Fermentowane surowce roślinne
Kiszona kapusta
Oczyszczenie dojrzałych główek kapusty
Wycięcie rdzenia i rozdrobnienie
Solenie
Bakterie coli, heterofermentatywne Leuconostoc messenteroides – fermentacja burzliwa
Zmiana warunków
Heterofermentatywne Lactobacillus brevis, homofermentatywne Lactobacillus plantarum, Pediococcus
Temperatura optymalna 18
Stężenie soli 2%
Czas kiszenia – około 2 tygodni
pH 3-4
dla kapusty kiszonej najgorsza jest pleśń Geotrichum candidum
Kiszone ogóraski
początkowo rozwijają się różne mikroorganizmy – drożdże i bakterie
używa się szczepionek ukierunkowujących fermentację
bakterie fermentacji mlekowej
ostatni etap – Lacobacillus plantarum, L. brevis, Pediococcus (zmieniają one warunki, są to bakterie homofermentatywne, pojawiają się wtedy kwasy organiczne)
20 – 26
Solanka 8-10%
Nie ma dominującej roli L. messenteroides (bo są bardzo wrażliwe na zasolenie)
Są trwałe długi czas, gdy są przechowywane w ciemności i w warunkach beztlenowych
Kiszonki paszowe
Liście buraków cukrowych, kukurydzy, ziemniaki, trawy
W procesie uczestniczy wiele mikroorganizmów
Właściwy przebieg fermentacji – odpowiedni stosunek węgla do azotu
Surowce roślinne muszą być zalewane dodatkowymi składnikami
Następstwo gatunkowe mikroorganizmów – drobnoustroje zanieczyszczające rośliny ( coli, Bacillus, bakterie gnilne), homofermentatywne bakterie L. plantarum, L. curvatus lub heterofermentatywne pałeczki L. brevis, l. buchneri, bakterie propionowe, drożdże
Jedynymi bezpośrednimi organizmami oprócz bakterii fermentacji mlekowej ś bakterie propionowe i drożdże
Bakterie propionowe – ich rozwój jest korzystny dla paszy, kwas propionowy chroni przed bakteriami gnilnymi, wytwarzają witaminę B12
Fermentacja pieczywa
Szczepionki piekarskie: L. plantarum, L. brevis, L. fermentum, L. leichmani, L.sanfraciscensis (bardzo duże powinowactwo do maltozy)
Fermentacja mięsa
Szczepionki: Pediococcus acidilactici, P. pentosaceus, L. plantarum, L. sakei, mikrokoki
Stosuje się szczepionki mrożone lub liofilizowane.
Kwas mlekowy
Przemysłowa produkcja kwasu mlekowego metodą biologiczną – 1881-1883 USA, 1895 Europa
Rodzaj substratu do produkcji jest zależny od rodzaju stosowanego mikroorganizmu
Akwawit Leszno – roztwór sacharozy z dodatkiem kiełków lub ekstraktu drożdżowego, L. delbrueckii
Kwas mlekowy występuje w 3 formach: L, D i mieszaniny racemicznej
Dekstran
Leuconostoc messenteroides – dekstranosacharoza
Jest używany głównie do chromatografii.
Bakteriocyny
Związki białkowe syntezowane rybosomalnie jako prebakteriocyny
Aktywność po wydzieleniu z komórki
Wąskie spektrum aktywności
4 grupy
Najlepiej znana – nizyna (Lactobacillus lactis)
| cecha | charakterystyka |
|---|---|
| Struktura chemiczna | Peptydy, w niektórych występują nietypowe aminokwasy |
| Synteza | I-rzędowe lub II-rzędowe metabolity syntezowane rybosomalnie |
| Kodowanie | Plazmidowo lub genomowo |
| Sposób działania | Destabilizacja osłon komórkowych bakterii |
| Specyficzność | Anty Gram + |
| Stabilność | Odporne na temperaturę, aktywne w szerokim spektrum pH, stabilne podczas przechowywania |
| Enzymy proteolityczne | Wrażliwe, trawione w przewodzie pokarmowym |
| Toksyczność | Nietoksyczne dla ludzi i zwierząt |
Bakteriocyny – przemysł spożywczy, biosynteza rybosomalna, wąskie spektrum działania, odporność na komórki producenta
Antybiotyki – przemysł leczniczy, biosynteza za pomocą wtórnych metabolitów, szerokie spektrum działania, brak odporności na komórki gospodarza.
