Inligting

Wat het verskillende fermentasieprodukte in gemeen?

Wat het verskillende fermentasieprodukte in gemeen?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek het die volgende vraag in my meesterskursus ontmoet:

Wat het verskillende fermentasieprodukte in gemeen?

As ek hieroor dink, sukkel ek om die ooreenkomste tussen melksuur- en alkoholfermentasie te identifiseer.


Alhoewel daar geen netto oksidasie of vermindering in glikolise is nie, is 'n konstante toevoer van NAD+ is (paradoksaal genoeg) nodig sodat glikolise kan voortgaan. Andersins kon die gliseraldied-3-fosfaat dehidrogenase reaksie (GAPdh) nie 1,3-difosfogliseraat genereer nie.

So hoe word die NADH wat in die GAPdh-reaksie gegenereer word, teruggeskakel na NAD+? Beide alkohol- en melksuurfermentasie regenereer NAD+ deur reduksie van die koolstofskelet wat in die GAPdh-reaksie geoksideer is, alhoewel op verskillende 'punte' in die glikolitiese reaksievolgorde.

In alkoholfermentasie tree alkoholdehidrogenase op as aldehied reduktase, reduseer asetaldehied tot etanol en NAD+. In melksuurfermentasie tree laktaatdehidrogenase op as 'n piruvaatreduktase, reduseer piruvaat tot laktaat en NAD+.

In beide alkohol- en melksuurfermentasie, daar is geen netto oksidasie of reduksie nie: glikolis is die splitsing van glukose.

Laastens kan ons daarop let dat die elektronaanvaarder in beide gevalle 'intern' is. Nie een van die prosesse vereis 'n eksterne elektronontvanger soos suurstof nie. Die elektrone wat van die koolstofskelet verwyder is in die GAPdh-reaksie (wat NADH genereer) word teruggevoeg by dieselfde koolstofskelet (maar met verskillende molekulêre rangskikking) in beide die ADH- en LDH-reaksies.


V1. Wat het verskillende fermentasieprodukte in gemeen?

A1. Hulle word gegenereer in 'n reaksie waarin NADH na NAD heroksideer word+, wat anaërobiese oksidasie (bv. van glukose) toelaat om voort te gaan.

V2. Wat is die ooreenkomste tussen melksuur- en alkoholfermentasie?

A2. Hulle beide genereer ATP 'op die substraatvlak' (d.w.s. direk in reaksies, sonder om oksidatiewe fosforilering te gebruik) in 'n volgorde van reaksies wat oksidasie deur NADH behels. Die eindproduk van die oksidasie (hier piruvaat) is van geen verdere nut vir anaërobiese generering van ATP nie en dit is dus onbelangrik waartoe dit deur NADH gereduseer word.

Dit word hieronder geïllustreer (sien ook hierdie vraag):

(Soos genoem in die antwoord van @xusr, word piruvaat omgeskakel na asetaldehied voor die NADH-stap.)

Daar is ander tipes fermentasie met verskillende eindprodukte - sien bv. die Wikipedia-artikel oor fermentasie - maar die algemene beginsel is dieselfde.


8.4: Fermentasie

  • Bygedra deur OpenStax
  • Algemene Biologie by OpenStax CNX
  • Definieer fermentasie en verduidelik hoekom dit nie suurstof benodig nie
  • Beskryf die fermentasieweë en hul eindprodukte en gee voorbeelde van mikroörganismes wat hierdie weë gebruik
  • Vergelyk en kontrasteer fermentasie en anaërobiese respirasie

Baie selle is nie in staat om asemhaling uit te voer nie as gevolg van een of meer van die volgende omstandighede:

  1. Die sel het nie 'n voldoende hoeveelheid van enige geskikte, anorganiese, finale elektronaanvaarder om sellulêre respirasie uit te voer nie.
  2. Die sel het nie gene om geskikte komplekse en elektrondraers in die elektronvervoerstelsel te maak nie.
  3. Die sel het nie gene om een ​​of meer ensieme in die Krebs-siklus te maak nie.

Terwyl die gebrek aan 'n geskikte anorganiese finale elektronaannemer omgewingsafhanklik is, word die ander twee toestande geneties bepaal. Dus, baie prokariote, insluitend lede van die klinies belangrike genus Streptokokke, is permanent nie in staat om asem te haal nie, selfs in die teenwoordigheid van suurstof. Omgekeerd is baie prokariote fakultatief, wat beteken dat, sou die omgewingstoestande verander om 'n geskikte anorganiese finale elektronaanvaarder vir respirasie te verskaf, organismes wat al die gene bevat wat nodig is om dit te doen sal oorskakel na sellulêre respirasie vir glukosemetabolisme omdat respirasie baie groter ATP moontlik maak. produksie per glukosemolekule.

As respirasie nie plaasvind nie, moet NADH heroksideer word na NAD + vir hergebruik as 'n elektrondraer vir glikolise, die sel se enigste meganisme vir die vervaardiging van enige ATP, om voort te gaan. Sommige lewende sisteme gebruik 'n organiese molekule (gewoonlik piruvaat) as 'n finale elektronaannemer deur 'n proses wat fermentasie genoem word. Fermentasie behels nie 'n elektronvervoerstelsel nie en produseer nie direk enige bykomende ATP behalwe dit wat tydens glikolise geproduseer word deur substraatvlakfosforilering nie. Organismes wat fermentasie uitvoer, wat fermenteerders genoem word, produseer 'n maksimum van twee ATP-molekules per glukose tydens glikolise. Tabel (PageIndex<1>) vergelyk die finale elektronaannemers en metodes van ATP-sintese in aërobiese respirasie, anaërobiese respirasie en fermentasie. Let daarop dat die aantal ATP-molekules wat vir glikolise getoon word, die Embden-Meyerhof-Parnas-weg aanneem. Die aantal ATP-molekules gemaak deur substraatvlakfosforilering (SLP) teenoor oksidatiewe fosforilering (OP) word aangedui.

Elektronvervoer en chemiosmose (OP):

Elektronvervoer en chemiosmose (OP):

Mikrobiese fermentasieprosesse is deur mense gemanipuleer en word wyd gebruik in die produksie van verskeie voedsel en ander kommersiële produkte, insluitend farmaseutiese produkte. Mikrobiese fermentasie kan ook nuttig wees om mikrobes vir diagnostiese doeleindes te identifiseer.

Fermentasie deur sommige bakterieë, soos dié in jogurt en ander versuurde voedselprodukte, en deur diere in spiere tydens suurstofuitputting, is melksuurfermentasie. Die chemiese reaksie van melksuurfermentasie is soos volg:

Piruvaat + NADH&harrmelksuur + NAD+Piruvaat + NADH&emsp&harr&emsplaktiese suur + NAD+

Bakterieë van verskeie gram-positiewe genera, insluitend Lactobacillus, Leuconostoc, en Streptokokke, staan ​​gesamentlik bekend as die melksuurbakterieë (LAB), en verskeie stamme is belangrik in voedselproduksie. Tydens jogurt- en kaasproduksie denatureer die hoogs suur omgewing wat deur melksuurfermentasie gegenereer word proteïene wat in melk voorkom, wat veroorsaak dat dit stol. Wanneer melksuur die enigste fermentasieproduk is, word gesê dat die proses hommelksuurgisting is, so is die geval vir Lactobacillus delbrueckii en S. termofiele gebruik in jogurtproduksie. Baie bakterieë voer egter heterolaktiese fermentasie uit, wat 'n mengsel van melksuur, etanol en/of asynsuur en CO produseer2 as gevolg daarvan, as gevolg van hul gebruik van die vertakte pentosefosfaatweg in plaas van die EMP-weg vir glikolise. Een belangrike heterolaktiese fermenteerder is Leuconostoc mesenteroides, wat gebruik word om groente soos komkommers en kool te versuur, wat onderskeidelik piekels en suurkool produseer.

Melksuurbakterieë is ook medies belangrik. Die produksie van lae pH-omgewings binne die liggaam inhibeer die vestiging en groei van patogene in hierdie gebiede. Byvoorbeeld, die vaginale mikrobiota bestaan ​​hoofsaaklik uit melksuurbakterieë, maar wanneer hierdie bakterieë verminder word, kan gis vermeerder, wat 'n gisinfeksie veroorsaak. Daarbenewens is melksuurbakterieë belangrik om die gesondheid van die spysverteringskanaal te handhaaf en is dit dus die primêre komponent van probiotika.

