Fermantasyon mayanın şekerler
Fermantasyon, Mayanın Şekerler Üzerindeki Kimyasal Etkisidir
Alkol kullanmıyorsanız, muhtemelen mayanın şekerler üzerindeki kimyasal etkisi olan fermantasyonu duymuşsunuzdur. Maya içeren alkolsüz ürünler arasında çikolata, kahve, kefir, gazlı içecekler, sirke, biyoyakıtlar ve kimyasallar bulunur.
Laktat dehidrogenaz
pH 5.0’da L-laktik asit üretmenin yanı sıra, B. koagülant az miktarda asetat ve etanol de üretir. ldhA geni, B. coagulans’ın kromozomunda bulunur ve enzimin aktivitesini düzenler. Gen, S. oneidensis MR-1’in genomunda da bulunur. Mayadaki fizyolojik rolü hala belirsiz olsa da, bakterilerde piruvat indirgemesini katalize ettiği bilinmektedir.
Bir laboratuvar deneyinde, araştırmacılar iki B. coagulans suşu izole ettiler. İlk suş, QZ15, glikozu fermente etti ve 72 saatte yaklaşık 1 M D-laktik asit üretti. İkincisi, QZ19, 100 g L-1 (0.56 M) şeker solüsyonunu 48 saatte fermente etti. QZ15 suşuna ek olarak QZ19, fermantasyon sırasında piruvat üretmedi.
LDH enzimi D-laktik asit üretir. QZ19 suşu, 48 saatte glikozdan 90 g L-1 optik olarak saf D-laktik asit üretebilir. Üçüncü bir mutasyon olan GlyDH, D-LDH aktivitesinin kaynağı olarak tanımlandı. Doğal GlyDH ise piruvat ile bu reaksiyonda hiçbir aktivite göstermedi, bu nedenle mutasyona uğramış suş 0.8 mol min-1 (mg protein) üretti.
Daha önce kalp krizlerini ve kas hasarını teşhis etmek için CPK ve LDH kullanılıyordu. Günümüzde troponin gibi daha doğru testler var. LDH’ye ek olarak, doku hasarının bir göstergesi olarak da hizmet eder. Yüksek LDH seviyesi, kas distrofisi olarak bilinen bir durum olan kalp yetmezliği veya böbrek hastalığının bir göstergesi olabilir. Kanda yüksek LDH seviyelerine neden olan üç farklı kas distrofisi vardır.
Laktik asit üretimi için gıda karbonhidratlarını ortadan kaldırmak için alternatif fermente edilebilir şeker kaynakları gereklidir. Ticari mantar selülazları yüksek bir maliyeti temsil eder. Ayrıca ısıya dayanıklı biyokatalizörler, şekerlerin ideal koşullar altında fermente edilmesi için gereklidir. Maya suşu QZ19, bu yaklaşım için bir adaydır. İkincisi, hemiselülozu metabolize ederek daha yüksek bir L-laktik asit konsantrasyonu sağlar.
Mayalar
Mayanın şekerler üzerindeki kimyasal etkisi çok çeşitli uygulamalara sahiptir. Çoğu maya, 50 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda yaşayamaz ve yalnızca sınırlı miktarda alkolü işleyebilir. Sonuç olarak, mayanın fermantasyon sırasında tutulması gereken sıcaklık aralığı, kullanılan mayaya bağlı olacaktır. Neyse ki, bazı genel kurallar en iyi sonuçları almanıza yardımcı olabilir. Maya fermantasyonu ve ürettiği birçok ürün hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen okumaya devam edin.
Mayaların sindirebildiği en yaygın şekerler, glikoz ve fruktoz gibi basit karbonhidratlardır. Nişastalar doğal olarak fermente edilemezler çünkü mayaların parçalanması için çok karmaşıktırlar. Şekerler önce glikoz gibi onları fermente etmek için basit şekerlere ayrılmalıdır. Bununla birlikte, bazı gıdalar doğal olarak fermente edilebilir ve maya onları dönüştürür.
