Fermentation

Анаэробное ферментативное преобразование органических соединений

Идет ферментация: пузырьки CO2 образуют пену на поверхности ферментационной смеси.

Ферментация – это метаболический процесс, который вызывает химические изменения в органических субстратах под действием ферментов. В биохимии это узко определяется как извлечение энергии из углеводов в отсутствие кислорода. В контексте производства пищевых продуктов, это может в более широком смысле относиться к любому процессу, в котором активность микроорганизмов вызывает желаемое изменение пищевого продукта или напитка. Наука о ферментации известна как зимология.

. В микроорганизмах ферментация является основным средством производства аденозинтрифосфата (АТФ) путем разложения органических питательных веществ анаэробно. Люди использовали ферментацию для производства продуктов питания и напитков с эпохи неолита. Например, ферментация используется для консервирования в процессе, который производит молочную кислоту, которая содержится в таких кислых продуктах, как соленые огурцы, чайный гриб, кимчи и йогурт, а также для производства алкогольных напитков, таких как вино и пиво. Ферментация также происходит в желудочно-кишечном тракте всех животных, включая человека.

Определения

Ниже приведены некоторые определения ферментации. Они варьируются от неформального, общего использования до более научных определений.

• Методы консервации пищевых продуктов с помощью микроорганизмов (общее использование).
• Любой крупномасштабный микробный процесс, происходящий с воздухом или без него (общее определение, используемое в промышленности).
• Любой процесс, при котором производятся алкогольные напитки или кислые молочные продукты (общее использование).
• Любой метаболический процесс с высвобождением энергии, который происходит только в анаэробных условиях (в некоторой степени научный).
• Любой метаболический процесс, который высвобождает энергию из сахара или другой органической молекулы, не требует кислорода или системы переноса электронов и использует органическую молекулу в качестве конечного акцептора электронов (наиболее научный).

Биологическая роль

Наряду с фотосинтезом и аэробным дыханием, ферментация является методом извлечения энергии из молекул. Этот метод является единственным общим для всех бактерий и эукариот. Поэтому он считается самым древним метаболическим путем, подходящим для первобытной среды – до появления растений на Земле, то есть до появления кислорода в атмосфере.

Дрожжи, форма грибка, встречается практически в любой среде, способной поддерживать микробы, от кожуры фруктов до кишок насекомых и млекопитающих до глубин океана. Дрожжи превращают (расщепляют) молекулы, богатые сахаром, в этанол и диоксид углерода.

Основные механизмы ферментации присутствуют во всех клетках высших организмов. мышцы млекопитающих осуществляют ферментацию в периоды интенсивных упражнений, когда поступление кислорода становится ограниченным, что приводит к образованию молочной кислоты. У беспозвоночных ферментация также производит сукцинат и аланин.

Ферментативные бактерии играют важную роль в производстве метана в местах обитания, начиная с рубца крупного рогатого скота в метантенки и пресноводные отложения. Они производят водород, диоксид углерода, формиат и ацетат и карбоновые кислоты. Затем консорциумы микробов превращают диоксид углерода и ацетат в метан. Ацетогенные бактерии окисляют кислоты, получая больше ацетата и водорода или формиата. Наконец, метаногены (в домене Archea ) превращают ацетат в метан.

Обзор биохимии

Сравнение аэробного дыхания и наиболее известных типов ферментации в эукариотическая клетка. Цифры в кружках указывают количество атомов углерода в молекулах, C6 – это глюкоза C6H12O6, C1 диоксид углерода CO2. митохондриальная внешняя мембрана не указана.

Ферментация реагирует NADH с эндогенным, органическим акцептором электронов. Обычно это пируват, образованный из сахара в результате гликолиза. В результате реакции образуется NAD и органический продукт, типичными примерами которого являются этанол, молочная кислота и газообразный водород (H 2), а также часто углекислый газ. Однако путем ферментации могут быть получены и более экзотические соединения, такие как масляная кислота и ацетон. Продукты ферментации считаются отходами, поскольку они не могут быть далее метаболизируется без использования кислорода.

Ферментация обычно происходит в анаэробной среде. В присутствии O 2 НАДН и пируват используются для выработки АТФ в дыхании. Это называется окислительным фосфорилированием. При этом генерируется гораздо больше АТФ, чем при гликолизе. Он высвобождает химическую энергию O 2. По этой причине ферментация редко используется при наличии кислорода. Однако даже в присутствии большого количества кислорода некоторые штаммы дрожжей, такие как Saccharomyces cerevisiae, предпочитают ферментацию аэробной или итерация при условии наличия достаточного количества сахаров (явление, известное как эффект Крэбтри ). В некоторых процессах ферментации участвуют облигатные анаэробы, которые не переносят кислород.

Хотя дрожжи осуществляют ферментацию при производстве этанола в пиве, вин и другие алкогольные напитки, это не единственный возможный агент: бактерии осуществляют ферментацию при производстве ксантановой камеди.

Продукты

Обзор ферментации этанола.

При ферментации этанола одна молекула глюкозы превращается в две молекулы этанола и две молекулы диоксида углерода. Его используют для того, чтобы тесто для хлеба поднималось: углекислый газ образует пузырьки, превращая тесто в пену. Этанол является опьяняющим агентом в алкогольных напитках, таких как вино, пиво и ликеры. Ферментация исходного сырья, включая сахарный тростник, кукурузу и сахарную свеклу, дает этанол, который добавляют в бензин. У некоторых видов рыб, включая золотую рыбку и карпа, он обеспечивает энергию при недостатке кислорода (наряду с молочнокислым брожением).

