Дрожжи без доступа кислорода на сахаристых средах вызывают брожение: Дрожжи, развиваясь без доступа кислорода на сахаристых средах,вызывают брожение: а)молочнокислое б)маслянокислое в)спиртовое г)уксуснокислое

олимпиада 8 класс. Бурнасова

Олимпиада
по биологии для 8 класса средней школы

На
выполнение заданий отводится 90 минут.

Задание
1.
Задание включает 24 вопроса, к каждому
из них предложено 4 варианта ответа. На
каждый вопрос выберите только один
Ответ, который вы считаете наиболее
полным и правильным.

1.Бактерии,
изогнутые в виде запятой, называются:

а)
кокками;

б)
вибрионами;

в)
спириллами;

г)
бациллами.

2.Дрожжи,
развиваясь без доступа кислорода на
сахаристых средах, вызыва­ют брожение:

а)
молочнокислое;

б)
маслянокислое;

в)
спиртовое;

г)
уксуснокислое.

3.Мицелий
гриба рода Пеницилл:

а)
неклеточного строения;

б)
одноклеточный одноядерный;

в)
одноклеточный многоядерный;

г)
многоклеточный.

4.Спасти
человека, отравившегося смертельно
ядовитыми грибами, трудно, так как
токсины этих грибов:

а)
очень ядовиты;

б)
разного действия и их очень много;

в)
токсины этих грибов быстро всасываются
в кровь;

г)
вызывают симптомы отравления спустя
12 — 20 часов, когда их действие необ­ратимо.

5.На
рисунке изображено строение шляпочного
гриба. Обозначение 2 соответствует:

а)
шляпке;

б)
микоризе;

в)
мицелию;

г)
ножке.

6.К
наземной жизни приспособилась водоросль:

а)
хламидомонада;

б)
хлорелла;

в)
плеврококк;

г)
нителла.

7.Плауны
размножаются:

а)
только семенами;

б)
только спорами;

в)
спорами и вегетативно;

г)
только вегетативно.

8.При
прорастании семени редиса вначале
наблюдается появление:

а)
главного корня;

б)
боковых корней;

в)
главного и боковых корней;

г)
придаточных корней.

9.Растение,
изображенное на рисунке, относится к
семейству:

а)
Розоцветные;

б)
Губоцветные;

в)
Лилейные;

г)
Пасленовые.

10.Опыление
у сосны обыкновенной осуществляется:

а)
насекомыми;

б)
водой;

в)
ветром;

г)
животными.

11.Формула
цветка крестоцветных:

а)
Ч4Л4Т6П(2)

б)*Ч4Л4Т4П(2);

в)
*Ч2+2Л4Т2+4П(2);

г)
*Ч4Л4Т8П(2).

12.Клеточная
оболочка отсутствует
у:

а)
корненожек;

б)
жгутиконосцев;

в)
инфузорий;

г)
всех простейших.

13.Основной
хозяин малярийного плазмодия:

а)
человек;

б)
личинка малярийного комара;

в)
малярийный комар;

г)
отсутствует, т. к. малярийный плазмодий
не является паразитом.

14.Заражение
дизентерией происходит:

а)
черезукус
насекомого, переносчика заболевания;

б)
при употреблении в пищу плохо прожаренного
мяса больного животного;

в)
воздушно-капельным путем;

г)
при заглатывании цист дизентерийной
амебы с пищей или водой.

15.По
образу жизни и характеру питания
кишечнополостные являются вод­ными:

а)
автотрофами;

б)
всеядными животными;

в)
фильтраторами;

г)
хищниками.

16.Основная
часть мезодермы плоских червей приходится
на:

а)
кожный покров;

б)
мускулатуру;

в)
нервную систему;

г)
паренхиму,

17.Кровеносная
система кольчатых червей:

а)
незамкнутая;

б)
замкнутая, пульсирует спинной сосуд;

в)
замкнутая, пульсирует брюшной сосуд;

г)
замкнутая, пульсируют кольцевые сосуды
в передней части тела.

18.Поясок
на теле дождевого червя принимает
участие в:

а)
передвижении;

б)
спаривании;

в)
питании;

г)
регенерации.

19.Мантией
у моллюсков называется:

а)
наружная часть раковины;

б)
кожная складка, покрывающая тело;

в)
часть системы органов размножения;

г)
часть пищеварительной системы.

20.Четырехжаберными
головоногими моллюсками являются:

а)
каракатицы;

б)
осьминоги;

в)
кальмары;

г)
наутилусы.

21.Из
перечисленных членистоногих брюшные
конечности развиты у:

а)
ракообразных;

б)
паукообразных;

в)
насекомых;

г)
многоножек.

22.Ядовитые
железы паука находятся:

а)
у основания хелицер;

б)
у основания ног;

в)
в передней части брюшка;

г)
в задней части брюшка.

23.Из
названных насекомых конечности роющего
типа имеет:

а)
комнатная муха;

б)
постельный клоп;

в)
медведка;

г)
рыжий муравей.

24. Рабочие
пчелы являются:

а)
самками, отложившими яйца и приступившими
к уходу за потомством;

б)
самками, у которых не развиты половые
железы;

в)
молодыми самками, способными через год
отложить яйца;

г)
самцами, развившимися из неоплодотворенных
яиц.

Задание
2.
Задание включает 6 вопросов, с несколькими
вариантами ответа (от 0-я до 5-ти). На
каждый вопрос выберите правильные
ответы, которые вы считаете наиболее
полными и правильными.

1.Раздельнолепестный
венчик у:

а)
фиалки;

б)
гвоздики;

в)
душистого табака;

г)
тюльпана;

д)
ландыша.

2.Простейшие
(Protozoa)
могут передвигаться с помощью:

а)
псевдоподий;

б)
жгутиков;

в)
ресничек;

г)
щупалец;

д)
параподий.

3.К
характерным
признакам кишечнополостных можно
отнести:

а)
радиальную симметрию;

б)
трёхслойность;

в)
наличие гастральной полости;

г)
ганглинозный тип нервной системы;

д)
хищнический образ жизни.

4.Развитие
кровеносной системы паукообразных
зависит от:

а)
величины тела;

б)
развития и строения дыхательной системы;

в)
величины сердца;

г)
формы сердца;

д)
объема крови.

5.Представители
типа моллюсков по способу размножения
могут:

а)
быть раздельнополыми;

б)
быть гермафродитами;

в)
быть партеногенетическими самками;

г)
изменять свой пол в течение жизни;

д)
размножаться неполовым путем (отрывом
частей тела).

6.На
лапках у комнатной мухи находятся органы
чувств:

а)
зрения;

б)
обоняния;

в)
осязания;

г)
вкуса;

д)
слуха.