Nog 'n bekende fermentasieproses is alkoholfermentasie, wat etanol produseer. Die etanolfermentasiereaksie word in Figuur (PageIndex<1>) getoon. In die eerste reaksie verwyder die ensiem piruvaat dekarboksilase 'n karboksielgroep uit piruvaat, wat CO vrystel2 gas terwyl dit die tweekoolstofmolekule asetaldehied produseer. Die tweede reaksie, gekataliseer deur die ensiem alkohol dehidrogenase, dra 'n elektron oor van NADH na asetaldehied, wat etanol en NAD + produseer. Die etanolfermentasie van piruvaat deur die gis Saccharomyces cerevisiae word gebruik in die produksie van alkoholiese drank en laat broodprodukte ook rys as gevolg van CO2 produksie. Buite die voedselbedryf is etanolfermentasie van plantprodukte belangrik in biobrandstofproduksie.

Figuur (PageIndex<1>): Die chemiese reaksies van alkoholfermentasie word hier getoon. Etanolfermentasie is belangrik in die produksie van alkoholiese drankies en brood.

Behalwe melksuurfermentasie en alkoholfermentasie, kom baie ander fermentasiemetodes in prokariote voor, alles met die doel om 'n voldoende toevoer van NAD + vir glikolise te verseker (Tabel (PageIndex<2>)). Sonder hierdie weë sou glikolise nie plaasvind nie en geen ATP sou geoes word uit die afbreek van glukose nie. Daar moet kennis geneem word dat die meeste vorme van fermentasie behalwe hommelaksiese fermentasie gas produseer, gewoonlik CO2 en/of waterstofgas. Baie van hierdie verskillende tipes fermentasiepaaie word ook in voedselproduksie gebruik en elkeen lei tot die produksie van verskillende organiese sure, wat bydra tot die unieke geur van 'n spesifieke gefermenteerde voedselproduk. Die propionzuur wat tydens propionzuurfermentasie geproduseer word, dra by tot die kenmerkende geur van byvoorbeeld Switserse kaas.

Verskeie fermentasieprodukte is kommersieel belangrik buite die voedselindustrie. Byvoorbeeld, chemiese oplosmiddels soos asetoon en butanol word tydens asetoon-butanol-etanol-fermentasie geproduseer. Komplekse organiese farmaseutiese verbindings wat in antibiotika (bv. penisillien), entstowwe en vitamiene gebruik word, word deur gemengde suurfermentasie geproduseer. Fermentasieprodukte word in die laboratorium gebruik om verskeie bakterieë vir diagnostiese doeleindes te onderskei. Byvoorbeeld, enteriese bakterieë is bekend vir hul vermoë om gemengde suurfermentasie uit te voer, wat die pH verlaag, wat met 'n pH-aanwyser opgespoor kan word. Net so kan die bakteriële produksie van asetoïen tydens butaandiolfermentasie ook opgespoor word. Gasproduksie van fermentasie kan ook gesien word in 'n omgekeerde Durham-buis wat geproduseerde gas in 'n souskultuur vasvang.

Mikrobes kan ook gedifferensieer word volgens die substrate wat hulle kan fermenteer. Byvoorbeeld, E coli kan laktose fermenteer en gas vorm, terwyl sommige van sy nabye gram-negatiewe verwante nie. Die vermoë om die suikeralkoholsorbitol te fermenteer word gebruik om die patogeniese enterohemorragiese O157:H7-stam van E coli want anders as ander E coli stamme, is dit nie in staat om sorbitol te fermenteer nie. Laastens onderskei mannitolfermentasie die mannitol-fermentasie Staphylococcus aureus van ander nie&ndashmannitol-fermenterende stafilokokke.

Tabel (PageIndex<2>): Algemene fermentasiepaaie
Pad Eindprodukte Voorbeeld mikrobes Kommersiële produkte
Asetoon-butanol-etanol Asetoon, butanol, etanol, CO2 Clostridium acetobutylicum Kommersiële oplosmiddels, petrol alternatief
Alkohol Etanol, CO2 Candida, Saccharomyces Bier, brood
Butaandiol Miere en melksuur etanol asetoïen 2,3 butaandiol CO2 waterstofgas Klebsiella, Enterobacter Chardonnay wyn
Bottersuur Bottersuur, CO2, waterstofgas Clostridium butyricum Botter
Melksuur Melksuur Streptokokke, Lactobacillus Suurkool, jogurt, kaas
Gemengde suur Asyn-, miere-, melk- en barnsteensuur etanol, CO2, waterstofgas Escherichia, Shigella Asyn, skoonheidsmiddels, farmaseutiese produkte
Propionzuur Asynsuur, propionzuur, CO2 Propionibacterium, Bifidobacterium Switserse kaas

Wanneer sal 'n metabolies veelsydige mikrobe fermentasie eerder as sellulêre respirasie uitvoer?

IDENTIFISERING VAN BAKTERIE DEUR DIE GEBRUIK VAN API-TOETSPANELE

Identifikasie van 'n mikrobiese isolaat is noodsaaklik vir die behoorlike diagnose en toepaslike behandeling van pasiënte. Wetenskaplikes het tegnieke ontwikkel wat bakterieë identifiseer volgens hul biochemiese eienskappe. Tipies ondersoek hulle óf die gebruik van spesifieke koolstofbronne as substrate vir fermentasie of ander metaboliese reaksies, óf hulle identifiseer fermentasieprodukte of spesifieke ensieme wat in reaksies teenwoordig is. In die verlede het mikrobioloë individuele proefbuise en plate gebruik om biochemiese toetse uit te voer. Wetenskaplikes, veral dié in kliniese laboratoriums, gebruik egter nou meer gereeld plastiek, weggooibare multitoetspanele wat 'n aantal miniatuurreaksiebuisies bevat, wat gewoonlik 'n spesifieke substraat en pH-aanwyser insluit. Na inenting van die toetspaneel met 'n klein monster van die betrokke mikrobe en inkubasie, kan wetenskaplikes die resultate vergelyk met 'n databasis wat die verwagte resultate vir spesifieke biochemiese reaksies vir bekende mikrobes insluit, en sodoende vinnige identifikasie van 'n monstermikrobe moontlik maak. Hierdie toetspanele het wetenskaplikes in staat gestel om koste te verminder terwyl hulle doeltreffendheid en reproduseerbaarheid verbeter het deur 'n groter aantal toetse gelyktydig uit te voer.

Baie kommersiële, geminiaturiseerde biochemiese toetspanele dek 'n aantal klinies belangrike groepe bakterieë en giste. Een van die vroegste en gewildste toetspanele is die Analytical Profile Index (API)-paneel wat in die 1970's uitgevind is. Sodra 'n basiese laboratoriumkarakterisering van 'n gegewe stam uitgevoer is, soos die bepaling van die stam&rsquos Gram-morfologie, kan 'n toepaslike toetsstrook wat 10 tot 20 verskillende biochemiese toetse bevat om stamme binne daardie mikrobiese groep te onderskei, gebruik word. Tans kan die verskillende API-stroke gebruik word om vinnig en maklik meer as 600 spesies bakterieë, beide aërobies en anaërobies, en ongeveer 100 verskillende tipes giste te identifiseer. Gebaseer op die kleure van die reaksies wanneer metaboliese eindprodukte teenwoordig is, as gevolg van die teenwoordigheid van pH-aanwysers, word 'n metaboliese profiel uit die resultate geskep (Figuur (PageIndex<2>)). Mikrobioloë kan dan die monster&rsquos-profiel met die databasis vergelyk om die spesifieke mikrobe te identifiseer.

Figuur (PageIndex<2>): Die API 20NE-toetsstrook word gebruik om spesifieke stamme van gram-negatiewe bakterieë buite die Enterobacteriaceae te identifiseer. Hier is 'n API 20NE-toetsstrookresultaat vir Photobacterium damselae ssp. piscicida.