На рисунке показан процесс. Перед ферментацией молекула глюкозы распадается на две молекулы пирувата (Гликолиз ). Энергия этой экзотермической реакции используется для связывания неорганических фосфатов с АДФ, который преобразует их в АТФ и превращает НАД в НАДН. Пируваты распадаются на две молекулы ацетальдегида и выделяют две молекулы диоксида углерода в качестве побочных продуктов. Ацетальдегид восстанавливается до этанола с использованием энергии и водорода из НАДН, а НАДН окисляется до НАД, так что цикл может повторяться. Реакция катализируется ферментами пируватдекарбоксилаза и алкогольдегидрогеназа.

Молочная кислота

Гомолочная ферментация (производящая только молочную кислоту) является простейшим типом ферментации. Пируват в результате гликолиза подвергается простой окислительно-восстановительной реакции с образованием молочной кислоты. Это, вероятно, единственный процесс дыхания, при котором не выделяется газ в качестве побочного продукта. В целом, одна молекула глюкозы (или любого шестиуглеродного сахара) превращается в две молекулы молочной кислоты:

Это происходит в мышцах животных, когда они в этом нуждаются. энергия быстрее, чем кровь может поставлять кислород. Он также встречается у некоторых видов бактерий (таких как лактобациллы ) и некоторых грибов. Это тип бактерий, которые превращают лактозу в молочную кислоту в йогурте, придавая ему кислый вкус. Эти молочнокислые бактерии могут осуществлять либо гомолактическую ферментацию, где конечным продуктом является в основном молочная кислота, либо гетеролактическую ферментацию, при которой некоторое количество лактата далее метаболизируется до этанола и диоксида углерода (через фосфокетолазу путь), ацетат или другие продукты метаболизма, например:

Если лактоза ферментируется (как в йогуртах и ​​сырах), сначала он превращается в глюкозу и галактозу (оба шестиуглеродных сахара с одинаковой атомной формулой):

Гетеролактическая ферментация в некотором смысле является промежуточной между молочнокислое брожение и другие типы, например спиртовое брожение. Причины пойти дальше и преобразовать молочную кислоту во что-то еще включают:

• Кислотность молочной кислоты препятствует биологическим процессам. Это может быть полезно для ферментирующего организма, поскольку вытесняет конкурентов, которые не адаптированы к кислотности. В результате у продуктов будет более длительный срок хранения (это одна из причин, по которой продукты изначально преднамеренно ферментируются); однако после определенного момента кислотность начинает влиять на организм, который ее производит.
• Высокая концентрация молочной кислоты (конечный продукт ферментации) нарушает равновесие (принцип Ле Шателье ), уменьшая скорость, с которой может происходить ферментацию, и замедляя рост.
• Этанол, в который легко превращается молочная кислота, является летучим и легко улетучивается, позволяя легко протекать реакции. CO2 также производится, но он слабокислый и даже более летучий, чем этанол.
• Уксусная кислота (другой продукт конверсии) является кислой и не такой летучей, как этанол; однако в присутствии ограниченного количества кислорода его образование из молочной кислоты высвобождает дополнительную энергию. Это более легкая молекула, чем молочная кислота, образуя меньше водородных связей с окружающей средой (из-за меньшего количества групп, которые могут образовывать такие связи), поэтому она более летучая и также позволяет реакции протекать быстрее.
• Если продуцируются пропионовая кислота, масляная кислота и более длинные монокарбоновые кислоты (см. смешанная кислотная ферментация ), количество кислотности, производимой на потребляемую глюкозу, будет уменьшаться, поскольку с этанолом, что обеспечивает более быстрый рост.

Газообразный водород

Газообразный водород образуется во многих типах ферментации как способ регенерации НАД из НАДН. Электроны переносятся на ферредоксин, который, в свою очередь, окисляется гидрогеназой с образованием H 2. Газообразный водород является субстратом для метаногенов и сульфатредукторов, которые поддерживают низкую концентрацию водорода и способствуют производству такого богатого энергией соединения, но водорода Тем не менее, газ в довольно высокой концентрации может образовываться, как в газе.

. Например, Clostridium pasteurianum сбраживает глюкозу до бутирата, ацетата, диоксид углерода и газообразный водород: Реакция, приводящая к ацетату:

Другое

Другие типы ферментации включают смешанную кислотную ферментацию, бутандиоловую ферментацию, бутиратную ферментацию, ацетон-бутанол-этанольная ферментация, и.

Режимы работы

В большинстве случаев промышленной ферментации используются периодические процедуры или процедуры с подпиткой, хотя непрерывная ферментация может быть более экономичной, если могут быть решены различные проблемы, в частности, сложность поддержания стерильности.

Партия

В периодическом процессе все ингредиенты объединяются, и реакции протекают без какого-либо дополнительного ввода. Периодическая ферментация использовалась на протяжении тысячелетий для изготовления хлеба и алкогольных напитков, и это все еще распространенный метод, особенно когда процесс не совсем понятен. Однако это может быть дорогостоящим, поскольку ферментер необходимо стерилизовать с использованием пара высокого давления между партиями. Строго говоря, часто добавляют небольшие количества химикатов для контроля pH или подавления пенообразования.

Периодическая ферментация проходит через серию фаз. Существует лаг-фаза, в которой клетки приспосабливаются к окружающей среде; затем фаза, в которой происходит экспоненциальный рост. После того, как многие питательные вещества потреблены, рост замедляется и становится неэкспоненциальным, но производство вторичных метаболитов (включая коммерчески важные антибиотики и ферменты) ускоряется. Это продолжается в течение стационарной фазы после того, как большая часть питательных веществ будет потреблена, а затем клетки погибнут.