Задание
3.
Задание на определение правильности
суждений. Поставьте знак «+» рядом с
номерами правильных суждений или знак
«–» возле неправильных.

(7
суждений).

1.
В период покоя процессы жизнедеятельности
у семян прекращаются.

2.
Всем папоротниковидным для оплодотворения
нужна вода.

3.
Моховидные являются тупиковой ветвью
эволюции.

4.
Для всех жгутиконосцев характерно
наличие зеленого пигмента — хлорофилла.

5.
У простейших каждая клетка — самостоятельный
организм.

6.
Зрение у
медоносной
пчелы такое же цветное и объемное, как
и у млекопитающих.

7.
Жуки скарабеи, питающиеся навозом,
обладают длинным кишечником.

Задание
4.
Подберите соответствующий термин для
данного определения.

1.Расположение
листьев в кроне кустарника или дерева
относительно друг друга, обусловленное
особенностями освещенности –
________________________________.

2.Личинка
чешуекрылых насекомых —
___________________________.

3.Видоизмененный
яйцеклад у некоторых насекомых,
выполняющий функции за­щиты и нападения
— ___________________________.

4.Передний
конец тела ленточного червя, несущий
органы прикрепления к кишечнику хозяина
-_____________________________.

Ответы:

8
класс
[max
60 баллов]

Задание
1 [max
24 балла, по 1 баллу за каждый правильный
ответ]:

1-6,

2-в,

3-г,

4-г,

5-г,

6-в,

7-в,

8-а,

9-а,

10-в,

11-в,

12-а,

13-в,

14-г,

15-г,

16-г,

17-г,

18-б,

19-б,

20-г,

21-а,

22-а;

23-в,

24-6.

Задание
2 [mах
14 баллов, каждая ошибка минус 1 балл]:

1
— а, 6;

2
— а, б, в;

3
— а, в, д;

4
— а, б;

5
— а, б;

6
— в, г.

Задание
3 [max
8 баллов, каждая ошибка минус 2 балла]:

Правильные
суждения – 2, 3, 5, 7.

Задание
4 [max
4 балла, по 1 баллу за каждый правильный
ответ]:

1
— листовая
мозаика;

2
— гусеница;

3
— жало;

4
—
сколекс.

Эффект постоянной аэрации — Страница 4

  • виноделие
  • брожение

Содержание материала

  • Условия развития и активности дрожжей
  • Рост дрожжей
  • Необходимость кислорода для развития дрожжей
  • Эффект постоянной аэрации
  • Эффект кратковременной аэрации
  • Измерение окислительно-восстановительного потенциала
  • Влияние температуры
  • Потребности дрожжей в минеральных веществах
  • Питание дрожжей азотистыми веществами
  • Влияние различного содержания азота на обмен веществ у дрожжей

Страница 4 из 10

Для ассимиляции сахара необходим кислород. В условиях брожения в крупных емкостях кислород является фактором, лимитирующим рост дрожжей.
Эффект аэрации был первоначально исследован в пивоваренном производстве и на предприятиях, вырабатывающих прессованные дрожжи. Максимальный выход дрожжей требует значительных количеств кислорода: например, 1,6 г кислорода на 1 л питательной среды в час для ассимиляции 1 г сахара.
В пределах этих максимальных условий, соответствующих максимальному росту, чем выше аэрация среды, тем значительнее рост дрожжей и тем быстрее происходит разложение сахара. Если же проводить брожение в присутствии большого количества воздуха, происходит очень интенсивное размножение дрожжей. Например, для того, чтобы приготовить большое количество дрожжей, применяют большие бродильные емкости с тонким слоем питательной среды, содержащей сахар, или же непрерывно нагнетают воздух. В противоположность этому, если проводить брожение при полном отсутствии воздуха, количество дрожжей, образованное этой же питательной средой, очень незначительно. Это положение иллюстрирует опыт Ферре (1949), результаты которого приведены в табл. 7.2.
По мнению Ферре, данные табл. 7.2 объясняют влияние степени наполнения бочек при изготовлении белого вина. Для получения быстрого и полного брожения важно иметь возможно большее число дрожжей и рекомендуется оставлять в бочке надвинное пространство, которое должно быть тем больше, чем выше сахаристость сусла, и, наоборот, для сохранения некоторого количества сахара нужно уменьшить численность дрожжей, заполняя бочки как можно полнее (под шпунт).

Влияние объема воздуха, находящегося в контакте с дрожжами, на брожение

Объем воздуха но отношению к объему сусла, %

Число дрожжевых клеток (в тыс. на 1 мм3)

Продолжительность брожения, дни,

0

32

8

10

52

7

25

76

5

50

112

4

Скорость брожения вначале тесно связана с условиями аэрации. Забраживание происходит тем быстрее и протекает тем интенсивнее, чем большей аэрации были подвергнуты дрожжи. Точно так же время брожения очень сахаристого сусла зависит от количества воздуха, которым располагают дрожжи. В присутствии воздуха брожение всегда протекает полнее.
Отмечают, что в бутылях, закрытых тампоном из ваты, брожение протекает быстро, с полным сбраживанием сахара (рис. 7.3). С другой стороны, в бутылях, снабженных бродильным затвором, оно происходит медленнее, а если сахаристость сусла достаточно высока, брожение останавливается, оставляя после себя сахаристую жидкость; оно останавливается тем быстрее, чем больше сахара содержит сусло и чем выше его температура.
В конце опыта в каждой бутыли подсчитывают дрожжевые клетки после приведения их во взвешенное состояние. В качестве примера в табл. 7.3 приведены результаты эксперимента, проведенного с очень сахаристым суслом (270 г восстанавливающих сахаров) при температуре 25° С. Число дрожжей обсеменения было незначительным.

Рис. 7.3. Бутыли для брожения, реализующие условия аэробиоза и анаэробиоза:
а — с ватным тампоном; б — с пробкой с заостренной трубкой; в — с пробкой-барботером.

Из табл. 7.3 видно, что при аэрации брожение бывает более быстрым и более полным. Оно обеспечивает получение более высокой спиртуозности, зато без доступа воздуха брожение останавливается задолго до того, как будет преобразован весь сахар. Если бы исходного сахара было меньше, он был бы сброжен в обоих случаях, но с заметной разницей в скорости брожения. Впрочем, если при забраживании сахара было бы еще больше, он в обоих случаях не сбраживался бы полностью, а большее количество превратилось бы в спирт в бутыли, закрытой ватой.
Изменение сбраживаемых сахаров (в г/л) и числа дрожжей (в тыс./мм3) в зависимости от условий обтюрации бродильных емкостей

Тампон

из ваты

Тонкая

трубку

Бродильный затвор

Время определения, через

сахара

число дрожжей

сахара

число дрожжей

сахара

число дрожжей

86

146

140

14 »

2

—

72

—

75

—

21 день

2

107

72

52

75

50

Такие опыты проводились много раз на полупромышленных и экспериментальных установках; частые случаи остановки процесса брожения, которые наблюдались на практике, подтвердили опасность поддержания строгого анаэробиоза в течение длительного времени.