Baie van Hannah & rsquos simptome stem ooreen met verskeie verskillende infeksies, insluitend griep en longontsteking. Haar trae reflekse saam met haar ligsensitiwiteit en stywe nek dui egter op 'n moontlike betrokkenheid van die sentrale senuweestelsel, wat dalk meningitis aandui. Meningitis is 'n infeksie van die serebrospinale vloeistof (CSF) rondom die brein en rugmurg wat inflammasie van die meninges veroorsaak, die beskermende lae wat die brein bedek. Meningitis kan deur virusse, bakterieë of swamme veroorsaak word. Alhoewel alle vorme van meningitis ernstig is, is bakteriële meningitis besonder ernstig. Bakteriële meningitis kan veroorsaak word deur verskeie verskillende bakterieë, maar die bakterie Neisseria meningitidis, 'n gram-negatiewe, boontjievormige diplococcus, is 'n algemene oorsaak en lei tot die dood binne 1 tot 2 dae in 5% tot 10% van pasiënte.

Gegewe die potensiële erns van Hannah&rsquos se toestande, het haar dokter haar ouers aangeraai om haar na die hospitaal in die Gambiese hoofstad Banjul te neem en haar daar te laat toets en vir moontlike breinvliesontsteking te laat behandel. Na 3 uur se ry na die hospitaal is Hannah dadelik opgeneem. Dokters het 'n bloedmonster geneem en 'n lumbale punksie uitgevoer om haar CSF te toets. Hulle het haar ook dadelik begin op 'n kursus van die antibiotika ceftriaxone, die middel van keuse vir die behandeling van meningitis wat veroorsaak word deur N. meningitidis, sonder om te wag vir laboratoriumtoetsresultate.

  1. Hoe kan biochemiese toetsing gebruik word om die identiteit van N. meningitidis?
  2. Hoekom het Hannah & rsquos dokters besluit om antibiotika toe te dien sonder om te wag vir die toetsuitslae?

Oksidasie vs. Fermentasie 16 September 2019 1 Kommentaar

Oksidasie is die proses van suurstof wat in die selle inkom en primêre faktor wat onderskei tussen die ses ware tipes tee: wit, geel, groen, oolong, swart en na-gegiste. Weet jy hoe 'n appel bruin word as jy daaraan byt? Dit is oksidasie! Die selwande word gebreek en suurstof stroom in, wat 'n vrystelling van 'n ensiem (polifenoloksidase, of PPO) veroorsaak, wat 'n nuwe chemikalie binne die plant skep (genoem o-kinone), wat op hul beurt met aminosure reageer om melanienpigmente te produseer .
Yowza. Om op te som, wanneer selle in teeblare (of appels, blaarslaai, ens.) beskadig word, veroorsaak 'n chemiese reaksie domino-effek dat die vleis bruin word. Benewens die visuele verandering, kan die reaksies wat in die teeblaar plaasvind die geur, mondgevoel en selfs kafeïen-biobeskikbaarheid in jou koppie verander! Vir meer inligting oor die oksidasievlakke in verskeie tee, lees my onlangse blogpos oor die ses ware soorte tee.

Fermentasie vind plaas wanneer gis en/of bakterieë plant- of dieremateriaal afbreek en dit basies met verloop van tyd verteer. Die neweprodukte is koolstofdioksied, alkohol en superlekker geur! In die teewêreld word hierdie proses doelbewus toegepas op 'n kategorie tee wat "na-gegiste", "hei-cha" of "verouderde tee" genoem word. Die mees algemene familie van hei-cha is pu-erh, wat uit die Yunnan-streek van China kom en met óf 'n swam- óf bakteriese kolonie behandel is, en dan in 'n grot gelaat is om te verouder totdat dit regs is. Hei-chas is soos die kase van die teewêreld! Tonne verskeidenheid met baie benaderings, sommige funker as ander. Gefermenteerde tee is 'n wilde wêreld, en ek moedig jou sterk aan om dit te verken. Waarskuwing: dit is maklik om hieraan verslaaf te raak en te vergeet dat ander tee selfs bestaan!

Ek hoop dit het die terminologie vir jou 'n bietjie opgeklaar. As die onderskeid tussen oksidasie en fermentasie nog onduidelik is, los 'n opmerking en ek sal my bes doen om te verduidelik!


Eindprodukte van fermentasie:

Die Eindprodukte van fermentasie word vervaardig uit verskillende tipes fermentasie:

  1. Etanol en koolstofdioksied word vervaardig uit alkohol fermentasie (etanolfermentasie). Hulle word deur swamme geproduseer, veral deur gis.
  2. Melksure word vervaardig uit hommelksuurfermentasie. Hulle word vervaardig deur Streptococcus en sommige spesies Lactobacillus.
  3. Melksuur, asynsuur, mieresuur, asetoïen, 2,3-butileenglikol, etanol en koolstofdioksied word vervaardig uit hetermelksuurfermentasie. Hulle word vervaardig deur Enterobacter, Aeromonas en Bacillus polymyxa.
  4. Propionzuur, asynsuur, barnsteensuur en koolstofdioksied word vervaardig uit Propionzuur fermentasie. Hulle word vervaardig deur Clostridium propionicum, Propionicum, Corynebacterium diphtheriae, Neisseria, Veillonella en Micromonospora.
  5. Melksuur, asynsuur, mieresuur, barnsteensuur, waterstof, etanol en koolstofdioksied word vervaardig uit Gemengde suurfermentasie. Hulle word vervaardig deur E. coli, Salmonella, Shigella en Proteus.
  6. Butanol, bottersuur, asetoon, isopropanol, asynsuur, waterstof, etanol en koolstofdioksied word vervaardig uit Butanol-Botersuur fermentasie. Hulle word vervaardig deur Butyribacterium, Zymosarcina maxima en Clostridium.

Industriële biochemikalieë (alkohole en oplosmiddels)

  1. Etanol word vervaardig deur Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces fragillis van vrugteafval, soet sorghum, beet, com, johannesbroodpeule. Dit word as bier, wyn en brandstof gebruik.
  2. Asetoon, isopropanol en butanol word vervaardig deur Clostridium acetobutylicum van melasse.
  3. Gliserol word vervaardig deur Saccharomyces sp. van melasse.
  4. Sorbitol word vervaardig deur Acetobacter sp.
  5. Propyleengly word vervaardig deur Bacillus sp.

Organiese sure

  1. Sitroensuur word vervaardig deur Aspergillus niger van suikerriet bagasse, vrugteafval, koringsemels.
  2. Melksuur word vervaardig deur Lactobacills delbrueckii van soet sorghum, suikerriet, glukosemelk en vleis.
  3. Akrielsuur word vervaardig deur Bacillus sp.
  4. Asynsuur word vervaardig deur Acetobacter sp. van etanol. Dit word as asyn gebruik.
  5. Propionzuur word vervaardig deur Propionibacterium shermanii.
  6. Fumaarsuur word vervaardig deur Rhizopus sp.
  7. Gibberelliensuur word vervaardig deur Gibberella fujikuroi van koringsemels.
  1. Glukoamilase word vervaardig deur Aspergillus niger / A. oryzae van kassawe, koringsemels, mielies.
  2. Rennin word vervaardig deur Mucor pusillus, Mucor miehei van koringsemels
  3. Amilase / neutrale protease word vervaardig deur Bacillus subtilis van koringsemels, maniok.
  4. Sellulase word vervaardig deur Trichoderma reesei van koringsemels, koringstrooi, Beetpulp, sellulosiese biomassa.
  5. Galaktosidase word vervaardig deur Kluyveromyces laccis van wei + mielies of koringsemels.
  6. Protease word vervaardig deur Penicillium caseicolum, Martierella renispora, van koringsemels, gedroogde afgeroomde melk.
  7. Invertase word vervaardig deur Saccharmyces cerevisiae.
  8. Lipase word vervaardig deur lipolytiese.
  9. Pektinases word vervaardig deur Aspergillus spp. / Rhizopus oryzae van vrugteafval, koringsemels, koffiepulp.
  10. Laktase word vervaardig deur Saccharomyces lactis / Rhizopus oryzae.
  11. Alkaliese protease word vervaardig deur Bacillus licheniformis.
  12. Glukose-isomerase word vervaardig deur Bacillus coagulans.

Aminosure:

  1. L-Lysine word vervaardig deur Corynebacterium glutamicum.
  2. Glutamiensuur word vervaardig deur Brevibacterium spp.
  1. Riboflavin word vervaardig deur Ashbya gossypii.
  2. Vitamien B12 word vervaardig deur Pseudomonas denitrificans, Propionibacterium shermanii.
  3. Sorbose (vitamien C of askorbiensuur) word geproduseer deur Gluconobacter van sorbitol.