Периодическая ферментация с подпиткой

Периодическая ферментация с подпиткой – это разновидность периодической ферментации, при которой некоторые из ингредиенты добавляются во время брожения. Это позволяет лучше контролировать этапы процесса. В частности, производство вторичных метаболитов может быть увеличено путем добавления ограниченного количества питательных веществ во время неэкспоненциальной фазы роста. Периодические операции с подпиткой часто располагаются между партиями.

Открытая

Высоких затрат на стерилизацию ферментера между партиями можно избежать, используя различные подходы к открытой ферментации, которые способны противостоять загрязнению. Один из них – использовать естественно возникшую смешанную культуру. Это особенно важно при очистке сточных вод, поскольку смешанные группы населения могут адаптироваться к широкому спектру отходов. Термофильные бактерии могут продуцировать молочную кислоту при температуре около 50 ° по Цельсию, что достаточно для предотвращения микробного заражения; а этанол производился при температуре 70 ° C. Это чуть ниже точки кипения (78 ° C), поэтому его легко извлечь. Галофильные бактерии могут производить биопластик в гиперсоленых условиях. При твердофазной ферментации к твердому субстрату добавляется небольшое количество воды; он широко используется в пищевой промышленности для производства ароматизаторов, ферментов и органических кислот.

Непрерывный

При непрерывной ферментации субстраты добавляются, а конечные продукты удаляются непрерывно. Существует три разновидности: хемостатов, которые поддерживают постоянный уровень питательных веществ; турбидостаты, которые поддерживают постоянную массу клеток; и реакторы с поршневым потоком, в которых культуральная среда непрерывно протекает через трубку, в то время как клетки рециркулируют от выхода к входу. Если процесс работает хорошо, поток сырья и сточных вод будет стабильным, а затраты на повторную настройку партии избегаются. Кроме того, он может продлить фазу экспоненциального роста и избежать побочных продуктов, которые тормозят реакции, путем их постоянного удаления. Однако трудно поддерживать устойчивое состояние и избегать загрязнения, и конструкция имеет тенденцию быть сложной. Обычно ферментер должен работать более 500 часов, чтобы быть более экономичным, чем процессоры периодического действия.

История использования ферментации

Использование ферментации, особенно для напитки, существует с неолита и зарегистрировано датируемым 7000–6600 гг. до н.э. в Цзяху, Китай, 5000 г. до н.э. в Индии, Аюрведа упоминает множество лечебных вин, 6000 г. до н. э. в Джорджии, 3150 г. до н. э. в Древнем Египте, 3000 г. до н. э. в Вавилоне, 2000 г. до н. э. в доиспанской Мексике и 1500 г. до н. э. в Судане. Ферментированные продукты имеют религиозное значение в иудаизме и христианстве. Балтийский бог Ругутис почитался как агент брожения.

Луи Пастер в своей лаборатории

В 1837 году Шарль Каньяр де ла Тур, Теодор Шванн и Фридрих Трауготт Кютцинг независимо опубликовали статьи, в которых в результате микроскопических исследований был сделан вывод, что дрожжи – это живой организм, который размножается почкованием. Шванн сварил виноградный сок, чтобы убить дрожжи, и обнаружил, что брожение не произойдет, пока не будут добавлены новые дрожжи. Однако многие химики, в том числе Антуан Лавуазье, продолжали рассматривать ферментацию как простую химическую реакцию и отвергали идею о том, что в ней могут быть задействованы живые организмы. Это было воспринято как возврат к витализму и высмеялось в анонимной публикации Юстусом фон Либихом и Фридрихом Велером.

Переломный момент наступил, когда Луи Пастер (1822–1895), в течение 1850-х и 1860-х годов, повторил эксперименты Шванна и показал, что ферментация инициируется живыми организмами в серии исследований. В 1857 году Пастер показал, что брожение молочной кислоты вызывается живыми организмами. В 1860 году он продемонстрировал, как бактерии вызывают скисание молока – процесс, который раньше считался просто химическим изменением. Его работа по определению роли микроорганизмов в порче пищевых продуктов привела к процессу пастеризации.

. В 1877 году, работая над улучшением французской пивоваренной промышленности, Пастер опубликовал свою знаменитую статью о ферментации «Этюды». sur la Bière », который в 1879 году был переведен на английский язык как« Исследования по ферментации ». Он определил ферментацию (неправильно) как «жизнь без воздуха», но правильно показал, как определенные типы микроорганизмов вызывают определенные типы ферментации и определенные конечные продукты.

Хотя демонстрация ферментации в результате действия живых микроорганизмов была прорывом, она не объясняла основную природу ферментации; ни доказать, что это вызвано микроорганизмами, которые, кажется, всегда присутствуют. Многие ученые, в том числе Пастер, безуспешно пытались извлечь ферментный фермент из дрожжей.

Успех пришел в 1897 году, когда немецкий химик Эдуард Бюхнер измельчил дрожжи, извлек сок из них, а затем, к своему изумлению, обнаружил, что эта «мертвая» жидкость сбраживает раствор сахара, образуя углекислый газ и спирт, как живые дрожжи.

Считается, что результаты Бюхнера знаменуют рождение биохимии. «Неорганизованные ферменты» вели себя так же, как и организованные. С тех пор термин «фермент» стал применяться ко всем ферментам. Тогда стало понятно, что ферментация вызывается ферментами, производимыми микроорганизмами. В 1907 году Бюхнер получил Нобелевскую премию по химии за свою работу.