Эти опыты относятся к воздействию воздуха на уровень активности дрожжей, определяемый сравнительным подсчетом общего числа клеток и живых клеток (Лафуркад, 1954).

Рис. 7.4. Кривые роста общего количества дрожжей и живых клеток при брожении виноградного сусла с доступом и без доступа воздуха:
1 — живые клетки в анаэробиозе; 2 — живые клетки в аэробиозе; 3— общее число живых клеток в анаэробиозе; 4 — общее число живых клеток в аэробиозе.
Брожение сусла проводят в условиях полуаэробиоза, получаемого посредством тампона из уплотненной ваты, и в условиях относительного анаэробиоза. Определяют скорости брожения измерением остаточного сахара и каждый день подсчитывают дрожжевые клетки.
В аэрируемой среде брожение протекает быстро: через 10 дней после обсеменения сбраживается весь сахар.
В условиях анаэробиоза брожение идет медленнее и оставляет в среде 25 г несброженного сахара. Если вычертить кривые, представляющие количество живых клеток и общее число их в зависимости от времени, то приходится констатировать, что они не совпадают (рис. 7.4).
Таким образом, эволюцию количества живых клеток в бродящем виноградном сусле можно выразить кривой в виде колокола. За логарифмическим периодом роста следует замедление, соответствующее вмешательству фактора ограничения роста: израсходование кислорода, одного или многих факторов роста, сахара, подавление образовавшимся при брожении спиртом и др. За этим периодом следует быстрое отмирание клеток.

Понятна заинтересованность виноделов, в том, чтобы точно знать что эта фаза уменьшения количества дрожжей наступает только после преобразования всего количества сахара. Другими словами, на практике только сахар должен быть лимитирующим фактором. Недоброд, т. е. остановка брожения до истечения положенного срока, серьезное дело, так как среда оказывается на какое-то время лишенной дрожжей, способных размножаться и завершить брожение.

  • Назад
  • Вперед
  • Назад
  • Вперед
    org/BreadcrumbList»>

  • Вы здесь:  
  • Главная
  • Статьи
  • Книги
  • Теория и практика виноделия
  • Условия развития и активности дрожжей

Еще почитать:

  • Дрожжевая разводка
  • Ресурсосбережение при сбраживании виноградного сусла для белых столовых вин
  • Что такое брожение целиком и почему оно имеет значение?
  • Реидентификация штаммов дрожжей-сахаромицетов из Национальной коллекции микроорганизмов
  • Биологическое кислотопонижение виноградного сусла и вина

Популярные метки: агротехника, болезни, вредители, вино, дегустация, здоровье, исследования, мороз, формировка, обрезка, зеленые операции, определить, питание, почва, полив, посадка, размножение, прививка, саженцы, продукция, созревание, селекция, сорта, техника и инструмент.

Новое на сайте

  • Потребителям важнее вкус, чем то, что виноград генно-модифицирован
  • Органическое виноградарство лучше приспособлено к засухе
  • Корнарелло
  • Кабернелло



Поиск и метки, Контакты, Форум-виноград, Товары по виноградарству.

© Перепечатка и цитирование — только с активной гиперссылкой на сайт о винограде (2004-2023), в бумажных изданиях — только после согласования.

Ферментация – определение и примеры

ˈfɝmɛnteɪʃən
Анаэробный клеточный процесс, при котором органическая пища превращается в более простые соединения и вырабатывается химическая энергия (АТФ)

Содержание

Определение ферментации

9001 Что такое ферментация? Ферментация — это расщепление молекул сахара на более простые соединения с образованием веществ, которые можно использовать для получения химической энергии. Химическая энергия, обычно в форме АТФ, важна, поскольку она управляет различными биологическими процессами. Ферментация не использует кислород; таким образом, это «анаэробный» .

Помимо ферментации, живые существа производят химическую энергию путем расщепления молекул сахара (например, глюкозы) посредством аэробного и анаэробного дыхания. Аэробное дыхание использует кислород, отсюда и термин «аэробный» . Он состоит из трех основных шагов. Сначала , он начинается с гликолиза, при котором 6-углеродная молекула сахара лизируется на две 3-углеродных молекулы пирувата. Далее каждый пируват превращается в ацетилкоэнзим A , который расщепляется до CO 2 в цикле лимонной кислоты. При этом атомы водорода и электроны от молекул углерода переносятся на молекулы-переносчики электронов НАДН и ФАДч3. Затем эти переносчики электронов перемещают высокоэнергетические электроны в цепь переноса электронов, чтобы использовать энергию и синтезировать АТФ. Конечным акцептором электронов в цепи является кислород. Что касается анаэробного дыхания , то эта форма дыхания не требует кислорода. Однако оно похоже на аэробное дыхание в том смысле, что электроны передаются по цепи переноса электронов к конечному акцептору электронов. При анаэробном дыхании в основании цепи находится не кислород, а другие молекулы, например, сульфат-ион (SO 4 –2 ) или нитрат-ион (NO 3 – ).

Некоторые считают ферментацию примером или частью анаэробного дыхания, поскольку оба они не используют кислород и, следовательно, являются анаэробными. Однако анаэробное дыхание и брожение — два разных процесса. Ферментация пропускает систему электрон-транспортной цепи. После гликолиза конечным акцептором электронов служит пируват (при молочнокислом брожении) или ацетальдегид (при спиртовом брожении).

Тип ферментации зависит от побочных продуктов. Например, молочнокислое брожение — это тип брожения, при котором образуется молочная кислота. Спиртовое брожение производит спирт, такой как этанол , кроме CO 2 .

Ферментация происходит у прокариот и эукариот, включая человека. Наше тело прибегает к брожению, когда потребность в энергии высока, а поступление кислорода становится ограниченным. Примером этого является то, когда мы делаем напряженные упражнения. Мышечные клетки вырабатывают АТФ для снабжения энергией посредством аэробного дыхания. Но когда потребность АТФ в мышечных клетках превышает поступление кислорода в кровь, мышечные клетки прибегают к ферментации молочной кислоты, чтобы они могли продолжать обеспечивать энергию, пока поступление кислорода ограничено. Когда уровень кислорода возвращается к норме, они возвращаются к аэробному дыханию.

