Τι μετατρέπει η ζύμωση γαλακτικού οξέος σε γαλακτικό οξύ

Τι μετατρέπει η ζύμωση γαλακτικού οξέος σε γαλακτικό οξύ;

Μια διαδικασία που ονομάζεται ζύμωση παράγει ένα υποπροϊόν γνωστό ως γαλακτικό οξύ. Προκύπτει από την αποδόμηση βιομάζας ή υποστρωμάτων και την παραγωγή μεταβολιτών. Αρκετές πρώτες ύλες και μικροοργανισμοί είναι ικανοί να παράγουν γαλακτικό οξύ. Η χρήση καθαρών υποστρωμάτων συμβάλλει στη μείωση του κόστους καθαρισμού. Η ζάχαρη είναι μια πολύ ακριβή ουσία, επομένως η βιομάζα χρησιμοποιείται συχνά ως υπόστρωμα αντί για ζάχαρη. Εναλλακτικά, τα απόβλητα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως υπόστρωμα.

πυροσταφυλικό

Η διαδικασία της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος περιλαμβάνει τη μετατροπή του πυροσταφυλικού, ενός τύπου σακχάρου, σε γαλακτικό, μια μορφή αμινοξέος. Το γαλακτικό παράγεται στο σώμα όταν η διαθεσιμότητα οξυγόνου είναι χαμηλή και η ζήτηση ενέργειας για τις σωματικές λειτουργίες είναι μεγαλύτερη από την παραγωγή ενέργειας μέσω της αερόβιας αναπνοής. Το γαλακτικό βρίσκεται στα μυϊκά κύτταρα, στα ερυθρά αιμοσφαίρια και στους νευρώνες. Η ζύμωση γαλακτικού οξέος συμβαίνει σε αυτούς τους ιστούς όταν τα λειτουργικά μυϊκά κύτταρα παράγουν ενέργεια με οξειδωτική φωσφορυλίωση των NADH και FADH2.

Αυτή η διαδικασία είναι μέρος της διαδικασίας αναερόβιας αναπνοής στα φυτά και σε ορισμένες ζύμες. Είναι αναστρέψιμο, ώστε η διαδικασία να μπορεί να επαναληφθεί όπως απαιτείται. Η διαδικασία είναι επίσης εξαιρετικά ωφέλιμη για τον οργανισμό, καθώς παράγει μικρές ποσότητες ATP μέσω φωσφορυλίωσης σε επίπεδο υποστρώματος. Αυτή η διαδικασία παράγει λιγότερο από τη μισή ποσότητα ενέργειας που παράγει η γλυκόλυση, επομένως η καθαρή απόδοση του ATP από τη ζύμωση είναι μικρότερη από το ένα δέκατο της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Τα βακτήρια που βασίζονται σε αυτή τη διαδικασία είναι συχνά μικρά και αργά αναπτυσσόμενα.

Η διαδικασία της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος βοηθά τα κύτταρα να παράγουν ATP απουσία οξυγόνου. Δεδομένου ότι η γλυκόλυση είναι η κύρια πηγή ATP στα ζωντανά κύτταρα, η ζύμωση με γαλακτικό οξύ βοηθά στην αναπλήρωση του κυτταρικού ΝΑ για την αντίδραση αφυδρογονάσης γλυκεραλδεΰδη-3-φωσφορικής, η οποία προηγείται των σταδίων παραγωγής ΑΤΡ. Εάν η συγκέντρωση ΝΑ είναι πολύ χαμηλή για να συμβεί αυτό το βήμα, τα κύτταρα δεν μπορούν να παράγουν ΑΤΡ.

Κατά τη διάρκεια της έντονης άσκησης, οι μύες αρχίζουν να συσσωρεύουν γαλακτικό οξύ. Αυτό συμβαίνει επειδή το καρδιαγγειακό και το αναπνευστικό σύστημα δεν μπορούν να μεταφέρουν γρήγορα οξυγόνο στους μύες. Ωστόσο, αυτό το άχρηστο προϊόν επεξεργάζεται γρήγορα από την καρδιά και το συκώτι και οι συγκεντρώσεις γαλακτικού οξέος επανέρχονται στο φυσιολογικό. Εάν το γαλακτικό οξύ δεν μεταβολίζεται τόσο γρήγορα όσο συσσωρεύεται στο σώμα, μπορεί να προκαλέσει μυϊκό πόνο και δυσφορία.

