Λακτόζη ζύμωσης

Ζύμωση λακτόζης – βακτήρια, ζυμομύκητες και δυσεντερία

Μπορεί να έχετε ακούσει για τη ζύμωση στο παρελθόν, αλλά δεν είστε σίγουροι για το τι είναι. Η ζύμωση της λακτόζης περιλαμβάνει βακτηριακούς οργανισμούς, ζυμομύκητες και βάκιλλους δυσεντερίας. Αυτή η διαδικασία είναι τόσο παλιά όσο και οι άνθρωποι. Για να παραχθεί γάλα, ένα βακτήριο που ονομάζεται γαλακτοβάκιλλος πρέπει να φάει τη ζάχαρη λακτόζης. Αυτή η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει 16 έως 17,5 ώρες. Τα βακτήρια μπορούν να ζυμώσουν τη λακτόζη, αλλά χρειάζονται περισσότερα από νερό και ζάχαρη.

Βακτήρια

Εάν αναρωτιέστε εάν μια ουσία είναι επιβλαβής για τον άνθρωπο, ίσως θέλετε να μάθετε εάν τα βακτήρια ζυμώνουν τη λακτόζη. Τα βακτήρια ζυμώνουν τη λακτόζη και παράγουν οργανικά οξέα. Αυτή η ζύμωση είναι μια βασική διαδικασία για την παραγωγή ανθρώπινου γάλακτος και τυριού. Τα βακτήρια ζυμώνουν τη λακτόζη για να παράγουν ένα ένζυμο που ονομάζεται λακτάση. Τα βακτήρια ζυμώνουν τη λακτόζη στο έντερο και υπάρχουν σχεδόν σε κάθε τρόφιμο, συμπεριλαμβανομένου του γάλακτος.

Αυτοί οι οργανισμοί προτιμούν να καταναλώνουν γλυκόζη και να καταβολίζουν δισακχαρίτες και τα μέσα τους δείχνουν αυτή την προτίμηση. Τα μαύρα χρώματα υποδηλώνουν την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και υδρόθειου. Επιπλέον, τα βακτήρια που ζυμώνουν τη λακτόζη αποτελούν τυπικά μέρος της φυσιολογικής χλωρίδας του εντέρου και δεν είναι επιβλαβή για τον άνθρωπο. Τα βακτήρια που ζυμώνουν τη λακτόζη είναι τυπικά φυσιολογική χλωρίδα του εντέρου και θα βρεθούν στο πεπτικό σύστημα των περισσότερων ανθρώπων.

Πολλά βακτήρια ζυμώνουν τη λακτόζη για ενέργεια. Για να δημιουργήσουν βιοαιθανόλη, τη διασπούν σε β-γαλακτόζη και γλυκόζη. Στη συνέχεια, τα βακτήρια χρησιμοποιούν γλυκόζη για να παράγουν ενέργεια. Αυτά τα βακτήρια ζυμώνουν επίσης άλλα σάκχαρα όπως ορό γάλακτος, γλυκόζη και ακετόνη. Τα βακτήρια ζυμώνουν τη λακτόζη για βιοκαύσιμα, αλλά είναι επίσης δυνατή η ζύμωση και άλλων υδατανθράκων.

Η ζύμωση της λακτόζης είναι μια φυσική διαδικασία που διασπά το σάκχαρο του γάλακτος σε απλά σάκχαρα. Αυτή η διαδικασία διευκολύνει την πέψη του γάλακτος για άτομα με δυσανεξία στη λακτόζη. Τα γαλακτοκομικά προϊόντα στα οποία προστίθενται βακτήρια έχουν λιγότερη λακτόζη από εκείνα που παρασκευάζονται με παραδοσιακές μεθόδους. Το γιαούρτι, για παράδειγμα, έχει 50 τοις εκατό λιγότερη λακτόζη από το γάλα και το κεφίρ έχει έως και 30 τοις εκατό λιγότερη.