Хотя ферментация является лишь альтернативным путем образования АТФ, некоторые организмы, такие как облигатные анаэробы , полагаются на ферментацию для биосинтеза АТФ. Род Neocallimastix является примером облигатных анаэробов. Грибы этого рода встречаются в рубце травоядных животных. Как симбионты, они помогают переваривать целлюлозу посредством ферментации. (Ссылка 1) Другим примером облигатных анаэробов является род Bacteroides . Этот род состоит из облигатных анаэробов, которые являются частью кишечной флоры человека. (Ссылка 2) Они разлагают производные сахара из растительных материалов и вырабатывают энергию посредством ферментации.

Кроме того, существуют определенные факультативные анаэробы , которые будут предпочитать ферментацию аэробному дыханию даже в присутствии кислорода, особенно когда пируват накапливается быстрее, чем метаболизируется. Пекарские дрожжи ( Saccharomyces cerevisiae ) и делящиеся дрожжи ( Schizosaccharomyces pombe ) являются примерами организмов, которые будут ферментировать , а не дышать даже в присутствии кислорода. Напротив, Kluyveromyces lactis является примером вида дрожжей, которые будут бродить только в полностью анаэробной среде и будут предпочитать дыхание ферментации, если станет доступен кислород.

Микробиологическая ферментация используется в коммерческих целях в некоторых отраслях промышленности. Ферментация молочной кислоты некоторыми грибами и бактериями, например, используется в молочной промышленности для производства йогурта и сыра. Спиртовое брожение на дрожжах используют для производства вина и ликера.

Биологическое определение:
Ферментация — это анаэробный процесс, осуществляемый клеткой для выработки химической энергии (например, АТФ) из пирувата (продукта гликолиза), но без прохождения через цикл лимонной кислоты и систему транспортной цепи электронов, как это происходит при клеточном дыхании. Этимология: от латинского fermentātiō, fermentātiōnem, fermentum, что означает «то, что вызывает брожение, дрожжи»)0085 Ферментация Анаэробное дыхание аэробное дыхание Анаэробный процесс Anaerobic Process 9015.

Использует систему электрон-транспортной цепи для передачи электронов к конечному акцептору электронов Использует систему электрон-транспортной цепи для передачи электронов к конечному акцептору электронов Количество полученной АТФ: 2 на молекулу глюкозы (посредством фосфорилирования на уровне субстрата) Количество полученной АТФ: варьируется Количество полученной АТФ: ~38 на молекулу глюкозы (путем фосфорилирования на уровне субстрата и окислительного фосфорилирования) Конечный акцептор электронов: органическая молекула, напр. пируват (молочнокислое брожение) или ацетальдегид (спиртовое брожение) Конечный акцептор электронов: неорганические соединения, напр. сульфат-ион (SO 4 –2 ), нитрат (NO 3 – ) и ион железа (Fe 3+ ) или органические соединения, напр. диметилсульфоксид, фумарат и N-оксид триметиламина (ссылка 3) Конечный акцептор электронов: кислород Примеры: молочнокислое брожение, спиртовое брожение, ферментативное производство водорода, смешанное кислотное брожение, бутандиоловое брожение, бутиратное брожение Примеры: денитрификация, фумаратное дыхание, сульфатное дыхание, метаногенез, восстановление серы, ацетогенез, дегалогенирование, восстановление железа, восстановление кобальта Примеры: гликолиз + метаболизм ацетил-КоА, катаболизм жирных кислот (бета-окисление) + метаболизм ацетил-КоА Конечный продукт: молочная кислота, спирт, газообразный водород, CO например, N 2 (при денитрификации), сукцинат (при фумаратном дыхании), HS- (при сульфатном дыхании и восстановлении серы), метан (при метаногенезе), ацетат (при ацетогенезе), ионы галогенидов и дегалогенированное соединение (при дегалогенезе) ), Fe(II) при восстановлении железа, Co(II) при восстановлении кобальта Конечный продукт: вода, CO 2

Функция ферментации

Какова функция ферментации? Ферментация позволяет клеткам вырабатывать химическую энергию при расщеплении сахара, т. е. глюкозы, без помощи кислорода. Это дает анаэробным (облигатным, факультативным или аэротолерантным) организмам преимущество в процветании в бескислородных (без кислорода) средах, которые были бы скорее суровыми для аэробных организмов. Примерами бескислородной среды являются грязь, почва и гидротермальные источники глубоко под водой. Анаэробные бактерии, которые могут процветать в этих средах, необходимы для их экологической ниши. Они ферментируют молекулы для получения энергии и, в свою очередь, производят побочные продукты, выбрасываемые в окружающую среду. Их побочные продукты могут быть использованы другими организмами или могут быть возвращены в окружающую среду как форма круговорота питательных веществ. Таким образом, их присутствие в этих средах может иметь важное значение для их особой экологической ниши.

Рисунок 1: Реакции ферментации. Источник изображения: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Помимо этих местообитаний существуют также микробы, населяющие живые организмы, например желудочно-кишечный тракт млекопитающих. У жвачных животных, таких как крупный рогатый скот, нормальная кишечная флора может ферментировать диетическую пищу, которую животные не могут переварить самостоятельно. Это потому, что микробы, живущие в их кишечнике, могут синтезировать ферменты, необходимые для переваривания целлюлозы и остаточного крахмала. У людей также есть нормальная флора в кишечнике для аналогичной цели. Они помогают расщеплять непереваренные сахара в толстой кишке. Например, слишком много фруктозы может привести к тому, что фруктоза достигнет толстой кишки. Когда это происходит, он используется в ферментации кишечной флорой. Образуются побочные продукты, такие как молочная кислота, метан, водород и углекислый газ. (Ссылка 4) Ферментация является основным источником кишечный газ , который может вызывать метеоризм, вздутие живота, желудочно-кишечные боли или диарею.

Однако некоторые бактерии являются патогенными ( болезнетворные ), если они заражают организм человека. Примером является Clostridium perfingens . Этот вид бактерий может вызывать у человека газовую гангрену.

