuk menghasilkan energi dari glukosa atau sumber karbon lainnya.

Dalam kasus glukosa, misalnya, oksidasi parsial dilakukan melalui rute glikolitik, di mana piruvat, ATP dan NADH terjadi (produk ini bervariasi sesuai dengan substrat energi).

Dalam kondisi aerobiosis, piruvat bahkan lebih teroksidasi saat memasuki siklus Krebs dan produk -produk dari siklus ini memasuki rantai konveyor elektron. NAD+ juga diregenerasi selama proses ini, yang memungkinkan menjaga kesinambungan rute glikolitik.

Ketika tidak ada oksigen, yaitu, pada anaerobiosis, piruvat yang berasal dari reaksi oksidatif (atau senyawa organik yang dihasilkan) menderita reduksi. Pengurangan ini memungkinkan regenerasi NAD+, peristiwa mendasar untuk proses fermentasi.

Pengurangan piruvat (atau produk oksidatif lainnya) menandai awal sintesis produk limbah, yang dapat berupa alkohol, gas atau asam organik, yang diekskresikan ke lingkungan ekstraseluler.

Berapa banyak energi yang dihasilkan?

Sementara oksidasi lengkap glukosa mol hingga karbon dioksida (CO2) dan air dalam kondisi aerobik menghasilkan 38 mol ATP, fermentasi menghasilkan antara 1 dan 3 mol ATP untuk setiap mol glukosa yang dikonsumsi.

Jenis fermentasi

Ada berbagai jenis fermentasi, sering didefinisikan tidak hanya oleh produk akhir dari proses, tetapi juga oleh substrat energi yang digunakan sebagai "bahan bakar". Banyak dari ini akan secara khusus didefinisikan dalam konteks industri.

Sebagai catatan untuk pembaca, mungkin lebih mudah untuk meninjau beberapa aspek metabolisme energi sebelumnya, terutama dalam kaitannya dengan katabolisme karbohidrat (glikolisis), siklus Krebs dan rantai transportasi elektron (pernapasan), untuk memahami topik ini dengan lebih besar kedalaman.

5 jenis fermentasi dapat disebutkan:

- Fermentasi alkohol

- Fermentasi laktik atau asam

- Fermentasi propionik

- Fermentasi butirik

- Fermentasi asam campuran

Fermentasi alkohol

Ketika referensi dibuat untuk jenis fermentasi ini, biasanya dipahami bahwa itu ada hubungannya dengan produksi etanol (CH3CH2OH atau C2H6O), yang merupakan jenis alkohol (di mana minuman beralkohol seperti anggur dan bir, misalnya).

Dapat melayani Anda: jaringan adiposa

Berbicara secara industri, mikroorganisme utama yang dieksploitasi oleh manusia untuk mendapatkan minuman beralkohol adalah jamur tipe ragi yang termasuk dalam spesies tersebut Saccharomyces cerevisiae.

Fermentasi alkohol (Sumber: Penulis versi asli adalah Pengguna: Norro. /Cc by-sa (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0) Via Wikimedia Commons)

Ragi, pada kenyataannya, organisme aerobik yang dapat tumbuh sebagai anaerob opsional, yaitu, bahwa jika kondisinya layak, mengubah metabolisme mereka dan beradaptasi dengan tidak adanya oksigen untuk hidup.

Seperti yang kita bahas di bagian sebelumnya, kinerja energi dalam kondisi anaerob jauh lebih rendah daripada dalam kondisi aerobik, sehingga pertumbuhan lebih lambat.

Fermentasi alkoholik menyiratkan konversi piruvat menjadi etanol, yang terjadi dalam proses dua langkah: pertama transformasi piruvat menjadi asetaldehida dan setelah asetaldehida menjadi etanol.

The first reaction, the pyruvate conversion reaction in acetaldehyde, is a decarboxylation where a CO2 molecule is released for each pyruvate molecule and is catalyzed by the enzyme Discarboxylase pyruvate, which needs a cofactor known as thiamine pyrophosphate or TPP.

Asetaldehida yang diproduksi dikurangi menjadi etanol dengan menggunakan enzim alkohol dehidrogenase, yang menggunakan molekul NADH2 sebagai kofaktor untuk setiap molekul asetaldehida, melepaskan etanol dan NAD+.

NAD+ dapat digunakan kembali untuk gliseraldehida 3-fosfat.

Di tingkat industri, berbagai jenis S. cerevisiae Mereka dieksploitasi dengan tujuan yang berbeda, karena beberapa telah "khusus" untuk produksi anggur, bir, roti, dll., Sehingga mereka dapat menyajikan beberapa perbedaan metabolisme yang khas.

Fermentasi laktik atau asam

Jenis fermentasi ini dapat dibagi lagi menjadi dua: homofermentatif dan heterofermentatif. Yang pertama berkaitan dengan produksi asam laktat sebagai satu -satunya produk fermentasi glikolitik piruvat dan yang kedua menyiratkan produksi asam laktat dan etanol.

- Fermentasi homolaktik

Piruvat yang diproduksi oleh rute glikolitik secara langsung dikonversi menjadi asam laktat berkat aksi enzimatik asam laktat dehidrogenase. Dalam reaksi ini, seperti dalam reaksi kedua fermentasi alkoholik, molekul NAD+ diregenerasi untuk mengoksidasi gliseraldehida 3-fosfat dalam glikolisis.

Untuk setiap molekul glukosa yang dikonsumsi, maka, dua molekul piruvat diproduksi, sehingga hasil fermentasi laktat sesuai dengan dua molekul asam laktat dengan molekul glukosa (dan dua molekul NAD+).

Jenis fermentasi ini sangat umum pada jenis bakteri tertentu yang disebut bakteri asam -otik dan merupakan jenis fermentasi paling sederhana yang ada.

Asam laktat juga dapat diproduksi oleh beberapa sel otot, seperti piruvat, dengan aksi dehidrogenase laktat (digunakan oleh NADH2), diubah menjadi asam laktat.

- Fermentasi heterolaktik

Dalam jenis fermentasi ini dua molekul piruvat yang berasal dari glikolisis tidak digunakan untuk mensintesis asam laktat. Sebaliknya, untuk setiap molekul glukosa, piruvat menjadi asam laktat dan yang lainnya menjadi etanol atau asam asetat dan CO2.

Bakteri yang memetabolisme glukosa dengan cara ini dikenal sebagai bakteri asam heterofermentatif.

Ini tidak menghasilkan piruvat di seluruh jalur glikolitik, tetapi menggunakan bagian dari jalur pentosa fosfat untuk menghasilkan glyceraldehyde 3-fosfat, yang kemudian dimetabolisme menjadi piruvat dengan enzim glikolitik glikolitik dengan glikolitik dengan glikolitik glikolitik dengan glikolitik dengan glikolitik dengan glikolitik dengan glikolitik.

In summary, these bacteria "cut" the xylulose 5-phosphate (synthesized from glucose) in glyceraldehyde 3-phosphate and acetyl phosphate using an enzyme cetolase pentose pentose phosphate attached to TPP, producing glyceraldehyde 3-phosphate (gap) and acetyl phosphate.

Itu dapat melayani Anda: kaldu tioglikolat: fondasi, persiapan dan penggunaan

Kesenjangan memasuki rute glikolitik dan diubah menjadi piruvat, yang kemudian diubah menjadi asam laktat berkat enzim laktat dehidrogenase, sementara asetil fosfat dapat dikurangi menjadi asam asetat atau etanol.

Bakteri asam-laktik sangat penting bagi manusia, karena mereka digunakan untuk menghasilkan turunan susu fermentasi yang berbeda, di antaranya yogurt menonjol.

Mereka juga bertanggung jawab atas makanan fermentasi lainnya seperti kubis fermentasi atau "sauerkraut", pin dan zaitun fermentasi.

- Fermentasi propionik

Ini dilakukan oleh propionibacteria, yang mampu memproduksi asam propionat (CH3-CH2-COOH) dan yang mendiami rumen hewan herbivora.

Ini adalah jenis fermentasi dimana bakteri menggunakan glukosa glikolitik untuk menghasilkan piruvat. Piruvat ini karboksilasi menjadi oksalasise, yang kemudian dikurangi dalam dua langkah untuk suksinat, menggunakan reaksi pembalikan dari siklus Krebs.

Suksinat kemudian dikonversi menjadi Succinyl-CoA dan ini, pada gilirannya, menjadi metil melonil-CoA melalui enzim malonil mutase malonik, yang mengkatalisasi rearrryglo intramolekul dari succinyl-CoA. Metil malonyl-CoA kemudian menjadi gelap untuk melakukan propionil-CoA.

Propionik propionik ini. Bakteri asam-laktik dan propionibacteria digunakan untuk menghasilkan keju swiss, karena asam propionat memberikan rasa khusus.

- Fermentasi butirik

Fermentasi butirik. Sumber: Bellwasthow/CC BY-SA (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)

Itu dilakukan dengan memformat bakteri spora yang wajib anaerobia dan yang umumnya termasuk dalam genre Clostridium. Bergantung pada spesies, bakteri ini juga dapat menghasilkan butan, asam asetat, etanol, isopropanol dan aseton (karbon dioksida selalu merupakan produk).

Bakteri ini terdegradasi.

Pada beberapa bakteri, dua molekul asetil-CoA mengembun dengan menggunakan enzim Tisolasa, menghasilkan asetoacethyl-CoA dan melepaskan COA. Acetoacethyl-CoA didehidrogenasi oleh β-hydroxybutiril-CoA enzim dehidrogenase untuk membentuk p-hydroxybutiril-coA.

Produk terakhir ini memunculkan crotonil-coa oleh aksi enzim crotonasa. Crotonil-CoA dikurangi lagi oleh dehidrogenase Butyril-CoA yang terkait dengan FADH2, memproduksi Butiril-CoA.

Akhirnya, butiril-CoA diubah menjadi asam butirat dengan menghilangkan bagian COA dan penambahan molekul air. Dalam kondisi alkali (pH tinggi), beberapa bakteri dapat mengubah asam butirat menjadi n-butanol

- Fermentasi asam campuran

Itu umum pada bakteri yang dikenal sebagai enterobacteria, yang dapat tumbuh dengan atau tanpa oksigen. Ini disebut "asam campuran" karena berbagai jenis asam organik dan senyawa netral diproduksi sebagai hasil dari fermentasi.

Skema Ringkasan Fermentasi asam campuran (Sumber: Pengunggah asli adalah Nicolasgrandjean di Wikipedia Prancis. /Cc by-sa (http: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)

Tergantung pada spesies, asam format, asam asetat, asam suksinat, asam laktat, etanol, CO2, butanediol, dll.

Berkali-kali juga dikenal sebagai fermentasi asam format, karena dalam kondisi anaerob, beberapa bakteri dapat membentuk asam format dan asetil-koa dari piruvat dengan aksi enzim asam-pyruvate liasa format enzim.

Contoh proses di mana ada fermentasi

Ada banyak contoh proses fermentasi dan produknya. Di antara beberapa contoh ini, kami dapat memasukkan:

Yogurt, produk fermentasi (gambar aliran imo di www.Pixabay.com)

- Dia Salami (Daging fermentasi), diproduksi oleh fermentasi laktik bakteri yang mengobrol dengan asam

- Dia yogurt (Susu fermentasi), juga diproduksi oleh bakteri asam-laktik

- Dia keju (Susu fermentasi), diproduksi oleh bakteri asam-ternak dan propionibakteri melalui fermentasi laktat dan propionik

Keju, produk fermentasi bakteri asam-laktik dan propionibacteria (gambar lipefontes0 di www.Pixabay.com)

- Dia roti (Fermentasi massa gandum), diproduksi oleh ragi melalui fermentasi alkoholik

- Dia telah datang dan Bir (Fermentasi gula dalam anggur dan gula butir), diproduksi oleh ragi melalui fermentasi alkoholik

- Dia kopi dan biji cokelat (Fermentasi gula yang ada dalam lendir buah), diproduksi oleh bakteri dan ragi kraktat asam dengan laktik dan fermentasi alkoholik.

Referensi

1. Ciani, m., Comitini, f., & Mannazzu, i. (2013). Fermentasi.
2. Junker, b. (2000). Fermentasi. KIRK --Thmer Encyclopedia of Chemical Technology.
3. Fruton, J. (2006). Fermentasi: Proses vital atau kimia?. Brill.
4. Doelle, h. W. (1975). Fermentasi. Bakteri Metabolisme, 559-692.
5. Nelson, d. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Prinsip -prinsip biokimia lehninger. Macmillan.
6. Barnett, J. KE. (2003). Awal Mikrobiologi dan Biokimia: Kontribusi Penelitian Yeas. Mikrobiologi, 149 (3), 557-567.