Ζυμομύκητες Οι

ζύμες για τη ζύμωση λακτόζης είναι φυσικοί οργανισμοί που μπορούν να αποικοδομήσουν τη λακτόζη σε αιθανόλη. Αυτοί οι οργανισμοί δεν διαθέτουν το ένζυμο λακτάση που είναι απαραίτητο για τη διάσπαση της λακτόζης σε γλυκόζη και γαλακτόζη. Ωστόσο, στελέχη S. cerevisiae με τα κατάλληλα ένζυμα μπορούν να αναπαραχθούν για να ζυμώσουν τη λακτόζη.

Για να μετατραπεί η λακτόζη σε αιθανόλη, μια ζύμη πρέπει να διαθέτει το γονίδιο που κωδικοποιεί το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση. Αυτό το ένζυμο είναι κυτοσολικό και πρέπει να μεταφερθεί στο κυτταρόπλασμα για να λειτουργήσει. Επιπλέον, το γονίδιο lacZ είναι ανεπαρκές για την παραγωγή ανασυνδυασμών που μπορούν να χρησιμοποιήσουν λακτόζη. Για το σκοπό αυτό, το γονίδιο lacY εκφράζεται λειτουργικά. Οι ερευνητές έχουν δείξει ότι η έκφραση του γονιδίου lacZ προκαλείται από τον προαγωγέα ζυμομύκητα (ο οποίος χρησιμοποιείται ευρέως ως γονίδιο αναφοράς).

Για την παραγωγή πιο αποτελεσματικών προϊόντων ζύμωσης, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα νέο στέλεχος S. cerevisiae με μετάλλαξη στο γονίδιο βιοσύνθεσης της λακτόζης leu2. Αυτό το στέλεχος μπορεί να χρησιμοποιήσει τόσο άμυλο όσο και λακτόζη. Αυτά τα πρόσφατα αναπτυγμένα στελέχη μπορούν να είναι ζυμωτικοί παράγοντες για γαλακτοκομικά προϊόντα, όπως το τυρί. Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται τόσο στη ζύμωση όσο και στη βιοτεχνολογία.

Η ζύμωση της λακτόζης είναι ένα βασικό βήμα για την παραγωγή τυριού, η οποία είναι επίσης φιλική προς το περιβάλλον. Επιπλέον, είναι κερδοφόρο. Τα συμπυκνωμένα διαλύματα λακτόζης μπορούν να αποδώσουν υψηλούς τίτλους αιθανόλης, μειώνοντας το κόστος της απόσταξης αιθανόλης. Ωστόσο, το ένζυμο δεν υπάρχει σε ένα στέλεχος ζύμης που ζυμώνει λακτόζη, γνωστό ως Kluyveromyces marxianus.

Βάκιλοι δυσεντερίας

Μια ομάδα βακτηρίων που είναι υπεύθυνα για τη δυσεντερία ζυμώνουν τη λακτόζη. Σύμφωνα με την αντιγονική τους σύνθεση και τις εντερικές διαταραχές, οι βάκιλοι δυσεντερίας σχετίζονται με τα βακτήρια B. Coli και μπορούν να προκαλέσουν διάρροια στον άνθρωπο. Ο Shiga και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ακριβείς και απλές μεθόδους για να απομονώσουν τον βάκιλο από τα κόπρανα ασθενών με δυσεντερία. Αυτοί οι βάκιλλοι ζυμώνουν τη λακτόζη αλλά δεν παράγουν οξύ, σε αντίθεση με το B. coli.

Δύο στελέχη βακίλλων δυσεντερίας απομονώθηκαν και καλλιεργήθηκαν. Το B. typhous και το B. paratyphoid B δεν παρήγαγαν ξυλόζη αλλά ζύμωσαν λακτόζη και παρήγαγαν οξύ και αέριο μέσα σε μια εβδομάδα. Αυτά τα στελέχη σχετίζονταν επίσης στενά με το B. lactis aerogenes. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, ήταν δύσκολο να γίνει διάκριση μεταξύ των δύο στελεχών επειδή παρήγαγαν διαφορετικά επίπεδα οξέος.

Shigella spp. είναι μη κινητικά, σε σχήμα ράβδου προαιρετικά αναερόβια. Δεν παράγουν λακτάση ούτε παράγουν H2S σε άγαρ τριπλού σακχάρου-σιδήρου. Αυτά τα στελέχη έχουν αρκετούς ορούς. Παρουσία λακτόζης, μπορούν να παράγουν ένζυμα λακτάσης και σακχαράσης. Αρκετά άλλα στελέχη είναι μη κινητικά και δεν παράγουν αέριο.