В нашем организме тоже происходит брожение. Когда мы занимаемся энергоемкой деятельностью, наше тело будет продолжать поддерживать энергию (АТФ). Если аэробное дыхание больше не может удовлетворить потребность в энергии, в качестве альтернативы в организме используется молочнокислое брожение. Клетки будут прибегать к нему как к быстрому способу выработки АТФ. Действительно, аэробное дыхание лучше производит больше АТФ, чем ферментация, поскольку при аэробном дыхании на молекулу глюкозы высвобождается ~ 38 АТФ, а не только 2 АТФ при ферментации. Однако аэробное дыхание — более длительный процесс. Ферментация позволяет нашим клеткам, таким как клетки скелетных мышц, быстро получать энергию, необходимую им для выполнения задачи. В этом отношении цель молочнокислого брожения состоит главным образом в регенерации NAD+, что необходимо для возобновления гликолиза. НАД+ регенерируется, когда пируват (конечный продукт гликолиза) принимает электроны от НАДН. (Ссылка 5)

Ферментация — это также путь, используемый некоторыми клетками нашего тела, в которых отсутствуют митохондрии. В частности, наши эритроциты в зрелом возрасте больше не имеют митохондрий. Митохондрии представляют собой органеллы, в которых происходят окислительно-восстановительные реакции цикла лимонной кислоты и цепи переноса электронов. Ферментация влечет за собой гликолиз и перенос электронов от НАДН к пирувату или его производным (для регенерации НАД+). Эти процессы происходят в цитозоле. Следовательно, зрелые эритроциты, циркулирующие в нашей крови, вырабатывают химическую энергию посредством ферментации молочной кислоты. Это гарантирует, что эритроциты не будут использовать кислород, который они транспортируют. (Ссылка 5)

В пищевой промышленности ферментация является важным процессом при производстве хлеба, вина, сыра, соевого соуса и других продуктов и напитков. В частности, дрожжи сбраживают сахар в тесте, выделяя при этом CO 2 . CO 2 помогает хлебу подняться до . Что касается вин и других ликеров, то дрожжи добавляются во фруктовый сок (например, в виноградный сок). Дрожжи сбраживают сахар в соке в спирт. Сыр – это продукт ферментации молока или сливок бактериями.

Процесс ферментации

Что такое процесс ферментации? Требуется ли для брожения кислород? Ферментация – это анаэробный процесс. Он не использует кислород. Реакция ферментации включает две основные стадии: (1) гликолиз и (2) перенос электрона от НАДН к пирувату или его производным. Первый этап — гликолиз — также является первым этапом клеточного дыхания. Гликолиз означает « расщепление сахара ». Это потому, что глюкоза, 6-углеродная молекула сахара, расщепляется на два пирувата (3-углеродное соединение) после гликолиза.

В процессе гликолиза глюкоза окисляется до пирувата для сбора химической энергии. Первая фаза называется фазой энерго-инвестиций , потому что в процессе используются молекулы АТФ. Следующей фазой является фаза энергетического вознаграждения . Это потому, что АТФ теперь вырабатывается посредством фосфорилирования на уровне субстрата .

Помимо АТФ, образуется еще одна высокоэнергетическая молекула НАДН. НАДН образуется при окислении глицеральдегидфосфата (продукт фазы инвестирования энергии), а затем Н+ и электроны переносятся на НАД+.

Конечным продуктом фазы отдачи энергии является пируват. Затем пируват используется на следующем этапе ферментации, который представляет собой перенос электрона от НАДН к пирувату или его производным. На этом этапе восстанавливается NAD+, что важно, поскольку он используется в гликолизе во время фазы отдачи энергии, как упоминалось выше.

Сколько АТФ образуется при брожении? Поскольку ферментация пропускает цикл лимонной кислоты после гликолиза, выигрыш в энергии составляет две молекулы АТФ на молекулу глюкозы. А как же НАДН, образующийся при гликолизе? Как описано выше, НАДН расходуется на втором этапе, когда электрон от НАДН переносится на пируват или его производные, т. е. ацетальдегид. Таким образом, во время ферментации нет чистого образования НАДН. Вот почему в результате окислительного фосфорилирования не происходит производства АТФ, а только на уровне субстрата. При клеточном дыхании НАДН входит в цепь переноса электронов, чтобы переносить электрон по цепи и производить АТФ посредством окислительного фосфорилирования.

Где происходит брожение? Гликолиз и перенос электрона с НАДН на пируват или его производные происходят в цитоплазме (в частности, в цитозоле).

Что вызывает брожение? Присутствие пирувата, образующегося в результате гликолиза, вызывает брожение. Некоторые клетки, которые дышат аэробно (например, мышечные клетки), могут прибегать к ферментации, когда кислорода мало, но потребность в энергии высока. Мышечные клетки, по-видимому, «выигрывают время» , используя ферментацию для быстрого получения энергии до тех пор, пока мышечная клетка не сможет 0010 дышать снова, когда подача кислорода больше не ограничена. (Ссылка 5)

Типы ферментации

Какие существуют 3 типа ферментации? Существует много видов ферментации. Но в промышленности обычно используются три типа ферментации: лактатное брожение , этаноловое брожение и уксуснокислое брожение . Короче говоря, ферментация лактата дает лактат, ферментация этанола дает этанол, а ферментация уксусной кислоты дает уксусную кислоту. Первые два типа ферментации более подробно описаны в предыдущих разделах.

Ферментационная активность наблюдается как у прокариот, так и у эукариот. Тем не менее, бактериальное брожение и дрожжевое брожение являются наиболее коммерчески ценными. Они используются в пищевой промышленности. Ниже приведены примеры некоторых коммерческих применений ферментации.

Определение: Спиртовое брожение – это тип брожения, при котором конечным продуктом является спирт, т.е. этиловый спирт. Дрожжи, например, используются для ферментации сахаров во фруктовом соке (например, виноградном) для производства спирта.

Определение: Лактатная ферментация – это тип ферментации, при котором конечным продуктом является лактат. Это используется для производства сыра. Некоторые бактерии, напр. Lactococcus или Lactobacillus spp. используются для преобразования лактозы в молоке в молочную кислоту.

Определение: Уксуснокислое брожение – это тип брожения, при котором конечным продуктом является уксусная кислота.

Этанольная ферментация

Этанольная ферментация представляет собой тип ферментации, при котором конечным продуктом является этанол (или этиловый спирт). Это трехэтапный процесс. Сначала глюкоза окисляется путем гликолиза с образованием двух молекул пирувата. Во-вторых, каждый пируват выделяет углекислый газ с образованием ацетальдегида. В-третьих, ацетальдегид забирает ионы водорода из НАДН, в результате чего образуется этанол и превращается НАДН обратно в НАД+. Ферменты, катализирующие вторую и третью стадию, — это пируваткарбоксилаза и алкогольдегидрогеназа соответственно.

Рисунок 2: Схематическая диаграмма ферментации этанола. Фото: Davidcarmack, CC BY-SA 3.0

 

Дрожжи (например, Saccharomyces cerevisiae , Schizosaccharomyces ) и некоторые анаэробные бактерии (например, Zymomonas mobilis ) способны ферментировать этанол. Эти микроскопические организмы используются в пищевой промышленности для приготовления алкогольных напитков и для поднятия теста для хлеба. Некоторые группы рыб (например, золотые рыбки и караси) также могут ферментировать и производить этанол, особенно когда их среда обитания становится бескислородной (дефицит кислорода). Эти виды рыб семейства карповых образуют этанол в своих миотомальных мышцах. Помимо этанольного брожения, они также способны к молочнокислому брожению. (Ссылка 6)

Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение — это биологический процесс, при котором сахара превращаются в лактат для получения энергии. Где происходит молочнокислое брожение? Подобно этанольному брожению, молочнокислое брожение происходит в цитозоле клетки.