Polisakkariede

  1. Dextran word vervaardig deur Leuconostoc mesenterodieë.
  2. Xanthan kougom word vervaardig deur Xanthomonas campestris.

Bio-insekdoders

Voedselaanvullings

  1. Enkelselproteïen (SCP) word vervaardig deur Metanogene bakterieë, Spirulina sp. / Fusarium sp. van stysel- of sellulosiese biomassa.
  2. Enkelselolie (SCO) word vervaardig deur Rhizopus oryzae.

Farmaseutiese (antibiotika)

  1. Penisillien word vervaardig deur Penicillium chrysogenum van suikerriet bagasse.
  2. Tetrasiklien word vervaardig deur Streptomyces viridifaciens van patatresidu.
  3. Iturien, surfaktien word vervaardig deur Bacillus subeilis van sojaboonmelkresidu.
  4. Streptomisien, Neomisiene, Tetrasikliene, Amfoteresien-B, Kanamisiene, Poliksiene en Aktidion word vervaardig deur Streptomyces spp.
  5. Gramicidin - S word vervaardig deur Bacillus brevis.
  6. Polimixin - B word vervaardig deur Bacillus polymyxa.
  7. Kefalosporien word vervaardig deur Cephalosporium acremonium van gars.

1 gedagte oor &ldquoWat is die eindprodukte van fermentasie&rdquo

Daar is 40 verskillende eindprodukte wat in hierdie artikel gelys word. Dit is 'n groot versameling.


Fermentasie, die nuwe proteïenvoorsieningsketting

FIG. 1. Sellulêre landbou, 'n metode om dierlike proteïene te maak sonder om diere te gebruik.
Hierdie syfer is hergepubliseer vanaf &ldquoCellular Agriculture: An extension of common production methods for food&rdquo met toestemming van die uitgewer The Good Food Institute.

Hoë-proteïenvoedsel is nie net vir liggaamsbouers en ekstreme atlete vandag nie&rsquos verbruikers beskou die bestanddeel as 'n integrale deel van hul dieet. Volgens 'n onlangse markontleding (https://tinyurl.com/y2evtyz2), sal proteïenbestanddele teen 2025 $48 miljard wêreldwyd bereik. In 2016 het diere 72 persent van die wêreldwye proteïenbestanddeelbedryf voorsien. Om in die toekomstige vraag te voorsien, sal 'n proteïenvoorsieningsketting vereis wat nie net op diere staatmaak nie. Plantgebaseerde proteïenbronne is beskikbaar, maar vir baie toepassings vertoon hulle nie dieselfde sensoriese of funksionele eienskappe as dierproteïene nie. In plaas daarvan om aan te pas om 'n plantgebaseerde proteïenformulering meer soos 'n dierlike een te maak, het vooruitgang in biotegnologie begin-ups veroorsaak wat proteïene op bestelling verskaf. Maatskappye kan die ideale proteïen vir 'n gegewe toepassing identifiseer en, agteruit werk, die genetika bepaal wat nodig is om dit te produseer. Hulle kodeer dan die genetiese inligting in die kern van 'n gasheerorganisme, soos bakterieë of swamme. Wanneer hierdie mikroörganismes op suiker of ander voedingstowwe in fermentasietenks voed, volg die selle die geënkodeerde instruksies en produseer 'n oorvloed van die gespesifiseerde proteïen. Nadat die proteïene van die gasheerselle geskei is, is die laaste stap in die proses suiwering. Deur fermentasie te gebruik, ontgin maatskappye 'n mikroörganisme se natuurlike metaboliese proses en optimaliseer proteïene vir 'n verskeidenheid marktoepassings, van skoonheidsmiddels teen veroudering tot veganistiese plaasvervangers vir suiwelprodukte. Met multimiljoen-dollar-beleggings in proteïenmaatskappye wat nou 'n roetine is, word die droom van sellulêre landbou vinnig werklikheid. Die sukses van biotegnologie-verbeterde fermentasie is duidelik in die groeitempo van maatskappye soos Geltor (https://www.geltor.com) en Perfect Day (https://www.perfectdayfoods.com). &ldquoSo baie begin-ups en ander vroeë stadium maatskappye dink aan fermentasie om biomateriale te bou wat histories verkry is van diere of ander bronne wat om ander redes nie-volhoubaar of uitdagend was,&rdquo sê Alex Lorestani, medestigter en HUB van Geltor , 'n kosmetiese bestanddeel maatskappy, gebaseer in San Leandro, Kalifornië wat spesialiseer in kollageen. Sodra jy 'n nuwe proteïen geskep het wat van 'n meer doeltreffende, skoner bron kom en aangepas kan word vir individuele toepassings soos kos, is daar baie geleenthede daar, & rdquo sê Tim Geistlinger, hoof tegnologie beampte by Perfect Day, 'n maatskappy in San Francisco , Kalifornië, wat veganistiese suiwelvervangers maak. & ldquoDit is die begin van 'n manier om 'n nuwe proteïenvoorsieningsketting te skep.& rdquo

Skoonheid van mikrobes

Geltor het in 2015 begin met 'n bankskaal bewys van konsep vir 'n kollageen Lorestani en sy medestigter, Nick Ouzounov, ontwikkel. In April 2018 het hulle hul eerste kommersiële skaalproduk, N-Collage&trade, bekendgestel en ses maande later het hulle $18,2 miljoen van beleggers ontvang om hul produkaanbiedinge uit te brei (https://tinyurl.com/y3ffqr47). Lorestani sê dat hy die uitdagings waargeneem het verbonde aan die gebruik van sellulêre landbou om proteïene vir 'n groot verbruikersmark te produseer, soos om beesvleis in die voedselbedryf te vervang. In plaas daarvan het sy maatskappy verkies om te fokus op bestanddele van hoër waarde wat in kleiner hoeveelhede geproduseer word. Nadat hy gesien het hoe sintetiese biologie so suksesvol vir geneesmiddelontwikkeling gebruik word, wou hy en Ouzounov dit in die verbruikersproduktebedryf toepas. & ldquoWat ons in staat was om te doen is om 'n proteïen wetenskap benadering tot die verbetering van die bestanddele in skoonheidsmiddels en persoonlike sorg produkte, & rdquo sê hy. Om byvoorbeeld 'n kollageen te produseer wat syerig op die vel voel, vind hulle natuurlike kollageen wat so 'n kwaliteit vertoon. Met behulp van berekeningsbiologie ontwikkel hulle 'n aminosuurvolgorde vir die verlangde proteïen en ingenieur mikroörganismes om dit te maak. &ldquoDit beteken ons produseer 'n suiwer proteïenproduk wat identies is aan een wat in die natuur voorkom,&rdquo sê Lorestani. Hy voeg by dat die meeste natuurlike proteïene nog nie op industriële skaal vervaardig word nie. Kollageen is byvoorbeeld een van die volopste proteïene in die diereryk, maar net twee tipes word tans van diere geoes. Fermentasie gee wetenskaplikes toegang tot die diversiteit van die natuur deur die magdom maniere waarop 'n mikro-organisme en DNA verander kan word. Dit bied 'n splinternuwe gereedskapstel vir wetenskaplikes om enige molekule te skep wat hulle kan voorstel. Vir Lorestani, en baie ander wat produkte in hierdie arena bekendstel, is die belangrikste ding dat sellulêre landbou sy maatskappy in staat stel om 'n proteïenproduk te maak sonder die ondoeltreffendheid om 'n dier groot te maak en te slag.