Εκτός από τις σιγκέλες, άλλα βακτήρια είναι γνωστό ότι προκαλούν δυσεντερία. Η Shigella sonnei είναι ο πιο κοινός τύπος, που ευθύνεται για σχεδόν όλες τις περιπτώσεις ασθενειών στον ανεπτυγμένο κόσμο. Αυτή η ομάδα είναι γνωστό ότι προκαλεί διάρροια και κοιλιακό άλγος. Ο οργανισμός είναι επίσης γνωστό ότι προκαλεί τενεσμούς. Τα συμπτώματα που σχετίζονται με τη δυσεντερία είναι πυρετός, κοιλιακή ευαισθησία, υδαρής διάρροια και τενεσμός.

Ένα στέλεχος Shigella sonnei ευθύνεται για περίπου 167 εκατομμύρια περιπτώσεις διάρροιας παγκοσμίως και 1 εκατομμύριο θανάτους. Η Shigella sonnei είναι ο πολλαπλός κοινός τύπος δυσεντερίας, αλλά το S. flexneri το αντικαθιστά σε πολλές αναπτυσσόμενες χώρες. Γενικά, τα κρούσματα σχετίζονται με μολυσμένα είδη σαλάτας. Οι χειριστές τροφίμων μπορεί επίσης να είναι υπεύθυνοι για τα κρούσματα. Μια πιο ακριβής διάγνωση είναι δυνατή με την αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος, την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης και την καλλιέργεια δειγμάτων κοπράνων. Η αναζήτηση για ένα χρήσιμο εμβόλιο για την πρόληψη της δυσεντερίας τροφοδοτείται από την αυξανόμενη αντίσταση στα αντιβιοτικά στον κόσμο.

Σακχαρόζη

Η ζύμωση της λακτόζης είναι μια φυσική διαδικασία όταν τα βακτήρια στο έντερο διασπούν τη λακτόζη. Το αποτέλεσμα είναι η λακτόζη που έχει μετατραπεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη. Ωστόσο, η διαδικασία ζύμωσης έχει μερικά ανεπιθύμητα παραπροϊόντα. Αυτά περιλαμβάνουν οξύ και αέριο, τα οποία δεν είναι ιδανικά για το πεπτικό μας σύστημα. Για αυτούς τους λόγους, η λακτόζη είναι καλύτερο να αποφεύγεται.

Συνηθέστερα, τα βακτήρια που ζυμώνουν τη λακτόζη αποτελούν συνήθως μέρος της φυσιολογικής χλωρίδας του εντέρου. Αυτοί οι οργανισμοί μπορούν επίσης να ζυμώσουν τη γλυκόζη. Είναι πιθανό να διαφοροποιήσει τους δύο τύπους βακτηρίων από το χρώμα του μέσου καλλιέργειας, το οποίο είναι συχνά ροζ. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται σε δοκιμές τροφικής δηλητηρίασης. Μια μικρή ποσότητα μολυσμένου τροφίμου τοποθετείται σε άγαρ κατά τη διάρκεια της δοκιμής τροφικής δηλητηρίασης, το οποίο είναι ένα μέσο ανάπτυξης για βακτήρια. Το άγαρ αλλάζει χρώμα λόγω της οξύτητας που δημιουργείται από τη διαδικασία της ζύμωσης.

Η λακτόζη είναι το κύριο συστατικό του γάλακτος. Είναι ένας δισακχαρίτης της γλυκόζης και της γαλακτόζης. Το γάλα περιέχει περίπου 4,8% λακτόζη, η οποία μειώνεται με την προχωρημένη γαλουχία ή τη μόλυνση από μαστίχα. Η βιομηχανικά παρασκευασμένη λακτόζη χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία τροφίμων, καθώς και στη φαρμακοβιομηχανία. Παράγεται με κρυστάλλωση υπερκορεσμένου διαλύματος ορού γάλακτος. Η βιομηχανία έχει προσαρμοστεί στην αυξανόμενη ζήτηση για λακτόζη και η παγκόσμια παραγωγή ανέρχεται πλέον σε περίπου 500.000 τόνους ετησίως.