Существует две формы молочнокислого брожения: (1) гомомолочнокислое брожение и (2) гетеромолочнокислое брожение. Гомолактическая ферментация – это когда конечным продуктом является только лактат. Когда кроме лактата есть другие конечные продукты, например, этанол и диоксид углерода, это гетеролактический тип. Тем не менее, оба они начинают с гликолиза и в конечном итоге производят два пирувата с каждой молекулой глюкозы.

При гомолактической ферментации не выделяется углекислый газ. Кроме того, пируват восстанавливается непосредственно НАДН. Это приводит к образованию лактата (ионизированной формы молочной кислоты) и регенерации НАД+. Фермент, ответственный за эту реакцию, — лактатдегидрогеназа .

Рисунок 3: Схематическая диаграмма молочнокислого брожения. Предоставлено: Sjantoni, CC BY-SA 3.0 Непортированная версия. Молочнокислое брожение — это тип брожения, используемый при производстве сыра, йогурта, ацетона и метилового спирта.

Это тип ферментации, происходящий в мышечных клетках во время интенсивной физической активности. Лактат — это продукт жизнедеятельности, высвобождаемый мышечной клеткой в ​​кровоток для переноса кровью в печень. Клетка печени поглощает лактат из крови, чтобы преобразовать его обратно в пируват с помощью фермента лактатдегидрогеназы — процесс, называемый циклом Кори (ссылка 7). Это означает, что реакция может протекать в любом направлении.

Уравнение ферментации

Химическое уравнение ферментации варьируется в зависимости от участвующих реагентов и продуктов. Давайте посмотрим на следующие примеры ниже.

Уравнение этанола

Общая химическая формула для ферментации этанола составляет:
C 6 H 12 O 6 (глюкоза) → 2 C 2 H 5 OH (Ethanol) + 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO . (углекислый газ) + энергия

Поскольку на одну молекулу глюкозы приходится два пирувата, после ферментации образуются две молекулы этанола и две молекулы углекислого газа. Общий прирост АТФ равен двум.

Уравнение молочнокислого брожения

Общая химическая формула молочнокислого (гомолактического) брожения выглядит следующим образом: ) + энергия

Поскольку на одну молекулу глюкозы приходится два пирувата, после ферментации образуется две молекулы лактата. Общий прирост АТФ равен двум.

Некоторые ферментативные бактерии (например, Leuconostoc mesenteroides ) способны к дальнейшему метаболизму лактата. В результате продукты ферментации представляют собой не только лактат, но и другие продукты метаболизма, такие как спирт и углекислый газ. В этом случае формула:
C 6 H 12 O 6 (глюкоза) → CH 3 CHOHCOO- (лактат) + C 2 H 9 COOH (спирт) 2 (двуокись углерода) + энергия

Это образец гетеролактического типа молочнокислого брожения. Общий прирост АТФ в этом примере равен 1 АТФ.

Продукты ферментации

Продукты ферментации зависят от участвующих ферментов. Например, для производства этанола из пирувата потребуются ферменты, пируваткарбоксилаза, и алкогольдегидрогеназа . И наоборот, для производства лактата из пирувата требуется фермент лактатдегидрогеназа. Помимо лактата (или молочной кислоты) и этанола, другими побочными продуктами ферментации являются ацетаты, углекислый газ и газообразный водород.

Уксуснокислые бактерии представляют собой группу бактерий, которые окисляют сахар или этанол с образованием уксусной кислоты. Одним из таких важных коммерческих приложений является производство уксуса. Уксус получают, позволяя уксуснокислым бактериям воздействовать на сахара или этанол. Формула выглядит следующим образом: CH 3 CH 2 OH (этанол) + O 2 (кислород)→ CH 3 COOH (уксусная кислота)+ H 2 O (вода) . В этой реакции используется кислород, который вступает в реакцию с этанолом с образованием уксусной кислоты и воды. Таким образом, производство уксуса представляет собой комбинированный процесс брожения и окисления.

Ферментативное производство водорода, в свою очередь, представляет собой форму ферментации, при которой органическое соединение превращается в газообразный водород ( H 2 ). Некоторые виды бактерий и простейших имеют ферменты, которые обеспечивают этот процесс. Когда свет не требуется, процесс называется темным брожением . Если требуется световая энергия, процесс называется фотоферментацией .

История использования ферментации

Практика ферментации существовала в древней истории. Люди применяли основные этапы ферментации в своей еде и напитках. Они делали пиво из ячменного солода, вино из винограда, чичу из кукурузы и октли (теперь известную как « pulque «) из агавы, разновидности кактуса. (Ссылка 8)

Люди могли производить эти напитки, помещая их в плотно закрытые контейнеры, а затем оставляя их на определенный период времени, но никто не знал, как работает эта практика. Только в 17 веке люди начали понимать его биологию, когда были изобретены микроскопы и линзы. Антони ван Левенгук , например, впервые смог увидеть различные микроорганизмы, в том числе дрожжи. По мере изобретения более мощных микроскопов ученые смогли больше узнать о разнообразных микроорганизмах. Шарль Каньяр де ла Тур обнаружил, что дрожжи — это микроорганизмы, которые могли быть связаны с процессом брожения. Он наблюдал их размножение почкованием во время спиртового брожения. Однако наше современное понимание биологии и химии брожения исходит из работы Луи Пастера , французского химика и микробиолога. В 1850-х и 1860-х годах он первым продемонстрировал с помощью экспериментов, что именно живые дрожжи ответственны за превращение глюкозы в этанол в ферментированных напитках. И эти дрожжи были способны делать это в отсутствие кислорода. Он описал процесс как «дыхание без воздуха» . (Ref. 8)

Пастер также выделил два типа брожения: спиртовое брожение, которое он приписал размножающимся дрожжам, и молочнокислое брожение, вызванное растущими бактериями. (Ссылка 8) Это было основано на его наблюдениях, в ходе которых он обнаружил, что сахара превращаются в спирт в присутствии живых дрожжей и что «закисание » свекольного сока происходит из-за присутствия живых видов бактерий, которые привело к превращению этанола в уксусную кислоту. (Ссылка 9) Пастер, однако, не знал точно, как эти организмы вызывают брожение.