&ldquoSuiwel&rdquo sonder koeie

Soos Geltor, het Perfect Day daarop gemik om die medisynebedryf se biotegnologie-sukses in die verbruikersgoederebedryf na te boots, en het vinnig 'n proteïenproduk na die mark gebring. Perfect Day is in 2014 gestig, het in die eerste paar jaar $40 miljoen van beleggers ingesamel en het teen die einde van 2018 'n gesamentlike ontwikkelingsooreenkoms met Archer Daniels Midland aangegaan (https://tinyurl.com/y38fyg9d). Een verskil tussen die twee maatskappye is dat die medestigters van Perfect Day vegan is. Perfect Day maak suiwelproteïene sonder die koei. &ldquoOm die proteïene te maak wat suiwel spesiaal maak, vereis baie verskillende proteïene,&rdquo Geistlinger sê. Daar word algemeen na hulle verwys as die wei-proteïene en die wrongelproteïene. Hulle val in daardie twee verskillende klasse proteïene. Ons maak 'n groot meerderheid van die belangrikste proteïene wat in suiwel is.&rdquo Die maatskappystigters wou 'n produk verskaf met die voordeel van melk&rsquos voedings- en sensoriese eienskappe, maar sonder om diere te benadeel of om die grond- en watergebruik van die grootmaak van 'n dier te eis. En hulle wou 'n veganistiese produk produseer wat by almal aanklank vind. Geistlinger sê hul suiwelproteïene word nog nie gebruik om melk te maak nie, aangesien melk so ingewikkeld is. Hulle gebruik mikroflora om proteïene te maak, soos kaseïnaatproteïene, wat welbekend is aan voedselformuleerders. &ldquoOns gebruik 'n paar verskillende organismes wat in die voedselbedryf gebruik is om proteïene en ensieme en probiotika te maak,&rdquo sê hy. Die maatskappy gebruik swamme, gis en bakterieë om 'n reeks proteïene te produseer. Deur 'n verskeidenheid selle te gebruik, kan hulle 'n verskeidenheid produkte vervaardig. &ldquoOns kan veelvuldige proteïene van 'n enkele gasheer maak of ons kan 'n individuele een maak. Ons kan daardie verhoudings beheer sodat ons dit later kan herkombineer, of ons kan met 'n mengsel begin, & rdquo sê Geistlinger. Perfect Day fokus tans daarop om individuele proteïene te maak om aan verbruikers se eise vir 'n self-aangepaste, hoë-voedingsprofiel te voldoen, sê hy.

Ongebonde veelsydigheid

Volgens Geistlinger vervang Perfect Day bestanddele vir 'n wye verskeidenheid toepassings oor 'n wye reeks items in die kruidenierswinkel, maar hy wys daarop dat die tegnologie wat hulle gebruik, verder gaan as proteïene. &ldquoHierdie tegnologie het toepassings in biomateriale en medisyne en allerhande dinge,&rdquo sê hy. &ldquoDit is regtig 'n fassinerende markplek.&rdquo &ldquoDie vermoë om selle te ontwerp en baie doelgerig te ontwerp, het ordes van grootte beter geword as wat dit in die verlede was, en die wetenskap groei steeds teen 'n vinnige pas,&rdquo sê Christophe Schilling, HUB en medestigter van Genomatica, 'n maatskappy in San Diego, Kalifornië wat fermentasie vir 'n ander produkarena gebruik. Genomatica skep verbindings om dié te vervang wat eens net deur petrochemiese verwerking beskikbaar was, soos nylon en butileenglikol. Fermentasie is nie net meer doeltreffend vir die maak van proteïene in vergelyking met industriële boerdery volgens Schilling nie, dit is oor die algemeen meer doeltreffend. Vervaardiging met biologie verminder die tussenprodukte en newe-reaksies wat algemeen in chemiese verwerking voorkom. Byvoorbeeld, chemies vervaardigde butieleenglikol lei tot 'n 50-50 rasemiese mengsel wat moeilik is om te skei. &ldquoOns kan enige vorm maak wat ons wil teen byna 100 persent suiwerheid teen dieselfde koste wat dit neem om die rasmiese mengsel te produseer,&rdquo sê Schilling. &ldquoAs daar toepassings is wat een of ander vorm van daardie molekule benodig, sal biologie maklik oor chemie lewer. Dit is 'n groot voordeel.&rdquo Die wetenskaplike voordele wat fermentasie meebring, lok byna weekliks nuwe ondernemings (https://tinyurl.com/y7ydzk33). Gretigheid om in die mark te kom het ook ondersteunende nywerhede geloods. Die nuutste, Cultural Biosciences, spesialiseer in die uitvoer van bewys-van-konsep-eksperimente vir maatskappye wat beplan om hierdie ruimte te betree (https://tinyurl.com/y5tkwe5o). Die nuutste maatskappye sal slim wees om die tyd te neem om te leer van diegene wat hulle voortgesit het. &ldquoDie maatskappye wat nou daarin slaag, maak eintlik produkte aansienlik beter as enigiets wat jy van petroleum, of 'n vark, of 'n plant, vir die saak kan kry,&rdquo sê Lorestani. &ldquoOm dinge te maak wat beter is, is wat jou in staat stel om in hierdie bedryf te slaag.&rdquo In die komende maande sal verbruikers die kans kry om self te oordeel namate produkte van Geltor en Perfect Day begin meeding teen tradisioneel verkrygde produkte in die mark.

Rebecca Guenard is die mederedakteur van LIG IN by AOCS. Sy kan gekontak word by [email protected]

Verwysings

  • Heterotrofiese kulture van mikroalge: metaboliese en potensiële produkte, Bashan, Y., et al., Water Res. 45: 11&ndash36, 2011.
  • In die rigting van skaalbare produksie van 'n kollageenagtige proteïen van Streptococcus pyogenes vir biomediese toepassings, Peng, Y.Y., et al., Mikrobiese selfabrieke 11: 46, 2012.
  • Beginsels van Fermentasie Tegnologie, Derde Uitgawe, deur P.F.Stanbury, A. Whitaker en S.J. Hall, Butterworth-Heinemann, Cambridge, MA, 2017.

AOCS Hoofkwartier
2710 S. Boulder
Urbana, IL 61802-6996 VSA
Foon: +1 217-359-2344
Faks: +1 217-351-8091


5 Hooftipes fermentasies

Die volgende punte beklemtoon die vyf hooftipes fermentasie. Die tipes is: 1. Alkoholiese fermentasie 2. Melksuurfermentasie 3. Propionic Acid Fermentation 4. Butyric Acid — Butanol Fermentation 5. Mixed Acid Fermentation.

Type # 1. Alcoholic Fermentation:

Alcoholic fermentation generally means production of ethanol (CH3CH2OH). Commonly yeasts, particularly Saccharomyces cerevisiae, are used for production of various alcoholic beverages, as well as industrial alcohol. Yeasts are essentially aerobic organisms, but they can also grow as facultative anaerobes.

The energy-yield under anaerobic conditions is much lower and hence the growth is slower with much lower cell-yield. When grown with aeration, the cell-yield increases dramatically, but alcohol production falls. Thus, oxygen inhibits fermentation. This is known as Pasteur-effect.

Conversion of pyruvic acid to ethanol proceeds in two steps: pyruvic acid to acetaldehyde and acetaldehyde to ethanol. The first step is catalysed by pyruvic acid decarboxylase which requires TPP as coenzyme, and the second step by alcohol dehydrogenase which requires NADH2 as coenzyme.

NADH2 is thereby oxidized to NAD which can be reused for reduction of GAP to DPGA in the EMP:

Various strains of yeasts, mostly belonging to Saccharomyces cerevisiae, have been developed and carefully selected for large-scale manufacture of alcohol for different purposes. Also, various materials and conditions are used depending on the nature of the product desired.

For example, for production of baker’s yeast used in bread industry, strongly aerated cultures favour large cell-yield with little or no alcohol. Extract of malted (partly germinated) barley serves as substrate for beer production.

The starting material contains large amount of maltose (a dissacharide of two glucose units) produced by hydrolysis of starch present in barley seeds. Maltose is split into glucose and serves as substrate for alcohol fermentation under anaerobic conditions.

Similarly, for production of wine, grape juice is the substrate of choice. Specific selected strains are employed to impart characteristic flavour and taste of different alcoholic beverages. For manufacture of industrial alcohol, generally molasses is used as the starting material. Also sulfite liquor, which is a waste product of paper industry, is used as a cheap substrate for industrial alcohol production.

Besides yeasts, some bacteria can also carry out alcoholic fermentation. A well-known example is Zymomonas mobilis. This organism dissimilates glucose by EDP producing pyruvic acid which is converted to ethanol by decarboxylation and dehydrogenation as in yeast. Pseudomonas saccharophila is another bacterium which is used in alcoholic fermentation.

Tik # 2. Lactic Acid Fermentation:

Lactic acid fermentations are of two types:

In the first type, lactic acid is produced as the sole product by reduction of pyruvic acid with the help of the enzyme lactic acid dehydrogenase. The reaction regenerates NAD from NADH2 which is reused for oxidation of GAP to DPGA in the glycolytic pathway.