Успехи в микробиологии и технологии ферментации неуклонно продолжаются до настоящего времени. Например, в 1930-х годах было обнаружено, что микроорганизмы могут быть мутированы с помощью физических и химических обработок, чтобы они были более урожайными, быстрее растущими, устойчивыми к меньшему количеству кислорода и могли использовать более концентрированную среду. Штамм отбор и гибридизация также были разработаны, что повлияло на большинство современных пищевых ферментаций.

Этимология

Слово «фермент» происходит от латинского глагола fervere, что означает кипятить. Считается, что впервые он был использован в конце 14 века в алхимии, но только в широком смысле. Он не использовался в современном научном смысле примерно до 1600 года.

Брожение, процесс разложения сложного раствора (фруктовых соков и т. д.) бактериями или грибками (обычно дрожжами), в результате которого вырабатывается алкоголь и углекислый газ

Смотреть что такое “ферментация” в других словарях

биохим. переработка сырья под воздействием ферментов, содержащихся в нем самом (Ф. чайного листа, листьев табака), а также вызываемая микроорганизмами. B широком смысле слова все пром. производства на основе микроорганизмов являются Ф., так как они используют их ферментативную активность (сбраживание растительных и молочных продуктов, сбраживание углеводов с целью получения спиртов, органических растворителей, органических кислот и многие др.). ферментёр, БИОРЕАКТОР – аппарат для глубинного выращивания (культивирования) микроорганизмов или для осуществляемой ими ферментации какого–либо сырья. Представляет собой цилиндр с соотношением высоты кдиаметру 2–1, выполненный из инертного материала (лаб. – из стекла, пром. – из нержавеющей стали), имеющий коммуникации для подачи питательной среды, удаления готового продукта, а также ряд устройств, обеспечивающих перемешивание, аэрацию, пеногашение, контроль за ходом ферментации. Ф. имеют также встроенные системы для стерилизации, поддержания стабильной температуры и др. Конструкции Ф. существенно различаются в зависимости от характера ферментации, которая в них осуществляется. Так, есть Ф. аэробные (обеспеченные системой аэрации), анаэробные (для проведения брожений), непрерывного действия (с постоянным введением свежей среды и выводом продуктов) и др.

Тақырыбы
1: ФЕРМЕНТТЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ 
МАҢЫЗЫ

Ферменттер 
– бұл биологиялық катализаторлар,
организмдегі химиялық реакциялардың 
жылдамдығын тездететін белоктық заттар.
Организмде химиялық реакцияларды жылдамдату
– ферменттердің қызметі табиғатта 
ферменттер барлық организмдердің  барлық
клеткаларынла қызмет атқарады. Ферменттер
тіршілік процесінің негіщзі болып табылады.
Сондықтан клетканың атқаратын қызметінің
механизмін, клеткадағы зат алмасудың
негізін түсіну үшін ферменттерді, атап
айтқанда, олардың құрфылымын, қасиеттірін,
ерекшелігін, әсер ету механизмін, активті
орталығының құрамын және ферменттерге
байланысты өзге де мәселелерді жан-жақты
білу қажет.

Тірі 
клеткада зат алмасу процесі үздіксіз
жүріп жатады. Зат алмасу процесі 
дегеніміз белгілі бір тәртіппен 
кезектесіп келіп отыратын әр түрлі 
химиялық реакциялардың жиынтығы. Мұндай
реакциялар клеткадан тыс жерде
(in vitro) өте қиындықпен және мейлінше
баяу жүреді. Тірі клеткада бұл реакциялардың 
жүрісін ферменттер тездетеді. Ферменттер
– жануарлардың, өсімдіктер мен 
микроорганизмдердің клеткалары жасап 
шығаратын биологиялық катализаторлар.

Ферментация
деген термин латынның сөзі fermentatio – 
ашу процесін көрсетеді, нәтижесінде 
газ бөліп шығатын. Энзим гректің 
сөзінен шыққан, ашытқыш деген 
ұғымды білдіреді.

Ферменттер 
туралы ғылымның негізін қалаушылар
М.М.Манассеина (1871), Бухнер (1897) және т.б.
пікірінше белоктардың қарында 
пептонға ыдырауы XVIII ғасырдың орта кезінен 
белгілі болған.

Петербург
ғылымы К.С.Кирхгоф 1814 жылы өскен арпаның 
экстракциясы крахмалды мальтозаға
айналдыратынын дәлелдеді.

Ферменттер 
деп бүкіл жануарлар, өсімдіктер,
микроорганизмдердің клеткалары мен 
тканьдарының құрамына кіріп биологиялық 
катализаторлардың ролін атқаратын 
спецификалық белоктарды айтады. Ферменттердің 
арқасында заттар ыдырайды, олардан 
клеткаға керекті полиметрлер түзіледі,
бірақ та бұл процестерге энергия 
аз жұмсалады. Микробтар да сан жағынан 
да, сапа жағынан да күрделі ферменттердің 
саны 700 шейін жетеді.

Тақырыбы
2: ФЕРМЕНТТЕРДІҢ
ӘСЕР ЕТУ МЕХАНИЗМІ

Қазіргі
кезде 2000-нан астам ферменттердің 
әсері зерттелген. Оның ішінде 200-ге
жуығы крсталл түрінде алынған.
Олардың бәрі де белоктар болып табылады.

Ферменттер 
молекулаларының құрылысына қарай
2 топқа бөлінеді: 1) тек қана белоктардан 
тұратын бір компонентті ферменттер;
2) молекулаларының құрамына белоктан
басқа активтік немесе простетикалық 
топ деп аталатын белоксыз заттар
кіретін екі компонентті ферменттер.