К концу 19-го века Эдуард Бюхнер (немецкий химик) обнаружил, что путем измельчения клеток дрожжей и извлечения «прессового сока» из дрожжей он смог вызвать превращение сахарозы в спирт и углекислый газ. . Он ввел термин «зимаза » для обозначения соединения, экстрагированного из дрожжей, которое катализирует конверсию при спиртовом брожении. (Ссылка 9)

С тех пор было идентифицировано больше организмов, осуществляющих ферментацию, включая клетки мышц человека. (Ссылка 10)

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о ферментации.

Викторина

Выберите лучший ответ.

1. Что такое ферментация?

Расщепление молекул сахара и окисление в цикле лимонной кислоты

Полное окисление глюкозы

Глюкоза превращается в более простые соединения с образованием АТФ без использования кислорода

2. Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение

Спиртовое брожение

Уксуснокислое брожение

3. Глюкоза превращается в пируват

Гликолиз

Ферментация

Цикл Кребса

4. Все перечисленное является признаком ферментации, кроме …

Анаэробный процесс

Производство АТФ путем фосфорилирования на уровне субстрата

Цепь переноса электронов

5. У эукариот местом ферментации является …

цитозоль

митохондрия

хлоропласт

Отправить результаты (необязательно)

Ваше имя

На электронную почту

Следующий

Наука ферментации | Заведующий лабораторией

Алкоголь. Йогурт. Кимчи. Соевый соус. Вы называете это: ферментированные продукты теперь составляют огромную часть нашего рациона. Приписывая их предполагаемой пользе для здоровья, они также становятся все более популярными. Вы когда-нибудь задумывались, что происходит во время брожения и какую роль в этом процессе играют микроорганизмы? В этой статье представлен краткий исторический обзор ферментации, за которым следует обсуждение того, как современные биотехнологии могут помочь сделать вашу любимую ферментированную пищу вкуснее.

Что такое ферментация?

Ферментация – это процесс расщепления сахаров ферментами микроорганизмов в отсутствие кислорода. Микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, имеют уникальные наборы метаболических генов, что позволяет им производить ферменты для расщепления различных типов метаболитов сахара. Во время ферментации в различных пропорциях присутствуют разнообразные микроорганизмы. Процесс похож на концерт, где разные музыканты (то есть микроорганизмы) играют свои роли. Их сотрудничество производит прекрасную музыку — нашу любимую ферментированную пищу. Поэтому при изменении видов и количества микроорганизмов вкус ферментированных продуктов также может резко измениться. Именно поэтому пищевые компании уделяют особое внимание защите своих рецептов и сохранению своих биобанков микроорганизмов.

Три основные формы ферментации:

  • Молочнокислое брожение: Во время этого анаэробного процесса крахмалы или сахара расщепляются с образованием молочной кислоты, среди других отходов. Молочнокислые бактерии не только защищают продукты от микробной порчи, но и защищают организм от микробных заболеваний. Молочнокислое брожение обычно используется при производстве таких продуктов, как йогурт, соленья и квашеная капуста.
  • Этанольная (или спиртовая) ферментация: при этом типе ферментации молекулы пирувата в сахаре расщепляются дрожжами на молекулы спирта и углекислого газа для производства вина и пива, а также хлеба.
  • Уксуснокислое брожение: Этот процесс окисления превращает сахар из зерна или фруктов в кислый на вкус уксус и приправы. Отсюда и разница между яблочным сидром и яблочным уксусом, используемым для приготовления пищи.

История науки о ферментации

Ферментация вина была задокументирована еще в 7000 г. до н.э. Раньше производители вина обычно раздавливали фрукты ногами, прежде чем оставить их в контейнерах. Было высказано предположение, что перенос микроорганизмов с ног виноделов на измельченные фрукты вызывает брожение. В 17 -й -й век, гипотеза была подтверждена, когда изобретение высококачественной оптической линзы впервые позволило визуализировать одноклеточные микроорганизмы. С помощью серии экспериментов Луи Пастер, французский микробиолог, показал, что винное брожение вызывается типом грибов, известных как дрожжи (а их действительно много на наших ногах, глоток!)

В 1856 г. на заводе по производству сахарной свеклы привело к новаторскому открытию, которое сыграло ключевую роль в последующем производстве сыра и йогурта. Пастеру было поручено разобраться в этом вопросе, и он обнаружил, что вместо спирта «испорченная» свекольная смесь содержала в основном молочную кислоту, которая и вызывала кисловатый привкус. Кислая свекольная смесь также содержала много объектов меньшего размера, чем дрожжи. Позднее было подтверждено, что эти объекты являются молочнокислыми бактериями. Этот случайный инцидент сыграл важную роль в нашем современном понимании того, что грибы и бактерии осуществляют ферментацию по-разному.

Только в начале 1900-х лауреат Нобелевской премии Эдуард Бюхнер обнаружил, что ферментация может происходить с бесклеточными дрожжевыми экстрактами, состоящими только из ферментов, вопреки тому, что предлагал Пастер. С тех пор мы производим различные ферментированные продукты, в том числе популярный чайный гриб. Хотя наша способность контролировать ферментацию достаточно хорошо изучена, существует множество способов улучшить промышленную ферментацию. Например, современное секвенирование генов, генная инженерия, микрофлюидика и технологии электронного «носа» могут сделать наши любимые ферментированные продукты еще вкуснее.

Популярные ферментированные продукты и напитки

1. Кимчи: распространено в корейской кухне и готовится из ферментированных овощей, таких как капуста и редька.

2. Чайный гриб: ферментированный напиток из черного или зеленого чая, известный своей предполагаемой пользой для здоровья.

3. Мисо: японская приправа или паста, приготовленная из ферментированного пюре из соевых бобов и злаков, смешанных с солью.

4. Медовуха: Алкогольный напиток, приготовленный путем ферментации меда с водой, который также может включать фрукты, специи, злаки или хмель.

5. Темпе: Продукт ферментации вареных соевых бобов, который связывает соевые бобы в лепешку.

Секвенирование ДНК

На разных стадиях ферментации соотношение микробных популяций может меняться при небольших сдвигах температуры и рН. Рассмотрим кимчи, традиционную корейскую еду. Кимчи обычно производят путем ферментации капусты молочнокислыми бактериями. Однако разные штаммы молочнокислых бактерий процветают при разных диапазонах рН. Например, Ли и его коллеги обнаружили, что во время ранней ферментации (pH 4,27–5,64) Leuconostoc mesenteroides доминирует, но по мере того, как окружающая среда становится более кислой (рН 4,15), Lactobacillus sakei становится доминирующим штаммом молочнокислых бактерий. Небольшие изменения окружающей среды могут резко изменить консистенцию и качество пищи, поэтому необходимо контролировать микробные популяции во время ферментации.

