Fermentarea acidului lactic

Fermentația acidului lactic (fermentația st. kvas ) este un tip de fermentație , al cărui produs final este acidul lactic . Există două tipuri principale de fermentație a acidului lactic: homofermentativă, în care acidul lactic reprezintă până la 90% din produs, și heterofermentativă, în care reprezintă doar jumătate. Fermentarea acidului lactic este folosită în mod activ de către om pentru prepararea produselor lactate fermentate și a altor produse alimentare.

Istoria studiului

Fermentarea acidului lactic a fost descoperită în 1780 de chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele , care a izolat acidul lactic din laptele coagulat . Numele modern pentru acest compus a fost dat de Antoine Laurent Lavoisier în 1789. Până în 1857, se credea că acidul lactic (lactat) este o componentă a laptelui, până când Louis Pasteur a dovedit că lactatul este un produs de fermentație realizat de microorganisme [1] . Produsele lactate fermentate , care sunt un produs al fermentației acidului lactic, au fost folosite de oameni încă din secolul al IV-lea î.Hr. e [2] .

Microorganisme

Fermentarea acidului lactic este realizată de organisme neînrudite filogenetic : reprezentanți ai ordinelor Lactobacillales , Bacillales , precum și familia Bifidobacteriaceae . Aceste bacterii trăiesc exclusiv din fermentație. Morfologic sunt eterogene, dar toate sunt Gram-pozitive , imobile și nu formează spori (cu excepția reprezentanților familiei Sporolactobacillaceae ). Bacteriile lactice sunt aerotolerante , nu conțin catalază și hemoproteine ​​( citocromi ), cresc numai pe medii bogate cu adaos de o cantitate mare de vitamine [3] .

Mecanism

În general, bacteriile lactice fermentează zaharurile . În funcție de produsele finite, fermentația acidului lactic se împarte în homofermentativă și heterofermentativă [3] .

Unele bacterii lactice, împreună cu zaharurile, pot fermenta acizii organici . Deci, Lactobacillus plantarum și Lactobacillus casei realizează așa-numita fermentație malolactică , în care acidul malic este transformat în acid lactic de către enzima malat dehidrogenază . Streptococcus diacetilactis și Pediococcus cervisiae folosesc acid citric , care se găsește în cantități mici în lapte , care este descompus de citrat lază în acetat și oxalacetat . Oxaloacetatul este în continuare decarboxilat la piruvat , care este redus la lactat [4] .

Fermentația homofermentativă

În fermentația homofermentativă a acidului lactic , zaharurile sunt fermentate prin glicoliză , iar aproximativ 90% din produsul final este lactat (restul de 10% este acetat, acetoină și etanol ). Substratul pentru fermentația homofermentativă a acidului lactic este lactoza , alte mono- și dizaharide , precum și acizi organici. Ecuația generală pentru fermentația homofermentativă este: glucoză → 2 lactat + 2 ATP [5] .

Fermentația homofermentativă este efectuată de reprezentanți ai genurilor Streptococcus , Pediococcus , multe specii din genul Lactobacillus , care trăiesc în tractul gastrointestinal și glandele mamare ale mamiferelor , precum și pe suprafața plantelor [6] .

Fermentație heterofermentativă

În fermentația heterofermentativă a acidului lactic , zaharurile sunt fermentate prin calea pentozei fosfat , iar acidul lactic reprezintă doar aproximativ jumătate din produsul final. Pe lângă lactat, fermentația heterofermentativă produce acetat, etanol și dioxid de carbon . Substratul principal pentru fermentația heterofermentativă a acidului lactic este maltoza . Acetil-CoA poate fi transformat în două direcții: fie oxidat în acetat, dând o altă moleculă de ATP , fie redus la etanol datorită NADH + H + . Bacteriilor heterofermentative le lipsesc enzimele cheie ale glicolizei - aldolaza și trioza fosfat izomeraza - motiv pentru care bacteriile nu pot oxida zaharurile folosind glicoliză. La unii lactobacili , hidroliza maltozei este însoțită de fosforilarea acesteia pentru a forma glucoză-6-fosfat și galactoză . În același timp, randamentul energetic al fermentației crește [7] .

Bacteriile lactice heterofermentative includ unele specii din genul Lactobacillus ( L. fermentum , L. brevis și altele), precum și reprezentanți ai genului Leuconostoc [7] .

Unele bacterii homofermentative, aflându-se într-un mediu care conține pentoze , încep să producă catalază și pot trece la fermentația heterofermentativă. Deci, Lactobacillus plantarum , care trăiește pe resturi vegetale, folosește glicoliza pentru a oxida hexozele și oxidează pentozele de-a lungul căii pentoze fosfat cu formarea de lactat și acetat [8] .

O serie de bacterii heterofermentative sunt foarte sensibile la condițiile de mediu. Așadar, Leuconostoc mesenteroides , care formează etanol ca unul dintre produse, produce o cantitate semnificativă de polizaharide atunci când vine în contact cu oxigenul și din această cauză devine lipicioasă [3] .

Semnificație fiziologică

Bacteriile lactice heterofermentative din genul Bifidobacterium domină microbiota tractului gastrointestinal al sugarilor, iar produsele fermentației lor inhibă creșterea microflorei putrefactive. În prezent, cu disbacterioza cauzată, de exemplu, de administrarea de antibiotice , sunt prescrise probiotice care conțin bacterii lactice [9] . În plus, bacteriile din genul Lactobacillus care trăiesc în vagin , datorită formării acidului lactic, împiedică reproducerea microflorei patogene [10] .