Η διαδικασία της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιεί δύο μεταβολικές οδούς: τη γλυκόλυση και τη γλυκονεογένεση. Αυτά τα δύο μονοπάτια δεν αλληλοαποκλείονται και δεν πρέπει να συγχέονται μεταξύ τους. Εάν συμβαίνουν ταυτόχρονα, θα ήταν αναποτελεσματικά και σπάταλα. Ο μόνος τρόπος για να τα διακρίνουμε είναι να προσδιορίσουμε την κατεύθυνση της οξείδωσης. Εάν αλληλοαποκλείονται, δεν μπορούν να μεταβολιστούν με τον ίδιο τρόπο.

γλυκονεογένεση

είναι η διαδικασία με την οποία το σώμα παράγει γλυκόζη. Αποτελείται από έντεκα αντιδράσεις που καταλύονται από ένζυμα. Το πρώτο βήμα στη διαδικασία είναι η καρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού, η οποία απαιτεί ένα μόριο ΑΤΡ. Η γλυκονεογένεση περιλαμβάνει επίσης την παραγωγή ακετυλο-CoA, το οποίο είναι δείκτης μεταβολικής δραστηριότητας. Ρυθμίζεται επίσης από cAMP και μεταγωγή σήματος.

Η γλυκονεογένεση συμβαίνει μεταξύ δύο τύπων κυττάρων, των σκελετικών μυών και των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Το πρώτο παράγει γαλακτικό οξύ, ενώ το δεύτερο σχηματίζει ελαϊκό οξύ. Και οι δύο διαδικασίες απαιτούν ενέργεια για να λειτουργήσουν, αλλά είναι σχετικά μη ανταγωνιστικές. Η γλυκονεογένεση παράγει περισσότερο γαλακτικό από τη γλυκόλυση. Και οι δύο οδοί χρησιμοποιούν τη γλυκόζη ως πηγή ενέργειας. Ωστόσο, η πρώτη είναι πιο ενεργή όταν το σώμα χρειάζεται ενέργεια, ενώ η γλυκόλυση είναι λιγότερο ενεργή όταν το κύτταρο δεν χρειάζεται.

Η γλυκονεογένεση παράγει επίσης πυροσταφυλικό, ένα παράγωγο της γλυκόζης που χρησιμοποιείται για την παραγωγή γλυκόζης. Ωστόσο, η γλυκερίνη δεν θεωρείται πραγματικό γλυκονεογόνο υπόστρωμα. Επομένως, η γλυκερίνη δεν χρησιμοποιείται για τη γλυκονεογένεση. Ωστόσο, η παραγωγή φωσφοενολοπυρουβικού είναι το τελευταίο μη αναστρέψιμο βήμα.

Για την παραγωγή γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται διάφορες στρατηγικές. Η χρήση ταυτόχρονης ζύμωσης σακχαροποίησης και χωριστής υδρόλυσης μπορεί να μειώσει τα υπολειμματικά σάκχαρα. Η τελευταία στρατηγική μπορεί να είναι επωφελής όσον αφορά την οπτική καθαρότητα και τη μείωση της ποσότητας της υπολειμματικής ζάχαρης στο τελικό προϊόν. Μια στρατηγική που παράγει υψηλό γαλακτικό οξύ είναι η ταυτόχρονη ζύμωση σακχαροποίησης. Ενώ η χωριστή υδρόλυση είναι πιο οικονομική, μπορεί να μην είναι τόσο αποτελεσματική.

Εκτός από την παραγωγή γαλακτικού οξέος, η διαδικασία μπορεί επίσης να αποικοδομήσει αρκετές άλλες μακρομοριακές ουσίες. Για παράδειγμα, μπορεί να αναστείλει τη συσσώρευση μυκοτοξινών στα προϊόντα δημητριακών. Επιπλέον, μπορεί να μειώσει την αφλατοξίνη Β1 και την αφλατοξίνη Β2 στα αμύγδαλα. Επιπλέον, μπορεί να διασπάσει ανεπιθύμητες ουσίες που υπάρχουν κατά τη ζύμωση αλκοόλης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το γαλακτικό οξύ χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων.