Бір компонентті 
ферменттерде амин қышқылдарының бүйірлік
радикалдары активтік орталық ролін 
атқарады. Белок – фермент молекуласының
II және III деңгейлі құрылымы жасалған кезде,
бүйірлік радикалдар өзара жақындасады 
да, активтік орталығын құрады. Мысалы,
панкреатикалық рибонуклеазаның активтік
орталығына гистидин-16-ның, лизин-41-дің 
және гистидин-119-дың радикалдары 
кіреді. Активтік орталықтың осы компоненттерінің
кеңістіктік жақындасуын күрделендіре
түсетін амин қышқылдары да ферменттер
үшін маңызды роль атқарады. Белок –фермент
молекуласының құрамынан басқа амин қышқылдарын
ферменттің активтік қасиетіне нұқсан
келтірмей де ажыратып алуға болады.

Екі компонентті 
ферменттердегі активті топ металл
немесе кіші молекулалы органикалық 
зат болып табылады. Табиғаты органикалық 
активті топтар екі типке бөлінеді:

1) коферменттер:
олар ферменттің белокты бөлігімен 
берік байланысады. Оксидоредуктазаның 
құрамындағы флавинадениндинуклеотид 
(FAD) осындай коферментке мысал 
бола алады;

2) косубстраттар: 
олар ферменттің белокты бөлігімен 
нашар байланысқан, сондықтан 
олар ферметтәң бір молекуласынан 
екінші молекуласына өте алады. 
Косубстратқа оксидоредуктазаның 
құрамындағы никотинамидадениндинуклеотид
(NAD+)  мысал бола алады.

Fe, Co, Cu,
Mn металдары ферменттердің активті 
топтарында белокпен берік байланысқан, 
ал K, Ca, Mg, Zn, Cl сияқты басқа элементтер
– әлсіз байланысқан, олар өздерінің  қатысуы
арқылы көбінесе ферментті активтендіре
түседі.

Химиялық 
реакциялардың жылдамдығы реакцияға 
түсетін молекулалардың соқтығысу 
жиілігіне байланысты. Ал соқтығысу 
жиілігі молекулалардың концентрациясы
мен ортаның температурасына 
байланысты.

ақырыбы
3: ФЕРМЕНТТЕРДІҢ
КОФАКТОРЛАРЫ МЕН КОФЕРМЕНТТЕРІ

Фермент
– бұл биохимиялық реакциялар
кезінде каталитикалық активтігін
көрсететін белоктар. Ферменттер химиялық
құрамы жағынан – қарапайым белоктар
немесе күрделі белоктар. Қарапайым 
белоктар гидролиз кезінде амин-қышқылдарына
ғана ажырап бөлінеді. Мысалы, рибонуклеаза,
пепсин, трипсин, химотрипсин деген 
ферменттер – қарапайым белоктар.

Ферменттердің
көбі – күрделі белоктар. Олар екі 
бөліктен құрылады: белоктық және белоктық
емес. Үрделі ферменттің белоктық бөлігі апофермент деп
аталады. Апофермент кофакторсыз активті
болмайды. Екі бөліктен құрылған фермент
– простетикалық топпен байланысқан белок холофермент
деп аталады. Мысалы, каталаза сутектің
асқын тотығының ыдырауын катализдейді,
бұл фермент екі бөліктен құрылған: апофермент
(белоктық бөлігі) және феррипротопорфирин
деген кофактор.

Ферменттердің
кофакторлары ретінде металл иондары 
немесе органикалық заттар болуы 
мүмкін. Кейбір ферменттер активті 
болу үшін екі түрлі кофактор – 
металл ионы мен органикалық қосылыстар
(кофермент) құрамында болу керек. Кофактор
температураның әсеріне төзімді 
келеді, ал ферменттің белоктық бөлігінің 
молекуласы температураның әсерінен өзгереді.

Кофактор 
мен белоктық бөлігі әр түрлі байланыс
арқылы байланысады. Кейбір ферменттер
кофактормен әлсіз байланысады,
ондадиализ арқылы кофакторды белоктық
бөлігінен бөлуге болады. Кейбір ферменттерде
кофактор белоктық бөлігімен өте 
мықты байланысады. Фермент денатурацияланғанда 
ғана бөлініп кетеді. Мысалы, супероксиддисмутаза
деген ферменттің активті молекуласына
екі түрлі металл ионы кіреді: Cu2+ және
Zn2+. Ферменттің кеңістік құрылымы
бұзылғанда ғана металл иондары белоктық
бөлігінен ажырап кетеді.

Химиялық 
құрамына байланысты кофакторларды 5 топқа 
бөлуге болады, олардың 4 тобы – коферменттер,
1 тобы – металл иондары.

1.           Алифаттық
қосылыстар – мысалы, глутатион, липой
қышқылы.

2.           Ароматты
қосылыстар – мысалы, кофермент Q (убихинон).

3.          Витаминдер
және олардың туындылары – мысалы, тиаминпирофосфат,
пиридоксаль, пиридоксамин.

4.          Нуклеотидтер
мен нуклеозидтер – мысалы, НАД+ ,
НАДФ+, ФАД, ФМН, АТФ; ГТФ, ЦТФ, УТФ
нуклеозиддифосфаттар.

5.          Металл
иондары – мысалы, Na +, K+, Fe3+,
Fe2+, Cu2+, Mo2+, Co2+,
Zn2+.