As one molecule of lactic acid is formed from one molecule of pyruvic acid, two molecules of lactic acid are produced from each molecule of glucose, when it is dissimilated through EMP. In heterofermentative type, the products are lactic acid and ethanol or acetic acid and CO2. The heterofermentative lactic acid bacteria dissimilate glucose via PPC. They produce lactic acid from one-half of the glucose molecule, and ethanol or acetic acid and CO2 from the other half.

Lactic acid bacteria are both morphologically and physiologically diverse. The lactic cocci, previously included in the genus Streptococcus, have been transferred to the genus Lactococcus. The rod-shaped lactic acid bacteria are distributed in several genera, though majority are placed in the genus Lactobacillus. Some representative species of homo-fermentative lactic acid bacteria are Lactococcus lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, L. thermophilus, Lactobacillus lactis, L. bulgaricus, L. acidophilus etc. Representatives of heterofermentative type include Lenconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Bifidobacterium bifidum etc. There is also a spore-forming lactic bacterium, Sporolactobacillus. The lactic acid bacteria prefer anaerobic conditions for optimal growth as they do not have cytochromes or catalase, though they can also grow in microaerophilic environment.

Homolactic fermentation is the simplest of all fermentations, involving only a single step in which pyruvic acid is reduced to lactic acid. Lactic acid is formed also in muscles by a similar reaction.

The heterofermentative lactic acid bacteria lack two vital enzymes of the glycolytic pathway — aldolase and triose phosphate isomerase. Hence, they are unable to use EMP. As an alternative, they employ the pentose phosphate pathway. An intermediate of this pathway is xylulose 5-phosphate.

The heterofermentative bacteria cleave xylulose 5-phosphate by a TPP-linked pentose phosphate ketolase into glycerin aldehyde phosphate (GAP) and acetyl phosphate. GAP is then converted to pyruvic acid by the usual EMP enzymes, while acetyl phosphate is reduced either to acetic acid or to ethanol. From pyruvic acid, lactic acid is formed by the lactate dehydrogenase activity.

Leuconostoc mesenteroides produces from one molecule of glucose, one molecule of lactic acid, one molecule of ethanol and one molecule of CO2. On the other hand, Lactobacillus brevis produces acetic acid in place of ethanol.

The heterofermentative pathway is shown in Fig. 8.54:

Lactic acid bacteria are widely used for production of various fermented food throughout the world. The bacteria ferment the milk sugar (lactose) to produce lactic acid which curdles milk protein. Various species are used to yield products of variable consistency, taste and aroma. In different countries the products are variously known as yogurt in Europe and America, dadhi or dahi in India, Kefir in Russia, Kumiss, butter milk, acidophilus milk etc.

Lactic acid bacteria are also employed in producing fermented vegetable products, like sauerkraut (fermented cabbage), cucumber pickles and fermented olive. These bacteria are also used for production of sausages from beef and pork.

Both heterofermentative and homo-fermentative lactic acid bacteria are used as ‘starter’ for production of fermented food. Some of these bacteria are Lactococcus cremoris, L. lactis, L. thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, L. plantarum, L. brevis, Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae etc.

Tik # 3. Propionic Acid Fermentation:

Propionic acid (CH3-CH2-COOH) is produced by several anaerobic bacteria among which are the coryneform Propionibacterium, and Veillonella, Clostridium, Selenomonas etc. Propionibacterium acidipropionici and P. freudenreichii are the main propionic acid fermenters. Propionibacteria possess cytochromes and catalase and can tolerate some amount of oxygen. They are natural inhabitants of rumen of herbivorous cattle.

The propionic acid bacteria dissimilate glucose via EMP and produce pyruvic acid. By a biotin- linked carboxylation reaction pyruvic acid is converted to oxalacetic acid which is then reduced in two steps to succinic acid through reversal of TCA cycle reactions.

Succinic acid is then converted to succinyl-CoA, also by a reverse step of the TCA cycle. Next, succinyl-CoA produces methyl malonyl- CoA by the action of a vitamin B12-linked enzyme methyl malonyl mutase which catalyses an intra-molecular rearrangement. Methyl malonyl-CoA is then decarboxylated to propionyl-CoA.

In the final step, propionyl-CoA yields propionic acid, and CoA is transferred to succinic acid by an enzyme, CoA-transferase. The pathway of propionic acid is shown in Fig. 8.55. Together with lactic acid bacteria, the propionic acid bacteria are used for commercial production of Swiss cheese. Propionic acid contributes to the special flavour of this cheese.

Tik # 4. Butyric Acid — Butanol Fermentation:

The bacteria carrying out butyric acid-butanol fermentation are all obligately anaerobic spore- forming bacteria belonging to the genus Clostridium. Besides butyric acid and n-butanol, several other products of this fermentation are acetic acid, ethanol, isopropanol and acetone depending on species.

For example, C. butyricum, C. lactoacetophilum, C. pasteurianum etc. produce butyric acid together with acetic acid, while C. butylicum and C. acetobutylicum produce butyric acid, acetic acid and isopropanol or acetone. Also, as a fermentation product, CO2 is always present.

Clostridia dissimilate glucose by the EMP to form pyruvic acid which by decarboxylation produces acetyl-CoA.

The latter acts as the key intermediate in the butyric-butylic fermentation and gives rise to all the products by different pathways as shown in Fig. 8.56:

In the pathway leading to butyric acid in C. butyricum, two molecules of acetyl-CoA are condensed by the action of the enzyme thiolase to produce acetoacetyl CoA with liberation of one CoA. Acetoacetyl CoA is then dehydrogenated by β-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase to form P-hydroxbutyryl CoA with NADH2 acting as H-donor.

The dehydrogenated product next gives rise to crotonyl-CoA through the action of the enzyme crotonase. Crotonyl-CoA undergoes another step of reduction catalysed by butyryl-CoA dehydrogenase which is FADH2-linked producing butyryl-CoA. The latter is finally converted to butyric acid by removal of CoA and addition of water (Fig. 8.57).

Under alkaline conditions, butyryl CoA is converted by C. acetobutylicum to n-butanol through two steps catalysed by butyryl-CoA dehydrogenase and butyryl aldehyde dehydrogenase as shown Fig. 8.57.

C. acetobutylicum also produces isopropanol by reduction of acetone under alkaline conditions. Acetone is produced by decarboxylation of aceto acetic acid as shown in the figure 8.57.

Clostridia always produce molecular hydrogen as one of the fermentation products. Hydrogen originates from phosphoroclastic cleavage of pyruvate.

This cleavage produces acetyl phosphate, molecular hydrogen and CO2 as shown:

During such cleavage, hydrogen is at first transferred to an iron-containing protein called ferredoxine which is thereby reduced. Molecular hydrogen is liberated from the reduced compound through the action of hydrogenase, and ferredoxine is oxidized.

Tik # 5. Mixed Acid Fermentation:

This type of fermentation occurs characteristically in bacteria belonging to the family Enterobacteriaceae. These bacteria can grow both aerobically carrying out oxygen respiration or anaerobically carrying out fermentation. The type of fermentation is called mixed-acid, because, as products, several different organic acids and neutral compounds are produced. A characteristic acid of mixed fermentation is formic acid, though it is by no means the major product.

Depending on species, a number of-different substances are formed, like acetic acid, succinic acid, lactic acid, ethanol, acetoin, butanediol, CO2 and molecular hydrogen. On the basis of fermentation products, the enterobacteria can be divided into two groups: one group having an Escherichia coli-type fermentation, and the other having an Enterobacter aerogenes type. One very significant difference in these two types is the formation of acetoin and butanediol (2, 3-butylene glycol) from pyruvic acid by Enterobacter aerogenes. In E. coli type of fermentation these are absent. Both types dissimilate glucose to pyruvic acid.

Mixed acid fermentation is sometimes called formic acid fermentation. Under anaerobic condition, E. coli cleaves pyruvic acid to acetyl-CoA and formic acid.

The reaction is catalysed by the enzyme, pyruvate-formic acid lyase as shown:

Formic acid so formed is then cleaved by another lyase, formic acid-hydrogen lyase to molecular hydrogen and CO2 which are liberated in gaseous form.