Mayalar ilk olarak Bigo adlı bir damıtıcı Pasteur’den yardım istediğinde keşfedildi. Big, alkol üretmek için şeker pancarını fermente ediyordu. Kullandığı fermantasyon kapları laktik asitle kirlendi ve bunlardan dökülen sıvı küstahlaştı. Pasteur, tatlarının bu kadar ekşi olmasına neyin sebep olduğunu belirlemek için örnekleri inceledi. Mayanın bir sıvı içinde yüzen kürecikler olduğunu buldu.
Mayalar çok yönlüdür, çok çeşitli şekerleri fermente eder ve asidik ve alkali ortamları tolere eder. Mayalar iki tip olabilir: saccharomyces ve saccharomyces olmayan. İlki, elipsoid şekilli maya civarındadır ve en yaygın olarak çalışılandır. Bazı mayalar ayrıca düşük oksijenli bir ortamda gıdaları fermente edebilirler.
Kimyanın temel kurallarına ek olarak, enzimlerin nasıl çalıştığını anlamak da önemlidir. Bir öğrencinin kimyaya giriş dersinde yapabileceği bir deney, mayanın şekerler üzerindeki kimyasal etkisini içerir. Bu deney pahalı ekipman olmadan yapılabilir ve genel kimya dersi için uygundur. Sükroz ve laktozun hidrolizi glikoz ve galaktoz üretecektir. Her iki şeker de sükraz ve laktaz adı verilen enzimler tarafından katalize edilir.
Enzim katalizi
Fermantasyon süreci, mayanın şekerler üzerindeki kimyasal etkisini içerir. Mayanın şekeri alıp etanole dönüştürmesiyle oluşur. Bu işlem sadece birkaç temel malzeme ile evde yapılabilir. Kimyasal dönüşüm hızla gerçekleşir ve evde lezzetli tatlılar veya ekmek hazırlamanıza olanak tanır. Enzimler, reaksiyonların etkinliğini artırmak için katalizör görevi görebilir ve bu da onları üretmeyi daha uygun maliyetli hale getirir.
Enzim katalizinin basit bir gösterimi, ucuz ekipman kullanılarak evde yapılabilir. Maya kullanılarak sükroz, laktoz veya galaktozun hidrolizini gösterir. Reaksiyon tarafından üretilen hidrojen, mayanın yüzeyinden yayılan bir buhar olarak salınır. Bu işlem, laktaz ve sükraz adı verilen iki enzim tarafından katalize edilir.
İşlem, substratlar için enzimlerin yüksek özgüllüğü nedeniyle gerçekleşir. Enzimler kimyasal reaksiyonları milyonlarca kat hızlandırır. Bu işlem aynı zamanda mümkündür çünkü enzimler, hafif pH ve tuz koşulları altında işlev gösterebilecekleri hücresel bir ortamda çalışırlar. Sadece birkaç biyolojik olmayan katalizör, bu tür ılımlı koşullar altında işlev görebilir. Enzimler denatüre olursa ortaya çıkan ürün faydalı olmaz.
Buna karşılık, mayada oluşan ADH1 kristalleri stokiyometrik bağımlılık içermez. Asimetrik kristalleşmesi, çözeltide önceden var olan durumu yansıtabilir. Biyokimyasal çalışmalar, koenzim bağlanmasının stokiyometrisini ve işbirliğini ortaya çıkarabilir. Bu çalışma, maya fermantasyon süreci ve yeni teknolojilerin geliştirilmesi için çıkarımlara sahiptir.
Maya ve at karaciğeri ADH benzer yapılara sahiptir ancak yapısal olarak farklıdır. Mayada, iki kompleks 16 ortak yapısal elemente sahiptir. At karaciğeri ADH, kapalı ve açık kompleksler arasında küçük bir farka sahiptir. Bu değişiklikler enzimin stabilitesini ve koenzimin afinitesini etkiler. Asp veya Glu’nun ikamesi katalizi arttırmazsa, etkinliğini 3000 kata kadar azaltır.