Probiotyki
Są to preparaty lub produkty żywnościowe zawierające pojedyncze lub mieszane kultury żywych mikroorganizmów, które podane człowiekowi lub zwierzętom w odpowiedniej ilości, wywierają korzystny wpływ na ich zdrowie.
Określenie probiotyk jest zastrzeżone dla produktów lub preparatów, które spełniają następujące warunki:
Zawierają żywe komórki mikroorganizmów
Poprawiają stan zdrowia człowieka i zwierząt
Korzystny efekt w jamie ustnej (dodatki do żywności lub preparaty farmaceutyczne), przewodzie pokarmowym, w górnych drogach oddechowych (aerozole) lub w przewodzie moczowo-płciowym (preparaty miejscowe)
Bakterie fermentacji mlekowej wydzielają substancje antywirusowe, antybakteryjne i antygrzybiczne.
Stwarzają one również środowisko kwaśne, które nie jest tolerowane dla mikroorganizmów.
Fizyczne bariera, która zabezpiecza układ pokarmowy.
Komercyjnie wykorzystywane szczepy bakterii:
Lactobacillus acidophilus
L. casei
L. lactis
L. fermentum
L. rhamnosus
L. sulivarius
L. gassari
L. johnsonii
L. paracasei
L. plantarum
Bifidobacterium bifidum
B. breve
B. lactis
B. longum
Streptococcus thermophilus
DROŻDŻE
Metabolizm:
- szlaki kataboliczne
- szlaki anaboliczne
- szlaki amfiboliczne – zarówno katabolizm, jak i anabolizm, dostarczają prekursorów do syntezy biomasy (glikoliza)
- amplerotyczne – uzupełniające, uzupełniają komórce to, czego jej brakuje (cykl glioksalowy)
Saccharomyces sp.:
Metabolizm tlenowy (budowanie biomasy)
Metabolizm beztlenowy (fermentacja alkoholowa)
Drożdże – chemoorganoautotrofy – organizmy wykorzystujące różne związki organiczne
Glukoza:
Pirogronian (powstaje w trakcie EMP – glikoliza)
Szlak tlenowy – powstaje CO2 i H2O
Szlak beztlenowy – powstaje etanol
Fruktozo-6-P i aldehyd 3-fosfoglicerynowy (powstaje w trakcie HMP – cykl pentozo fosforanowy)
I pentozofosforany – syntezy komórkowe
Beztlenowy metabolizm sacharydów
Fermentacja alkoholowa – przekształcenie cukru do etanolu i CO2.
Jest procesem amfibolicznym, związki pośrednie mogą być wykorzystywane do syntez komórkowych
Większość drożdży asymiluje glukozę, galaktozę lub mannozę
Podstawowym szlakiem jest glikoliza.
Z 1 mola glukozy powstają 2 mole pirogronianu (przekształcany jest w aldehyd octowy dzięki dekarboksylazie pirogronianowej, w której ko faktorem jest pirofosforan tiaminy, aldehyd jest przekształcany w etanol dzięki dehydrogenazie alkoholowej) i 2 cząsteczki ATP.
Reakcje glikolizy to reakcje amfiboliczne, bo np. triozofosforany mogą być wykorzystywane do syntezy bakteryjnych lipidów, pirogronian do syntezy aminokwasów.
Jeżeli niskie stężenie O2:
- w warunkach fermentacji poziom enzymów cyklu TCA jest niski (brak dehydrogenazy 2-oksyglutaranu)
- brak pentoz potrzebnych np.: w syntezie kofaktorów, kwasów nukleinowych
- pentozy=> cykl HMP ale poziom dehydrogenazy glukozo-6-P zbyt niski
- pentozy – transketolaza (substraty: fruktozo-6-P i aldehyd 3-PG)
95% glukozy przez drożdże jest przetwarzana do alkoholu
Gdy brak jest N2 w pożywce, część glukozy wchodzi do przemiany, reszta jest zmagazynowana w postaci glikogenu
Tlenowy metabolizm sacharydów
Gdy drożdże dostaną tlen cieszą się jak głupie i 10 razy zwiększają swoją biomasę.
Glukoza – pirogronian – acetylo-CoA, który jest całkowicie wykorzystywany w cyklu Krebsa.