Formic acid is also produced in Enterobacter-type of fermentation, but in a different way. The reaction is catalyzed by a TPP-linked enzyme. In this type, pyruvic acid is cleaved into TPP-linked “active” acetaldehyde (hydroxyethyI-Tpp.Enz.) and formic acid.

Formic acid then breaks into CO2 en H2:

Enterobacter-type of fermentation produces acetoin (acetylmethyl carbinol) and butanediol which are not formed by E. coli-type of fermentation. The detection of acetoin and butanediol forms the basis of Voges-Proskauer reaction. Hence, E. coli is Voges-Proskauer negative.

Formation of acetoin and butanediol in Enterobacter proceeds via acetolactate pathway. The TPP- linked active acetaldehyde produced from pyruvic acid, described above, reacts with another molecule of pyruvic acid to form acetolactate.

The reaction is catalysed by acetohydroxyl acid synthase. Acetolactate so formed, is then decarboxylated by the enzyme acetolactate decarboxylase to produce acetoin. The latter is reduced by butanediol dehydrogenase to 2,3-butylene glycol (butanediol), NADH2 acting as H-donor.

The reactions are:

Other products of enteric bacteria fermentations include acetic acid, ethanol, lactic acid and succinic acid. AcetyI-CoA produced in pyruvic acid-formic acid lyase reaction in E.coli can be used in several ways.

It can be converted acetyI phosphate and from it either ethanol may be produced via acetaldehyde or it may form acetic acid as shown:

Lactic acid is formed directly from pyruvic acid through the action of lactate dehydrogenase. Succinic acid is produced also from pyruvic acid by carboxylation with the help of a biotin enzyme to oxalacetic acid. The latter leads to formation of succinic acid by reversal of steps of the TCA cycle.

Formation of different products of mixed-acid fermentations is summarized in Fig 8.58:


Alcohol Fermentation

Figure 2. Fermentation of grape juice into wine produces CO2 as a byproduct. Fermentation tanks have valves so that the pressure inside the tanks created by the carbon dioxide produced can be released.

Nog 'n bekende fermentasieproses is alcohol fermentation (Figure 3) that produces ethanol, an alcohol (because of this, this kind of fermentation is also sometimes known as ethanol fermentation). There are two main reactions in alcohol fermentation.

The first reaction is catalyzed by pyruvate decarboxylase, a cytoplasmic enzyme, with a coenzyme of thiamine pyrophosphate (TPP, derived from vitamin B1 and also called thiamine). A carboxyl group is removed from pyruvic acid, releasing carbon dioxide as a gas. The loss of carbon dioxide reduces the size of the molecule by one carbon, making acetaldehyde. The second reaction is catalyzed by alcohol dehydrogenase to oxidize NADH to NAD + and reduce acetaldehyde to ethanol. The fermentation of pyruvic acid by yeast produces the ethanol found in alcoholic beverages. Ethanol tolerance of yeast is variable, ranging from about 5 percent to 21 percent, depending on the yeast strain and environmental conditions.

Figure 3. Diagram of alcohol fermentation


Industrial Fermentation Processes | Mikrobiologie

In industrial fermentations, microbial growth and product formation occur at the surface of solid substrates. Examples of such fermentations are mushroom cultivation, mould-ripened cheeses, starter cultures etc. More recently, this approach has been used for the production of extracellular enzymes, certain valuable chemicals, fungal toxins, and fungal spores (used for biotransformation).

Traditional substrates are several agricultural products, rice, wheat, maize, soybean etc. The substrate provides a rich and complex source of nutrients which may or may not need to be supplemented.

Such substrates selectively support mycelial organisms which can grow at high nutrient concentrations and produce a variety of extracellular enzymes, e.g., a large number of filamentous fungi, and a few bacteria (actinomycetes and one strain of Bacillus).

According to the physical state, solid state fermentations are divided into two groups:

(i) Low moisture solids fermented without or with occasional/continuous agitation, and

(ii) Suspended solids fermented in packed columns through which liquid is circulated.

The fungi used for solid state industrial fermentations are usually obligate aerobes (Table 39.5).

Solid-state industrial fermentations on large scale use stationary or rotary trays. Temperature and humidity controlled air is circulated through the stacked solids. Less frequently rotary drum type fermenters have been used. Solid state fermentations offer certain unique advantages but suffer from some important disadvantages. However, commercial application of this process for biochemical production is chiefly confined to Japan.

Tik # 2. Anaerobic Fermentation:

In anaerobic fermentation, a provision for aeration is usually not needed. But in some cases, aeration may be needed initially for inoculum build-up. In most cases, a mixing device is also unnecessary, while in some cases initial mixing of the inoculum is necessary. Once the fermentation begins, the gas produced in the process generates sufficient mixing.

The air present in the headspace of the fermentor should be replaced by CO2, H2, N2 or a suitable mixture of these this is particularly important for obligate anaerobes like Clostridium. The fermentation usually liberates CO2 en H2, which are collected and used, e.g., CO2 for making dry ice and methanol, and for bubbling into freshly inoculated fermenters.

In case of acetogens and other gas utilizing bacteria, O2-free sterile CO2 or other gases are bubbled through the medium. Acetogens have been cultured in 400 1 fermenters by bubbling sterile CO2 and 3 kg cells could be harvested in each run.

Recovery of products from anaerobic fermenters does not require anaerobic conditions. But many enzymes of such organisms are highly O2-sensitive. Therefore, when recovery of such enzymes is the objective, cells must be harvested under strictly anaerobic conditions.

Tik # 3. Aerobic Fermentation:

The main feature of aerobic fermentation is the provision for adequate aeration in some cases the amount of air needed per hour is about 60-times the medium volume. Therefore, bioreactors used for aerobic fermentation have a provision for adequate supply of sterile air which is generally sparged into the medium.

In addition, these fermenters may have a mechanism for stirring and mixing of the medium and cells.

Aerobic fermenters may be either of the:

(i) Stirred-tank type in which mechanical motor-driven stirrers are provided or

(ii) Of air­lift type in which no mechanical stirrers are used and the agitation is achieved by the air bubbles generated by the air supply.

Generally, these bioreactors are of closed or batch types but continuous flow reactors are also used such reactors provide a continuous source of cells and arc also suitable for product generation when the product is released into the medium.

Tik # 4. Immobilized-Cell Fermentation:

Industrial fermentations of this type are based on immobilized cells. Cell immobilization is advantageous when:

(i) The enzymes of interest are intracellular,

(ii) Extracted enzymes are unstable,

(iii) The cells do not have interfering enzymes or such enzymes are easily inactivated/removed and

(iv) The products are low molecular weight compounds released into the medium.

Under these conditions immobilized cells offer the following advantages over enzyme immobilization:

(i) Enzyme purification is not needed,

(ii) High activity of even unstable enzymes,

(iii) High operational stability,

(v) Possibility of application in multistep enzyme reactions.

In addition, immobilization permits continuous operation of bioreactor which reduces the reactor volume and, consequently, pollution problems. Obviously, immobilized cells are used for such bio-transformations of compounds which require action of a single enzyme.

Cell immobilization may be achieved in one of the following ways:

(i) Cells may be directly bound to water insoluble carriers, e.g., cellulose, dextran, ion-exchange resins, porous glass, brick, sand etc., by adsorption, ionic bonds or covalent bonds,

(ii) They can be cross-linked to bi-or multifunctional reagents, e.g., glutaraldehyde etc.

(iii) Polymer matrices may be used for entrapping cells such matrices are polyacylamide gell, ĸ-Carrageenan (a polysaccharide isolated from a seaweed), calcium alginate (alginate is extracted from seaweed), polyglycol oligomers etc.


Lactic Acid Fermentation

The fermentation method used by animals and certain bacteria, like those in yogurt, is lactic acid fermentation (Figuur 1). This type of fermentation is used routinely in mammalian red blood cells and in skeletal muscle that has an insufficient oxygen supply to allow aerobic respiration to continue (that is, in muscles used to the point of fatigue). In muscles, lactic acid accumulation must be removed by the blood circulation and the lactate brought to the liver for further metabolism. The chemical reactions of lactic acid fermentation are the following:

The enzyme used in this reaction is lactate dehydrogenase (LDH). The reaction can proceed in either direction, but the reaction from left to right is inhibited by acidic conditions. Such lactic acid accumulation was once believed to cause muscle stiffness, fatigue, and soreness, although more recent research disputes this hypothesis. Once the lactic acid has been removed from the muscle and circulated to the liver, it can be reconverted into pyruvic acid and further catabolized for energy.

Figure 1. Lactic acid fermentation is common in muscle cells that have run out of oxygen.

Tremetol, a metabolic poison found in the white snake root plant, prevents the metabolism of lactate. When cows eat this plant, it is concentrated in the milk they produce. Humans who consume the milk become ill. Symptoms of this disease, which include vomiting, abdominal pain, and tremors, become worse after exercise. Why do you think this is the case?

[practice-area rows=&rdquo2&Prime][/practice-area]
[reveal-answer q=&rdquo453242&Prime]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=&rdquo453242&Prime]The illness is caused by lactate accumulation. Lactate levels rise after exercise, making the symptoms worse. Milk sickness is rare today, but was common in the Midwestern United States in the early 1800s.[/hidden-answer]


Fermentasie

Inleiding

Die woord "fermentasie" het die afgelope honderd jaar baie betekenisveranderinge ondergaan. Volgens die afleiding van die term dui dit bloot op 'n sagte borrelende of kokende toestand. Die term is vir die eerste keer toegepas toe die enigste bekende reaksie van hierdie soort die produksie van wyn was, die borreling is natuurlik veroorsaak deur die produksie van koolstofdioksied.

Dit was eers toe Gay-Lussac die chemiese aspekte van die proses bestudeer het dat die betekenis verander is om die afbreek van suiker in etanol en koolstofdioksied aan te dui (316). Dit was egter Pasteur wat die geboorte van chemiese mikrobiologie gemerk het met sy assosiasie van mikrobes met fermentasie in 1857. Hy het die terme "sel" en "fermenteer" uitruilbaar gebruik om na die mikrobe te verwys. Die term "fermentasie" het dus geassosieer met die idee van selle, gasproduksie en die produksie van organiese neweprodukte.

Die evolusie van gas en die teenwoordigheid van heel selle is ongeldig gemaak as kriteria vir die definisie van fermentasie toe ontdek is dat in sommige fermentasies, soos die produksie van melksuur, geen gas vrygestel word nie. Boonop kan ander fermentasieprosesse verkry word met selvrye ekstrakte wat aandui dat die hele sel dalk nie nodig is nie.

Die posisie is verder gekompliseer deur die ontdekking dat die antieke proses van asynproduksie, wat algemeen na verwys word as asynsuurfermentasie, wat aansienlike hoeveelhede organiese neweprodukte opgelewer het, 'n streng aërobiese proses was. Fermentasie moes duidelik herdefinieer word.

Alhoewel koolhidrate dikwels as noodsaaklike materiale vir fermentasies beskou word, is organiese sure (insluitend aminosure) en proteïene, vette en ander organiese verbindings fermenteerbare substrate vir geselekteerde mikroörganismes. Daar is gou besef dat hierdie stowwe 'n dubbele rol speel as 'n bron van voedsel en as 'n bron van energie vir die mikro-organismes (375). Die energie wat deur totale verbranding (oksidasie) van die stof in 'n kalorimeter geproduseer word, is die potensiële energie daarvan. Die naaste benadering tot volledige oksidasie vind biologies plaas met suuroksidasies, wat saam met glukose koolstofdioksied en water lewer en die vrystelling van 'n aansienlike hoeveelheid energie tot gevolg het.

Onder anaërobiese toestande word slegs 'n fraksie van die potensiële energie vrygestel omdat oksidasie onvolledig is. Om 'n hoeveelheid energie te verkry wat gelykstaande is aan dié wat onder aërobiese toestande verkry word, moet 'n paar keer soveel glukose onder anaërobiese toestande afgebreek word. Daar is gevolglik 'n hoë opbrengs van ongeoksideerde organiese neweproduk.

Fermentasie is toe beskou as die anaërobiese ontbinding van organiese verbindings tot organiese produkte, wat nie verder deur die ensiemstelsels van die selle gemetaboliseer kon word sonder die ingryping van suurstof nie. Die fermentasieprodukte het met verskillende mikroörganismes verskil, en word hoofsaaklik deur die ensiemkompleks van die selle en die omgewingstoestande beheer. Die ekonomiese waarde van hierdie neweprodukte het gelei tot die ontwikkeling van industriële mikrobiologie.

Met die erkenning van fermentasie as 'n anaërobiese proses, is parallelle getrek tussen die biochemie van mikroörganismes en dié van soogdierweefsels. Omdat gevind is dat die tussenprodukte van die metabolisme van glukose dieselfde is, is gepostuleer dat alle fermentasieprosesse soortgelyke paaie moet volg. Gevolglik is die mikrobiese fermentasie van koolhidrate beskou as soortgelyk aan soogdierglikolise. Dit is hoekom baie skrywers die terme "glikolise" of "glikolitiese pad" gebruik om een ​​metode van anaërobiese afbreek van koolhidrate deur mikroörganismes te beskryf en waarom "fermentasie" sinoniem geword het met "glikolise". Die twee prosesse verskil egter op twee beduidende maniere: (1) daar is geen berging van glikogeen in bakterieë nie, en (2) laktaat is nie altyd 'n eindproduk of intermediêr in die bakteriële anaërobiese afbreek van koolhidrate nie. Daarbenewens is gedurende die 1950''s ontdek dat verskeie bakterieë in staat is om ander weë as die Embden-Meyerhof-Parnas-roete te gebruik vir anaërobiese afbreek van koolhidrate. Die toepassing van "fermentasie" op al hierdie prosesse het 'n ander vorm van definisie vereis.

Die intensiewe navorsing oor elektronvervoerstelsels van mikrobiese metabolisme het die posisie gedeeltelik opgeklaar, hoewel 'n aantal aspekte op aandag wag. Uit navorsing oor die elektronskenker- en -ontvangerstelsels word dit nou duidelik verstaan ​​dat alle prosesse wat as 'n terminale elektronaannemer 'n organiese verbinding het, "fermentasies" genoem word. Met hierdie definisie is dit moontlik om te stel dat asynsuurbakterieë nie fermentatief is nie maar aërobies respireer. Vir ander bakterieë is die definisie nie beperk tot die gebruik van enige spesifieke pad in die fermentatiewe proses nie.

Daar is ook gevind dat fermentatiewe bakterieë die gebruik van hul sitochrome onder anaërobiese toestande kan afsien, want hul fosforileringsprosesse is substraatfosforilerings waarin die elektronskenker 'n organiese substraat is wat sy elektrone na 'n NAD + of NADP + stelsel oordra. Die hoeveelheid NAD + in mikroörganismes is egter beperk en NAD + moet dus geregenereer word as metabolisme wil voortgaan. Onder anaërobiese toestande kan hierdie wedergeboorte bewerkstellig word deur 'n oksidasie-reduksie meganisme wat piruvaat of ander verbindings afkomstig van piruvaat insluit. Hierdie reaksies van piruvaat kan aansienlik verskil tussen mikroörganismes en lei dus tot die vorming van kenmerkende eindprodukte wat in bakteriese klassifikasie gebruik word. 'n Kort opsomming van die verskillende eindprodukte wat uit piruvaat gevorm word, word in Tabel 9.1 en Fig. 9.1 gegee. Hierdie eindprodukte en hul vorming word in klassifikasie gebruik, en die verskillende bakteriese groepe sal hieronder in meer besonderhede oorweeg word.



Kommentaar:

  1. Giollabrighde

    Ek is van mening dat u 'n fout begaan. Kom ons bespreek.

  2. Kermit

    Goeie artikel, dankie!

  3. Harriman

    Ek stem saam, 'n nuttige gedagte

  4. Majas

    Ja inderdaad. En ek het hiermee teëgekom. Ons kan oor hierdie tema kommunikeer. Hier of by pm.

  5. Terran

    Ek kan u hieroor adviseer. Saam kan ons 'n oplossing vind.

  6. Thaddius

    Gaan kyk na 'n goeie film en neem 'n blaaskans, ek het pas 'n artikel geskryf oor waar om films te kry. Kyk in die regte menu -afdelingsbladsye, en daar is 'n artikel genaamd Where To Get Films? Daar is skakels na FTP -bedieners, spoorsnyers.



Skryf 'n boodskap