At ADH’si, maya ADH’sine benzer bağlanma sabitlerine sahiptir. Maya ADH’sinin ters G202I ikamesi, afinitesini azaltır ve ayrışma sabitlerini arttırır. Bununla birlikte, maya ve karaciğer enzimlerinin mutajenez çalışmaları, bu enzimlerin katalitik aktivitesini azaltmaktan daha kolay olduğunu göstermektedir. Bu nedenle protein mühendisliği, at ve maya ADH tetramerlerinde aktif ADH dimerleri oluşturmak için uygun bir seçenek olabilir.
Alkolik fermantasyon
Maya, alkol üretmek için şekerleri fermente eder. Enzimler, karbonhidrat ayrışma reaksiyonları için katalizör görevi görerek bu süreçte merkezi bir rol oynar. Mayalar, oksidoredüktazlar, hidrolazlar, transferazlar, izomerazlar ve ligazlar dahil olmak üzere çeşitli enzim sınıflarına sahiptir. Enzimler, fermantasyon sürecinde merkezi bir rol oynar ve farklı bileşenler üzerinde hareket ederek her adımda müdahale ederler.
Mayalar, yüksek derecede morfolojik farklılık içeren doğal olarak oluşan organizmalardır. Tipik olarak elipsoidal, yuvarlak veya ovaldirler. Mayalar mikroskobik değerlendirme ile tanımlanır, ardından türleri ayırt etmek için mikrobiyolojik ve biyokimyasal testler yapılır. Bu testler klasik sınıflandırma olarak bilinir. Bunlar zahmetlidir ve genellikle türler arasında farklılaşmaya dayanır. Mayalar etanol, organik asitler ve SO toleranslarına göre sınıflandırılır.
Beyaz meyve suyunda, çeşitli faktörler antioksidan seviyelerini etkileyebilir. Mayalar, anaerobik koşullar altında piruvatı etanole dönüştürebilir. Piruvat önce asetaldehit adı verilen bir orta yol molekülünü dönüştürerek karbondioksit salar. Süreç ayrıca mayalar için enerji açısından verimli bir metabolik ürün olan NAD+ üretebilir.
Maya ve şekerler arasındaki kimyasal reaksiyona ek olarak, mikroplar da şarap üretiminde önemli bir rol oynar. Üzümler, hasattan önce genellikle mayayı öldürmek için mantar ilaçları ile muamele edilir. Bu fungisitler, floranın doğal dengesini bozar ve ‘öldürücü’ maya türlerinin gelişmesine neden olur. Diğer mikroplar, olgunlaşma ve berraklaştırma işlemi sırasında fermantasyon sürecini etkiler. Asetobakter türleri şekerleri oksitleyerek asetik asit oluşturabilir.
Alkol üretim süreci fermantasyon olarak bilinir ve insanlar tarafından binlerce yıldır kullanılmaktadır. Alkollü içecekler, ekmek ve yan ürünler oluşturmak esastır. Fermantasyonun biyokimyasal süreci, mayanın kimyasal öncüler ve atık su işleme için bir katalizör olarak kullanılmasıyla incelenmiş ve karakterize edilmiştir. Bitkisel kaynaklardan yakıt yapımında da yararlıdır. Neden bu kadar faydalı olduğunu merak ediyor olabilirsiniz.
Mayanın şekerler üzerindeki kimyasal reaksiyonu olan gliseroliz, kimyaya girişte büyüleyici bir konu olabilir. Öğrenciler çok az ekipman gerektiren ve kimyaya giriş dersleri için uygun olan basit bir deneyi kolayca yapabilirler. Sükroz, laktoz ve galaktoz hidrolizi sırasıyla glikoz ve galaktoz verir. Bu işlemden sorumlu enzimler sükraz ve laktazdır.