Κανονικά, το γαλακτικό οξύ σχηματίζεται με γλυκόλυση από γλυκογόνο. Ωστόσο, έχει αναφερθεί ότι η γλυκόζη δεν κινείται μέσω της κυκλοφορίας με ρυθμό επαρκή για να εξηγήσει το σχηματισμό γαλακτικού οξέος. Δύο πειράματα διαπίστωσαν ότι η ανεπαρκής γλυκόζη μεταφέρεται μέσω της κυκλοφορίας του αίματος κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης. Επιπλέον, στο σώμα παράγεται ανεπαρκές γλυκογόνο για την παραγωγή γαλακτικού οξέος.

τυροσίνη

Η επαναλαμβανόμενη ζύμωση κατά παρτίδες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή L-τυροσίνης. Σε σύγκριση με τη ζύμωση τροφοδοτούμενης παρτίδας, η επαναλαμβανόμενη ζύμωση κατά παρτίδες έχει λιγότερη εργασία και μπορεί να αποδώσει υψηλότερες ποσότητες προϊόντος. Η βιομάζα της τρίτης παρτίδας ήταν υψηλότερη από εκείνη της πρώτης παρτίδας. Ο τελικός τίτλος L-τυροσίνης ήταν 42 g/L, παρόμοιος με τη ζύμωση της παρτίδας τροφοδοσίας. Η επαναλαμβανόμενη ζύμωση κατά παρτίδες είναι η πιο αποτελεσματική και παραγωγική μέθοδος για την παραγωγή L-τυροσίνης.

Οι καμπύλες τίτλου έδειξαν ότι η L-τυροσίνη είχε εξαντληθεί στην πρώτη και τη δεύτερη παρτίδα. Η τρίτη παρτίδα παρουσίασε την υψηλότερη παραγωγικότητα, 2,53 g/L/h. Σε σύγκριση με την πρώτη παρτίδα, η δεύτερη παρτίδα εμφάνισε 43% και 8% αναστολή στην ανάπτυξη των κυττάρων, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι υψηλότερα επίπεδα L-τυροσίνης μπορεί να επηρεάσουν το μεταβολισμό και να αναστείλουν την ανάπτυξη των κυττάρων.

Το ένζυμο που μετατρέπει την τυροσίνη σε γαλακτικό οξύ έχει δύο κύριες λειτουργίες. Το πρώτο είναι ο μεταβολισμός των συνθετικών πεπτιδίων. Αυτό το ένζυμο είναι συστατικό ενός γενετικού νησιού. Έχει διαδοθεί μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων. Έχει προταθεί ότι η τυροσίνη απαιτείται για την ανάπτυξη βακτηρίων γαλακτικού οξέος. Ο διπλός ρόλος της τυροσίνης στη ζύμωση είναι να βοηθά την ανάπτυξη της ζύμης.

Η ζύμωση με ομογαλακτικό οξύ είναι ένας κοινός τρόπος ζύμωσης γαλακτικού οξέος που χρησιμοποιείται από πολλά βακτήρια γαλακτικού οξέος. Το ένζυμο ldh δοκιμάστηκε στη γενική φυσιολογία των βακτηρίων ομογαλακτικού οξέος. Η διαγραφή του γονιδίου ldh δεν μείωσε τον ρυθμό ανάπτυξης σε πλούσιο μέσο, ​​αλλά μείωσε την ικανότητα χρήσης πηγών άνθρακα. Η μετάβαση από τη ζύμωση με ομογαλακτικό οξύ στη ζύμωση μικτού οξέος εξαρτιόταν από τον ρυθμό ανάπτυξης και το pH του S. pyogenes και του E. faecalis.

