Ферментация
-
Определение и биологическая роль ферментации
- Ферментация — это тип окислительно-восстановительного метаболизма без кислорода.
- Органические молекулы катаболизируются, образуя АТФ и конечные продукты.
- Ферментация используется организмами для выработки энергии без кислорода.
-
Распространенность и субстраты
- Более 25% бактерий и архей осуществляют ферментацию.
- Животные, включая человека, также осуществляют ферментацию.
- Наиболее распространенные субстраты — глюкоза и другие сахара.
-
Биохимический обзор
- Органические соединения распадаются на более простые молекулы, высвобождая электроны.
- Электроны передаются окислительно-восстановительным кофакторам, образуя АТФ.
- Процесс включает более 120 биохимических реакций.
-
Биохимия отдельных продуктов
- Этанол образуется из глюкозы, используется в выпечке и как топливо.
- Молочная кислота образуется из глюкозы, используется в мышцах и йогуртах.
-
История ферментации биоэтанола
- Сэмюэл Мори начал производить этанол в 1826 году.
- В 1850-х годах этанол использовался в Калифорнии.
- В 1970-х годах интерес к этанолу возрос из-за нефтяного кризиса.
- В 1980-х и 1990-х годах США начали массовое производство этанола.
-
Молочная кислота
- Гомолактическая ферментация образует только молочную кислоту.
- Гетеролактическая ферментация может включать образование этанола и других продуктов.
- Молочная кислота используется в мышцах и йогуртах, но может влиять на организм.
-
Ферментация и её продукты
- Этанол легко превращается в молочную кислоту, что позволяет легко протекать реакции.
- CO2 образуется, но он слабокислый и более летучий, чем этанол.
- Уксусная кислота кислая и не такая летучая, как этанол, но высвобождает дополнительную энергию при образовании из молочной кислоты.
- Газообразный водород образуется при ферментации как способ регенерации NAD+.
-
Типы ферментации
- Глиоксилатная ферментация используется микробами, способными использовать глиоксилат как источник азота.
- Другие виды ферментации включают смешанную кислотную, бутандиоловую, бутиратную, капроатную и ацетон-бутанол-этаноловую ферментацию.
-
Ферментация в пищевой промышленности
- Ферментация используется для получения альтернативных источников белка, таких как темпе и ферментированный тофу.
- Рекомбинантный белок используется для производства аналогов мяса, молока, сыра и яиц.
- Ферменты используются в различных отраслях промышленности, таких как производство продуктов питания, напитков, выпечки, кормов для животных и моющих средств.
-
Режимы промышленной эксплуатации
- Периодическая ферментация используется для приготовления хлеба и алкогольных напитков.
- Непрерывная ферментация может быть более экономичной, но требует решения проблем с поддержанием стерильности.
- Открытая ферментация позволяет избежать стерилизации ферментера между порциями.
-
История применения ферментации
- Ферментация использовалась с древних времен для приготовления напитков и имеет религиозное значение.
- В 1837 году было доказано, что дрожжи являются живыми организмами.
- Луи Пастер показал, что ферментация инициируется живыми организмами, что привело к появлению процесса пастеризации.
- В 1897 году Эдуард Бюхнер выделил фермент из дрожжей, что ознаменовало рождение биохимии.
-
История ферментации
- Ферментация вызывается ферментами, вырабатываемыми микроорганизмами
- В 1907 году Бюхнер получил Нобелевскую премию по химии за свою работу
-
Развитие микробиологии и технологии ферментации
- В 1930-х годах микроорганизмы можно мутировать для повышения урожайности и устойчивости
- Развивались селекция и гибридизация штаммов
-
Значение ферментации
- Ферментация важна для производства продуктов питания, напитков, промышленных химикатов и фармацевтических препаратов
- С древних времен использование ферментации расширялось, улучшая качество и эффективность продукции
-
Достижения с 1930-х годов
- Разработка новых процессов для производства антибиотиков и ферментов
- Возрастающее значение ферментации в производстве сыпучих химикатов
- Интерес к использованию ферментации для производства функциональных пищевых продуктов и нутрицевтиков
-
Технологии 1950-х и 1960-х годов
- Использование иммобилизованных клеток и ферментов для точного контроля процессов
- Увеличение производства ценных продуктов, таких как антибиотики и ферменты
-
Технологии 1970-х и 1980-х годов
- Ферментация приобретает значение в производстве этанола, молочной и лимонной кислот
- Разработка новых методов ферментации и использование генетически модифицированных микроорганизмов
-
Технологии 1990-х и 2000-х годов
- Возросший интерес к использованию ферментации для производства функциональных пищевых продуктов и нутрицевтиков
- Разработка новых процессов ферментации и использование пробиотиков
-
Общий прогресс
- Значительный прогресс в использовании ферментации в промышленных целях
- Производство широкого спектра ферментированных продуктов, потребляемых по всему миру