Тақырыбы
4: ФЕРМЕНТТЕРДІҢ
ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ ЖӘНЕ
КОВАЛЕНТТІ КАТАЛИЗ

Ферменттер 
– белоктық заттар, сондықтан белоктарға
тән қасиеттер ферменттерге де тән 
болады. Бірақ ферменттердің өзіне 
ғана тән ерекше қасиеттері бар. Ферменттердің 
ең маңызды ерекше қасиеттерін қарастырайық.

1. Ферменттердің 
бірінші ерекше қасиеті – биологиялық
катализдің тиімділігі. Ферменттің әсерінің
тиімділігі өте жоғары. Ферменттің  бір
молекуласы 1 минутта субстраттың 102-106 молекуласын
өзгеріске ұшырата алады. Ферменттер химиялық
реакцияларды тездетеді, бірақ реакция
барысында ферменттердің шығыны болмайды,
яғни олар өзгеріске ұшырамайды.

Мынадай химиялық реакцияны мысал 
ретінде алайық: А+В          С+D.

Тура 
реакцияның жылдамдығы А мен В 
заттардың концентрациясына пропорционал:

Кері 
реакцияның жылдамдығы С мен D заттардың
концентрациясына пропорционал:

Мұндағы
K1 – тура реакцияның,  K2 – кері
реакцияның жылдамдығының константалары.

Әр химиялық
реакцияда тепе-теңдік жағдайы болуы 
мүмкін. Бұл жағдайда тура және кері
реакциялардың жылдамдығы тең болады.
Ферменттер реакцияның жылдамдығын 
тездетеді, бірақ реакцияның тепе-теңдігін
өзгертпейді. Егер де фермент тура реакцияның
жылдамдығын 1018 есе тездетсе, онда
кері реакцияның жылдамдығы да 1018 есе
жоғарылайды. Бірақ тірі организмдердің
клеткаларында химиялық реакциялар тепе-теңдік
жағдайға ұшырамайды, клеткаларда химиялық
реакциялардың жүйелері тепе-теңдіктен
алыс тұрады. Себебі, әр реакцияның өнімі
тез жұмсалады, өйткені реакцияда түзелген
өніммдер келесі реакцияға түседі, басқа
ферменттің субстраты ретінде қызмет
атқарады.

2. Ферменттердің 
екінші ерекше қасиеті – ферменттердің
ерекшелігі. Ферменттердің ерекшелігі
субстраттың табиғатына, реакцияның түріне
және ортаның жағдайына байланысты, яғни
фермент белгілі бір субстратқа немесе
арнайы реакция түріне ерекше ортаның
жағдайы болғанда ғана әсер етеді.

Тақырыбы
5: ФЕРМЕНТТІК РЕАКЦИЯЛАРДЫҢ
КИНЕТИКАСЫ

Ферменттік 
реакциялардың кинетикасы деп ферменттің
әсерімен жүзеге асатын химиялық реакцияның
жүру жылдамдығын айтады. Кинетикалық 
зерттеудің ең басты мақсаты – 
химиялық реакция жылдамдығының 
басқа параметрлерге, мысалы, субстраттың 
концентрациясына тәуелділігін анықтау.

Алдымен,
химиялық реакциялардың жалпы кинетикалық 
принциптерін қысқаша қарастырайық.

Химиялық 
реакцияларды топтастыру үшін мыналар 
негіз болады:

1. Реакцияға 
қатысатын молекулалардың саны.
Молекулалардың санына қарай 
реакцияларды мономолекулалы, биомолекулалы 
және үш молекулалы деп бөледі.
Мономолекулалы реакция – бұл 
бір молекула қатысатын реакция, 
биомолекулалы реакцияларда екі 
молекула өзара әрекеттеседі, үш 
молекулалы реакция – үш молекула 
өзара әрекеттесетін реакция.

2. реакцияның 
кинетикалық сипаттамасы, соның 
ішінде реакцияның реті. Реакциялар 
ретіне қарай нөлдік, бірінші 
реттік, екінші реттік, үшінші реттік 
деп бөлінеді. Кинетикалық сипаттамаларына 
байланысты реакция жилдамдығының 
өзара әрекеттесетін қосылыстардың 
концентрациясына тәуелділігі реакцияларды 
топтастыру негізіне алынған.

Реакция
жылдамдығы дегеніміз 
– белгілі бір уақыт өлшемінде реакцияда
әрекеттесетін заттардың немесе фермент
әсерімен түзілген реакция өнімінің концентрациясының
өзгеруі.

Субстраттың
концентрациясы төмен болғанда, реакцияның
жылдамдығы субстраттың концентрациясына
пропорционал өседі, яғни субстрат жағынан 
ферменттік реакция – бірінші 
реттік. Одан әрі қарай субстраттың 
концентрациясына тәуелді болмайды,
яғни реакцияның реті субстрат жағынан 
– нөлдік. Басқа сөзбен айтқанда,
реакцияның жылдамдығы субстраттың 
концентрациясына тәуелді болмайды.
Себебі, фермент молекуласында субстратпен 
байланысатын бөліктер саны өлшеулі. Ферменттің
осы бөліктері субстратпен толық 
байланысқанда, фермент субстратпен 
қанығады. Сондықтан субстраттың 
концентрациясы өссе де, реакцияның жылдамдығы
өзгермейді.

Тақырыбы
6: ФЕРМЕНТТІҢ АКТИВТІГІНЕ
ОРТАНЫҢ (pH, t0)
ӘСЕРІ ЖӘНЕ ФЕРМЕНТТЕРДІҢ
ТЕЖЕЛУ ТҮРЛЕРІ

Ферменттік реакциялардың 
жылдамдығына ортаның 
рН мәнінің әсері.