Ενώ η συγκέντρωση της λακτόζης και της γλυκόζης δεν παίζει σημαντικό ρόλο στον ρυθμό ζύμωσης, η ποσότητα της ζύμης στην καλλιέργεια μπορεί να επηρεάσει το αποτέλεσμα του πειράματος. Όταν αναμειγνύονται λακτόζη και γλυκόζη, οι συγκεντρώσεις τους αυξάνονται δραματικά και η ικανότητα του B. claussenii να παράγει και τα δύο είναι άγνωστη. Έχει αναφερθεί ότι αυτό το βακτήριο είναι μια β-γλυκοσιδάση, αν και η επίδρασή του στη ζύμωση της λακτόζης δεν είναι ακόμα πλήρως κατανοητή.

Cellobiose

Το βακτηριακό στέλεχος EJ2e8 ζυμώνει τη λακτόζη γρηγορότερα από το cellobiose. Ζύμωσε 2,16 g/L και αύξησε τον αριθμό αντιγράφων δύο γονιδίων – CDT-1 και gh1-1. Η Cellobiose μπορεί ενδεχομένως να αξιοποιηθεί για την παραγωγή καυσίμων και χημικών ουσιών χωρίς αιθανόλη. Η Cellobiose ζυμώνει τη λακτόζη και την αιθανόλη, που είναι δύο υποπροϊόντα των γαλακτοκομικών προϊόντων.

Η μαγιά που χρησιμοποιεί κυτταροβιόζη και γαλακτόζη στη συνζύμωση βελτιώνει την απόδοση και την παραγωγικότητα της αιθανόλης. Αυτό το στέλεχος περιέχει δύο πλασμίδια που εκφράζουν μεταφορείς β-γλυκοσιδάσης και κυτταροδεξτρίνης. Τα κύτταρα χρησιμοποίησαν αυτά τα σάκχαρα σε πειράματα συνζύμωσης και παρήγαγαν 13 g/L αιθανόλης μέσα σε 22 ώρες.

Η μαγιά αναπτύχθηκε και παρακολουθήθηκε σε τέσσερις θερμοκρασίες. Μεγάλωσε στους 34 βαθμούς Κελσίου και κατανάλωσε την περισσότερη κυτταρίνη μέσα σε 15 ώρες. Οι ρυθμοί κατανάλωσης σελοβιόζης και παραγωγής αιθανόλης ήταν παρόμοιοι στους 30°C και στους 42°C. Ωστόσο, στους 42 βαθμούς Κελσίου, το βακτηριακό στέλεχος κατανάλωσε 40 g/L σελλοβιόζης σε 36 ώρες και παρήγαγε 0,61 g/L αιθανόλης.

Η ζύμη που στερείται κυτταροβιόζης δεν μπορεί να ζυμώσει πλήρως τη λακτόζη. Οι ζυμομύκητες που στερούνται σελοβιόζης δεν μπορούν να αναπτυχθούν σε καλλιέργειες που περιέχουν τη ζάχαρη. Επιπλέον, τα ιστολόγια και τα γονίδια των κυττάρων δεν είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη της κυτταροβιόζης. Ωστόσο, απαιτούνται ιστολόγια και γονίδια κυττάρων για ζύμωση κυτταροβιόζης σε πλήρη κλίμακα.

Μια ετερόλογη υδρολυτική οδός κυτταροβιόζης εισήχθη σε ένα βιομηχανικό στέλεχος S. cerevisiae για να αυξήσει τον ρυθμό ζύμωσης και την απόδοση αιθανόλης της σελοβιόζης. Αυτός ο μετασχηματισμός αποκατέστησε την ανάπτυξη μεταλλαγμένων σε ένα μέσο που περιέχει κυτταροβιόζη. Απαιτείται περαιτέρω μηχανική για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της οδού χρήσης της κυτταροβιόζης. Μέχρι στιγμής, η αποτελεσματικότητα αυτής της διαδρομής είναι χαμηλή.

Leave a Reply

Your email address will not be published.