Jeżeli braknie cukrów, cykl zostanie zahamowany na etapie izocytrynianu i włącza się cykl glioksalowy. Tworzy się acetylo-CoA, który przyłącza się do pirogronianu. W końcowym etapie włączony zostaje łańcuch oddechowy.
W łańcuchu oddechowym drożdży występują 3 biologicznie czynne systemy transportu elektronów:
- pirymidynowy
- flawoproteinowy
- cytochromów
W wyniku utlenienia cząsteczki glukozy powstaje 38 cząsteczek ATP
W wyniku fermentacji cząsteczki glukozy powstają 2 cząsteczki ATP
Drożdże niefermentujące – tylko mechanizm tlenowy
Na podstawie aktywności oddechowej drożdże mogą być podzielone na 3 grupy:
Wykazujące metabolizm tlenowy – drożdże niefermentujące
Prowadzące procesy tlenowe i beztlenowe w proporcjach równowagowych – drożdże browarnicze górnej fermentacji, drożdże piekarskie, patogenne
Wykazujące głównie metabolizm beztlenowy – drożdże winiarskie, gorzelnicze, browarnicze dolnej fermentacji
Efekt Pasteura to efekt hamowania glikolizy przy wysokich stężeniach tlenu.
Fosfofruktokinaza jest hamowana przez wysokie stężenie ATP i cytrynianu i protonów
Dotyczy wszystkich drożdży S. cerevisiae za wyjątkiem drożdży piekarniczych
Efekt Pasteura
- hamowanie fosfofruktokinazy
- regulacja liazy cytrynianowej i dehydrogenazy jabłczanowej
- hamowanie transportu aktywnego glukozy przez membrany
Hamowanie oddychania na zasadzie katabolicznej represji glukozowej nosi nazwę negatywnego efektu Pasteura i efektu Crabtree.
Drożdże Crabrtree dodatnie – to takie, które fermentują w warunkach tlenowych.
Istota negatywnego efektu Pasteura polega na hamowaniu biosyntezy enzymów oddechowych, natomiast mianem efektu Crabtree określa się hamowanie aktywności enzymów proteolitycznych.
Drożdże winiarskie
Krótki okres adaptacji do środowiska moszczu i szybkie zdefermentowanie
Intensywna fermentacja o prawidłowym przebiegu
Produkcja etanolu do wymaganego poziomu
Wytwarzanie produktów ubocznych
Mała wrażliwość na niskie pH środowiska i wysokie stężenie kwasów organicznych
Zdolność do flokulacji i szybkiego osadzania po zakończeniu fermentacji
Czechy, Włochy, Węgry – S. bayanus
Francja, Niemcy – S. cerevisiae
Odporność na wyższe stężenia etanolu
Odporność na obecność związków siarki – drożdże sulfitowe
Zdolność metabolizowania kwasu jabłkowego – głównego składnika kwasowości wina
Możliwość prowadzenia fermentacji w obecności wysokich stężeń cukru – te, które wytwarzają miody pitne (osmofilne)
Tolerancja na wysokie stężenia garbników
Tolerancja na wysokie stężenia CO2
Drożdże winiarskie to drożdże mezofile, temp optymalna 28-32
Drożdże priofilne – zdolne do przeprowadzania fermentacji w 4, która jest wolniejsza, produkt jest wysycony CO2, wyższe stężenia etanolu i mniejsza ilość związków lotnych
Zanieczyszczenia mikrobiologiczne
Brak fermentacji mlekowej – Leuconostoc sp. – śluz (wina słodkie o niskiej kwasowości)
Brak fermentacji jabłczanowo-mleczanowej – L. plantarum, Oenococcus oenas – rozkład kwasu jabłkowego do kwasu mlekowego i CO2
Brak fermentacji mannitowo-mleczanowej – L. fructovirans, L. fermentum – fermentacja cukrów z wytworzeniem kwasu mlekowego, octowego i mannitu
Bakterie octowe – Acetobacter – zaoctowanie wina
Drożdże:
- Schiyosaccharomyces pombe – rozkład kwasu jabłkowego do etanolu i CO2
- Candida, Pichia – utlenianie etanolu do kwasu octowego i estru etylooctowego
- Pichia, Kloeckera – przemiany siarki
Pleśnie – Aspergillus sp., Penicillium sp., Botrytis sp. (mikotoksyny + śluz)