Ферменттік 
реакцияның жылдамдығы, яғни ферменттердің 
активтігі, ортаның рн мәніне тәуелді.
Әр фермент белгілі бір рН интервалында
активті. Мысалы, пепсин (3.4.4.1) ортаның 
рН-ы 1,5-3-ке тең болғанда активті, трипсин
(3.4.4.4) ортаның рН-ы 7,5-7,8-ге тең болғанда
активті, моноаминооксидаза (1.4.3.4) ортаның 
рН-ы 8,5-10-ға тең болғанда активті.

ФЕРМЕНТАЦИЯ(ново-лат. , от лат. – закваска). Брожение.
Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.- Чудинов А.Н.,
.
ФЕРМЕНТАЦИЯ
Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке.- Попов М.,
.
ФЕРМЕНТАЦИЯноволатинск. , от лат. , закваска. Брожение.
Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней.- Михельсон А.Д.,
.
ФЕРМЕНТАЦИЯто же, что брожение.
Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.- Павленков Ф.,
.
фермента́ция(лат. fermentare вызывать брожение) биохимический процесс переработки сырья (напр., листьев табака, чая), протекающий под воздействием ферментов, вырабатываемых соответствующими видами микроорганизмов.
Новый словарь иностранных слов.- by EdwART, ,
.
ферментация
Большой словарь иностранных слов.- Издательство «ИДДК»,
.
ферментация и, мн. нет, ж. (нем. Fermentation, фр. fermentation < лат. fermentāre вызывать брожение).
хим. Биохимический процесс переработки сырья (напр., листьев табака, чая), протекающий под воздействием ферментов, вырабатываемых соответствующими видами микроорганизмов.
Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина.- М: Русский язык,
.

Ферментация никогда не выходила из моды, правда, еще полвека назад наши бабушки называли ее «квашением». Мисо, кимчи, комбуча, кефир, сыр и квашеная капуста — все это продукты ферментации, которые можно найти на полках каждого магазина. «Афиша Daily» выяснила все, что нужно знать об этом процессе.

Научный сотрудник бистро и пекарни «Футура»

Сооснователь бистро и пекарни «Футура»

Что такое ферментация?

Александр: Лучшее определение ферментации в одном из своих интервью дал повар и ученый Дэвид Зильбер, который работал в ресторане Noma. Он назвал ферментацию контролируемым гниением, что на самом деле таковым и является. Для того чтобы запустить процесс ферментации, нужно ввести определенный процент соли (не более 3,5% от общей массы) в среду, богатую сахаром. Это нужно для того, чтобы бактериям (если конкретнее, то лактобактериям) было на чем бродить, поэтому ферментация очень близка к брожению и квашению, только называется по-другому. Соль нужна для того, чтобы остановить развитие патогенных бактерий, которые могут повредить человеку.

Илья: Я бы сказал, что ферментация — это создание благотворной среды для бактерий. Человек в данном процессе контролирует все, что может контролировать. Например, блокирует воздух, если бактерии живут только при наличии кислорода, контролирует уровень кислотности раствора (pH), соль, сахар — и таким образом создает среду, в которой будут жить только те бактерии, которые ему нужны. В условиях, при которых средняя соленость продукта ферментации составляет 3%, могут жить только лактобактерии, которые запускают процесс квашения. Их жизнедеятельность будет продолжаться до тех пор, пока не закончится еда или не понизится температура.

Чем ферментация отличается от засола и маринования?

Илья: Все это нельзя сравнивать с ферментацией. Это как сравнивать обжаривание и тушение: можно начать с тушения для того, чтобы что‑то пожарить, но это совершенно разные процессы, в результате которых получается разный продукт. Какой из этих способов выбрать, зависит исключительно от ваших вкусовых предпочтений.

Идея ферментации состоит в том, что мы контролируем то, что для нас делают бактерии, а не убиваем их до конца. При идеальном раскладе мы убиваем все бактерии, кроме одного типа, в то время как соление и маринование обычно не подразумевают развития никаких бактерий — в этом принципиальное различие.

Соление — это регулирование количества соли, которое происходит за счет обратного осмоса (процесс, при котором вода стремится наружу для того, чтобы уравновесить концентрации. — Прим. авт.). Соль в этом случае не проходит в сам продукт, но при этом из него выходит влага, что повышает концентрацию соли внутри. При таком уровне солености не выживают никакие бактерии.

Александр: При мариновании продукт сохраняется за счет добавления большего количества соли, уксуса или другой кислоты, что блокирует любое поле деятельности для бактерий и позволяет продукту храниться дольше. Для ферментации, наоборот, необходимо вырастить бактерии, которые впоследствии изменят продукт: сделают его мягче, видоизменят волокна, придадут новый вкус и запах.

Как понять, что продукт ферментации готов и как долго после этого его можно хранить?

Илья: Когда ферментация подходит к своему пику и ее результат вас устраивает, то можно либо съесть продукт, либо как‑то его сохранить — остановить жизнь бактерий. Сохранить продукт можно путем заморозки, охлаждения, добавления соли или с помощью вакуумации. Продолжительность хранения зависит от того, каким образом мы остановили развитие бактерий, но предсказать точное время хранения невозможно. Например, есть рябина, в которой много танинов: если хранить ее в стеклянной банке, то из‑за воздействия света она в какой‑то момент станет непригодной для еды.

Если выбирать морозилку как способ хранения, то продукт в ней может лежать и полгода, но в какой‑то момент кристаллы начнут портить текстуру. А вот мисо можно считать вечным: в нем достаточное количество соли (9%), чтобы бактерии перестали размножаться, а следовательно, процесс ферментации прекратился. Остается только следить за тем, чтобы на нем не появилась плесень.