Animale

În condițiile deficienței de oxigen , când oxidarea aerobă a piruvatului devine imposibilă, piruvatul din țesuturile animale începe să se transforme în lactat sub acțiunea enzimei lactat dehidrogenază cu consumul unei molecule NADH + H + , adică suferă fermentație lactică. . Deoarece glicoliza produce două molecule de piruvat și două molecule de NADH + H + dintr-o moleculă de glucoză , care sunt apoi cheltuite pentru conversia a două molecule de piruvat în două molecule de lactat, nu există o formare sau un consum total de NADH + H + în această reacție. Conversia piruvatului în lactat are loc în timpul lucrului activ al mușchilor sau al globulelor roșii . Datorită formării de lactat în timpul muncii fizice active, pH -ul din sânge și mușchi scade, ceea ce limitează durata perioadei de activitate fizică intensă. Lactatul format poate fi reutilizat: la refacerea forței după o activitate fizică intensă, acesta este livrat prin fluxul sanguin la ficat , unde este din nou transformat în glucoză [11] .

Utilizare umană

Fermentarea acidului lactic este utilizată la prepararea diverselor produse pe bază de lapte ( iaurt , smântână , chefir . Pentru prepararea smântânii se folosesc bacterii mezofile Streptococcus lactis și Streptococcus cremoris , se folosesc iaurturi termofile Streptococcus thermophilus și Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus , acidophilus - Lactobacillus acidophilus , brânză de vaci , brânzeturi moi și unt - Lactobacillus casei , care provoacă plierea proteinei cazeiine . folosește ciuperca chefir ”) . în lapte Produsele lactate sunt culturi de îmbogățire a bacteriilor corespunzătoare [12] .

Deoarece acidul lactic este un conservant natural , fermentarea acidului lactic este utilizată la murarea legumelor, murarea castraveților , în aluaturi pentru pâine de secară și aditivi pentru cârnați afumati cruzi , precum și pentru obținerea lactatului pur [13] . Cu ajutorul fermentației acidului lactic se realizează însilozarea , inclusiv recoltarea sfeclei furajere [14] .

Note

1. ↑ Ghaffar Tayyba , Irshad Muhammad , Anwar Zahid , Aqil Tahir , Zulifqar Zubia , Tariq Asma , Kamran Muhammad , Ehsan Nudrat , Mehmood Sajid. Tendințele recente în biotehnologia acidului lactic: o scurtă trecere în revistă a producției până la purificare  //  Journal of Radiation Research and Applied Sciences. - 2014. - Aprilie ( vol. 7 , nr. 2 ). - P. 222-229 . — ISSN 1687-8507 . - doi : 10.1016/j.jrras.2014.03.002 .
2. ↑ Borovik T. E., Ladodo K. S., Zakharova I. N., Roslavtseva E. A., Skvortsova V. A., Zvonkova N. G., Lukoyanova O. L. Produse lactate fermentate în dieta copiilor mici // Probleme ale pediatriei moderne. - 2014. - T. 13 , Nr. 1 . - S. 89-95 .
3. ↑ 1 2 3 Netrusov, Kotova, 2012 , p. 132.
4. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 28-29.
5. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 25-26.
6. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 26.
7. ↑ 1 2 Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 27.
8. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 27-28.
9. ↑ Netrusov, Kotova, 2012 , p. 132-133.
10. ↑ Nardis C. , Mosca L. , Mastromarino P. Microbiota vaginală și bolile virale cu transmitere sexuală.  (English)  // Annali Di Igiene: Medicina Preventiva E Di Comunita. - 2013. - Septembrie ( vol. 25 , nr. 5 ). - P. 443-456 . - doi : 10.7416/ai.2013.1946 . — PMID 24048183 .
11. ↑ Nelson, Cox, 2014 , p. 91.
12. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 26-27.
13. ↑ Netrusov, Kotova, 2012 , p. 135-136.
14. ↑ Schmid, 2015 , p. 19.

Literatură

• Netrusov A.I., Kotova I.B. Microbiologie. - Ed. a IV-a, revizuită. si suplimentare - M . : Centrul de Editură „Academia”, 2012. - 384 p. - ISBN 978-5-7695-7979-0 .
• Kuranova N. G., Kupatadze G. A. Microbiologie. Partea 2. Metabolismul procariotelor. - M. , 2017. - 100 p. - ISBN 978-5-906879-11-0 .
• Shmid R. Biotehnologie vizuală și inginerie genetică. — M. : BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2015. - 324 p. — ISBN 978-5-94774-767-6 .
• Nelson D, Fundamentele biochimiei lui Cox M. Lehninger. în 3 volume - BINOM. Laboratorul de cunoștințe. - M. , 2014. - T. 2: Energie și metabolism. — 636 p. — ISBN 978-5-94774-366-1 .
• Liebricht Anselm. Fundamentele microbiologiei - BINOM. Laboratorul de cunoștințe. - M., 2016. - V.3: Despre metabolism. -645 s.

Dicționare și enciclopedii	Nou
În cataloagele bibliografice	GND : 4039281-8