Технологии секвенирования ДНК чрезвычайно полезны для выявления колебаний в микробных популяциях. Каждый микроорганизм имеет свой уникальный состав ДНК, точно так же, как наши отпечатки пальцев уникальны для каждого из нас. Исследователи использовали инструменты секвенирования ДНК для картирования геномов многих форм жизни, в том числе микроорганизмов, имеющих решающее значение для ферментации. Недавние технологические достижения также увеличили скорость секвенирования ДНК и быстро снизили затраты, сделав секвенирование ДНК более доступным для использования в пищевой промышленности.

Несколько компаний используют технологии секвенирования ДНК для оптимизации процесса ферментации. Пиво Расшифрованы секвенированные штаммы дрожжей в 39 сортах пива из пяти стран, чтобы помочь открыть новое пиво и обеспечить стабильность производства. Данные также находятся в открытом доступе и могут быть особенно полезны для небольших независимых микропивоварен, которые не могут проводить комплексные исследования. С помощью секвенирования ДНК японский производитель соевого соуса Kikkoman также сделал неожиданное открытие. Они обнаружили, что помимо обычных помощников брожения, молочнокислых бактерий и дрожжей, два типа плесени коджи также имеют решающее значение для брожения. Недавно группа китайских исследователей сделала шаг вперед в технологии секвенирования ДНК, определив долю различных микроорганизмов на 11 различных стадиях ферментации креветочной пасты. Команда считает, что их работа может улучшить контроль качества и безопасность пищевых продуктов при производстве креветочной пасты.

Генная инженерия

Генная инженерия (или модификация) в широком смысле относится к вырезанию и вставке генома ДНК для создания клеток с целевыми признаками. Эффективность генной инженерии повысилась благодаря передовым методам редактирования генов, таким как CRISPR.

Генная инженерия позволила создать микроорганизмы с более желательными характеристиками, чем их дикие собратья. Например, Ю и его коллеги создали штамм Clostridium tyrobut 9.0011 yricum , который производил более высокий выход бутанола, типа сахара, содержащегося во многих ферментированных пищевых продуктах, чем его родственники дикого типа. Микроорганизмы также могут быть генетически модифицированы для производства только одного конечного продукта высокой чистоты. Это делает их более выгодными, чем их аналоги дикого типа, которые обычно производят смесь конечных продуктов. Компании, как правило, предпочитают получать только один конечный продукт, чтобы избежать последующего разделения, которое может быть дорогостоящим и технически сложным.

Капельные и микрожидкостные биореакторы

Традиционная промышленная ферментация осуществляется в больших биореакторах емкостью несколько тысяч литров. Этот процесс дорог и несовместим с быстрой проверкой следующих рецептов брожения. Капельные биореакторы, с другой стороны, способствуют быстрой ферментации, так как они объединяют сырьевые ингредиенты и микроорганизмы в крошечные капли объемом в несколько микролитров для ускорения ферментации.

Тем не менее, основным недостатком капельной микрофлюидики является то, что скорость ее производства (мучительно) низкая. Например, с помощью микрожидкостного винного биореактора, созданного Аттингером и его командой, производство бутылки вина займет около девяти лет. На данный момент капельные биореакторы наиболее полезны для тестирования новых рецептов и условий ферментации. Не ждите, что в ближайшее время они заменят традиционных пивоваров.

Ранее мы обсуждали полезность генетически модифицированных микроорганизмов и их вклад в удешевление и повышение эффективности производства ферментированных продуктов. Однако становится все более очевидным, что генетически модифицированные микроорганизмы ведут себя по-разному, когда их выращивают в лабораторных колбах или промышленных пивоваренных установках. Одним из факторов, вызывающих такое расходящееся поведение, является разница в физическом стрессе, с которым они сталкиваются.

Вспомните, когда вы последний раз плавали. Вы помните, как ощущали более низкое давление у поверхности воды и возрастающее давление, когда углублялись в бассейн? Это также происходит с микроорганизмами, плавающими в большом пивоваре. Микроорганизмы на дне испытывают гораздо большее гидростатическое давление. В этом случае они могут лопнуть и погибнуть. Другие могут подвергнуться генетическим или метаболическим изменениям, что саботирует предыдущие усилия по генной инженерии. Это огромная проблема для пищевой промышленности.

Исследователи попытались решить эту проблему, создав микрожидкостные биореакторы, способные работать с объемами до нескольких литров. Эти микрожидкостные биореакторы функционируют так же, как промышленные пивоварни, но в уменьшенном виде. Микроорганизмы можно выращивать в этих биореакторах уменьшенного размера и при различных давлениях, контролируемых датчиками, скорости перемешивания, температуре и pH. Затем, собирая данные о росте микроорганизмов и выходе продукта в этих условиях, исследователи могут использовать эту информацию для оптимизации брожения в пивоварне увеличенного масштаба. Это может помочь реализовать промышленное производство новых рецептов ферментации.

Обоняние ферментированных продуктов

Наше обоняние и вкус неразрывно связаны между собой. К сожалению, из-за этого некоторые люди избегают вкусной ферментированной пищи из-за ее запаха. Что, если есть способ убрать резкий запах, сохранив при этом вкус ферментированной пищи? Это побудило Яна и соавт. разработать электронный «нос» для обнаружения летучих соединений в пасте из креветок. Электронный нос — это, по сути, набор электронных датчиков, которые создают уникальные электрические сигнатуры, когда к ним присоединяются различные соединения. Затем эти сигнатуры загружаются и сопоставляются с базой данных протестированных соединений. Используя свою технологию, Ян и его коллеги приписали резкий запах креветочной пасты пропановой кислоте. Точно так же Харпер и его коллеги также обнаружили, используя электронный нос, что аромат сыра можно полностью отнести всего к пяти типам жирных кислот. Интересно, что пропановая кислота также находится в этом списке. Эти исследования показывают, что электронный нос может помочь удалить или усилить резкий/ароматический запах ферментированной пищи.

Концепция электронного носа

Наше будущее с наукой о ферментированных продуктах

Ферментированные продукты повсюду. Йогурт на завтрак. Приправа из соевого соуса, сопровождающая наш суши-ланч. И не забыть наш бокал вина за ужином. Спрос на ферментированные продукты растет, как и размер их рынка. В 2016 году PepsiCo представила напитки Tropicana Essentials Probiotics. Peet’s Coffee также недавно приобрела контрольный пакет акций Revive Kombucha. Современные технологии молекулярной биологии можно использовать для создания микроорганизмов с желаемыми характеристиками и мониторинга микробных популяций во время ферментации. Микрожидкостные методы также могут ускорить тестирование рецептов следующего ферментированного продукта-убийцы, в то время как электронный нос может «очищать» запах ферментированной пищи.

➜