Нужно понимать, что от вашего решения, каким образом ферментировать и хранить продукт, будет зависеть его дальнейшая судьба, так как у каждого из них есть свои временные, вкусовые, текстурные, энергетические ограничения.

Например, при ферментации имбирного эля или мексиканского напитка тапаче бактерии развиваются в сладкой среде, а в случае с хлебной закваской дрожжи, которые находятся в муке, вступают в реакцию с водой, в результате чего крахмал переходит в сахар и запускает процесс брожения, — это все разные способы ферментации.

Александр: Я считаю, что у всего есть срок годности, и это очень хорошо видно на примере вина: есть вино, которое может храниться достаточно долго, но оно не бессмертно. Процесс ферментации также может идти долго, но время в этой ситуации не всегда является хорошим спутником, потому что что‑то может прокиснуть, стать негодным или слишком размягчиться. Например, ферментированная тыква, если оставить ее при температуре 24–28 градусов, за три дня сферментируется, будет мягкой, элегантной и вкусной, но если подождать чуть больше или изменить температурный режим, тыква разойдется по волокнам.

Какие продукты подходят для ферментации и можно ли делать это дома?

Александр: Можно ферментировать любые продукты, но делать это можно только методом проб и ошибок. Именно с опытом начинаешь понимать, какие продукты выйдут вкусными и классными, а какие не получатся.

Если заниматься ферментацией в домашних условиях, то единственное, что вам понадобится, — это весы и любая емкость, желательно стеклянная. Нужно взять одинаковое количество продукта и воды, сложить и добавить 2–3% соли от общей массы. Процесс должен происходить при температуре от 18 до 30 градусов: именно в этом диапазоне путем экспериментов подбирается идеальная температура для конкретного продукта.

Илья: Все зависит от цели. Если нужно просто что‑то сферментировать, то можно сделать это и с куском пластиковой банки: есть бактерии, которые растут на пластике. Если мы хотим взять от продукта максимум вкуса, то к любому из них можно подобрать подход. Почти все можно ферментировать вкусно: например, сделать уксус из сока, или мисо-пасту из жмыха, оставшегося после сока.

Ферментированные продукты в повседневной жизни

Александр: Ферментация вокруг нас: например, вино и пиво — это продукты ферментации. Водка изначально подвергается процессу ферментации, только впоследствии она проходит дистилляцию, то есть это комбинированный процесс. Ферментация стоит у истоков очень многих вещей: квашеная капуста, кимчи, мисо, кефир, сыр, пиво, известный нам чайный гриб.

В чем преимущества и успех ферментированных продуктов?

Александр: Все изменилось, когда Дэвид Зильбер начал популяризировать процесс ферментации. Например, в России есть книга Р.Э.Лойко «Консервируем сами», датированная 1989 годом. Ферментация была задолго до нас, но ей никто не придавал значения, а когда Дэвид Зильбер и Рене Редзели выпустили «The Noma Guide to Fermentation», у всех вдруг проснулся интерес к этому процессу.

Илья: Это очень вкусно и позволяет сэкономить много денег: продукты в сезон дешевле, и если их заквасить, то можно использовать в течение года. Также это крутой маркетинг. Ферментация существовала всегда, просто раньше называлась иначе и в инстаграме о ней не рассказывали.

Рецепт квашеных (соленых) лимонов

— Лимоны — 300 г— Соль — 15 г— Сахар — 15 г

Как готовить и с чем есть

Лимоны помыть, нарезать дольками.

Взять банку, желательно стеклянную, смешать в ней нарезанные дольками лимоны, соль и сахар. По желанию можно добавить специи — например, лавровый лист и корицу или розовый и сычуаньский перец.

Хранить банку месяц в тепле (при теплой температуре, не ниже 24 градусов), ежедневно встряхивая.

Есть в качестве дополнения к рыбе, использовать как дрессинг для салатов или в приготовлении чатни и джемов.

Подробности по теме

Сладкая жизнь: чем варенье отличается от конфитюра и джема и как готовить их правильно

Только самое интересное — у нас в

Главная
–
Вино
–
Основы
–
Что такое ферментация в виноделии

Что такое ферментация в виноделии

15 июля 2022

Попросили Дмитрия Мережко рассказать, что такое ферментация и как этот процесс происходит.

Ферментация, или брожение, – это сложный биохимический процесс превращения органических соединений (чаще всего сахаров типа глюкозы и фруктозы) в более простые вещества – спирты, органические кислоты, альдегиды, кетоны, углекислый газ или воду. Как правило, брожение проходит в анаэробных условиях (без доступа воздуха).

Осуществляют ферментацию особые микроорганизмы, так называемые «бродильщики». Среди бродильщиков есть как представители царства бактерий, так и микроскопические одноклеточные грибки. Эти грибки, которые способны жить в богатой питанием среде, не образуя мицелия (грибницы), называют «дрожжи». Бродильщики тысячелетиями живут с человеком и помогают ему сохранять и создавать новые продукты питания. Их можно назвать «одомашненными микроорганизмами».

Существует несколько путей, которыми может идти брожение. За то, каким именно путем оно пойдет, отвечают ферменты, биологические катализаторы. В зависимости от этого, продуктом брожения становятся различные вещества. У каждой группы микроорганизмов – свой набор ферментов. Например, за сбраживание молочных продуктов отвечают молочнокислые бактерии, и главным его продуктом является молочная кислота. Это брожение так и называют: молочнокислым.