Η αυτόλυση ζύμης είναι η διαδικασία κατά την οποία οι ζύμες απελευθερώνουν υδρολυτικά ένζυμα. Αυτά τα ένζυμα αποικοδομούν τα συστατικά του μέσου και απελευθερώνουν αμινοξέα που είναι πλούσια σε τυροσίνη. Το μέσο περιέχει υψηλή συγκέντρωση τυροσίνης, ελεύθερων αμινοξέων και πρωτεΐνης. Σύμφωνα με τους Alexandr et al., η τυροσίνη συμβάλλει στη συνολική ένωση αζώτου στο κρασί. Τα πεπτίδια που περιέχουν τυροσίνη μπορεί να εμπλέκονται στην παραγωγή ΒΑ.

γλυκόζη

Το βακτηριακό ένζυμο λακτάση είναι υπεύθυνο για τη μετατροπή της γλυκόζης σε γαλακτικό οξύ. Σε αυτή τη διαδικασία, η γλυκόζη μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ μέσω δύο μεταβολικών οδών. Η πρώτη οδός είναι γνωστή ως γλυκολυτική οδός. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα βακτήρια γαλακτικού οξέος παράγουν δύο mol γαλακτικού για κάθε mole γλυκόζης που καταναλώνεται. Η ομοζύμωση συμβαίνει όταν ο ρυθμός μετατροπής γλυκόζης σε γαλακτικό οξύ είναι υψηλότερος από 80%.

Η παραγωγή γαλακτικών οξέων μπορεί να βελτιστοποιηθεί αλλάζοντας τη δραστηριότητα των βασικών ενζύμων. Συγκεκριμένα, η αύξηση της LDH και η αναστολή της δραστηριότητας PC, PCDHc και PDHc βελτιώνει την απόδοση και την οπτική καθαρότητα του προϊόντος ζύμωσης. Και οι δύο στρατηγικές μειώνουν επίσης την υπολειμματική ζάχαρη. Αυτό το άρθρο εξετάζει τις διάφορες στρατηγικές που χρησιμοποιούνται για τη βελτιστοποίηση της μεταβολικής οδού. Θα συζητηθούν επίσης οι πιθανές εφαρμογές για το γαλακτικό οξύ. Υπάρχουν πολλά οφέλη από τη ζύμωση με γαλακτικό οξύ.

Μια σύντομη περιγραφή της διαδικασίας περιγράφεται παρακάτω. Αυτό το κινούμενο σχέδιο δείχνει πώς η γλυκόζη μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό και γαλακτικό οξύ. Στο πρώτο βήμα, η γλυκόζη περιέχει δύο μόρια NAD+. Μόλις η γλυκόζη φτάσει στην κυτταρική μεμβράνη, χωρίζεται σε δύο πρόδρομους πυροσταφυλικούς 3-άνθρακες. Στη συνέχεια, τα μόρια NAD+ μειώνονται από το ένζυμο NAD+ και τα δύο προκύπτοντα προϊόντα είναι το πυροσταφυλικό και το γαλακτικό. Αυτός ο κύκλος συνεχίζεται μέχρι να καταναλωθεί και το τελευταίο μόριο γλυκόζης.

Άλλα οφέλη της ζύμωσης με γαλακτικό οξύ είναι η αφαίρεση των αλλεργιογόνων πρωτεΐνης από τα τρόφιμα. Μπορούν να υδρολύσουν την καζεΐνη στο γάλα και να μειώσουν την αλλεργιογένεση των γαλακτοκομικών προϊόντων. Ο γαλακτοβάκιλλος και ο εντερόκοκκος είναι μεταξύ των βακτηρίων γαλακτικού οξέος που μπορούν να βελτιώσουν την πεπτικότητα των πρωτεϊνών. Εκτός από τα ευεργετικά τους αποτελέσματα, τα βακτήρια γαλακτικού οξέος μπορεί να βελτιώσουν τη γεύση του τυριού. Ορισμένα στελέχη μπορούν επίσης να παράγουν ισταμίνη.

Τα βακτηριακά στελέχη του Lactobacillus Plantarum παίζουν βασικό ρόλο στη διαδικασία ζύμωσης της προζύμης. Παράγουν αμυλάση, αμυλοπουλλουλανάση και δεξτρίνη, όλα απαραίτητα για την υδρόλυση του αμύλου. Είναι ενδιαφέρον ότι τα βακτήρια γαλακτικού οξέος παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη ζύμωση της προζύμης.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *