LÊN MEN LACTIC: QUY TRÌNH TỪNG BƯỚC VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Lên men lactic hay còn gọi là lên men axit lactic là quá trình tổng hợp ATP trong điều kiện không có oxy thực hiện một số vi sinh vật, trong đó có một loại vi khuẩn gọi là "vi khuẩn lactic", kết thúc bằng quá trình bài tiết axit. vi khuẩn lactic.

Nó được coi là một kiểu “hô hấp” kỵ khí và cũng được thực hiện bởi một số tế bào cơ ở động vật có vú khi chúng hoạt động mạnh và với tốc độ cao, lớn hơn khả năng vận chuyển oxy của hệ thống phổi và tim mạch.

Sơ đồ lên men lactic (Nguồn: Sjantoni / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) qua Wikimedia Commons và được sửa đổi bởi Raquel Parada Puig)

Nói chung, thuật ngữ "lên men" đề cập đến việc thu được năng lượng (dưới dạng ATP) trong điều kiện không có oxy, nghĩa là, trong quá trình yếm khí, và lên men lactic đề cập đến sự tổng hợp ATP và bài tiết axit. axit lactic trong quá trình yếm khí, là sản phẩm của quá trình chuyển hóa glucose.

Phương trình sản xuất axit lactic từ glucozơ.

Vi khuẩn axit lactic

Con người đã khai thác những lợi ích của quá trình lên men lactic để sản xuất và bảo quản thực phẩm trong một thời gian dài và không nghi ngờ gì nữa, vi khuẩn axit lactic là trụ cột cơ bản cho mục đích này.

Chúng thuộc về một nhóm vi khuẩn khá không đồng nhất, thường có hình dạng của cầu khuẩn và trực khuẩn; Chúng là vi khuẩn Gram dương, không sản sinh catalase, không tạo bào tử, bất động và kỵ khí, có khả năng tổng hợp axit lactic từ pyruvate được hình thành bằng con đường đường phân.

Chúng thuộc các chi khác nhau, trong số đó có Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus và Lactobacillus, trong đó có các loài thuần chủng và dị chủng.

Vi khuẩn axit lactic đồng tính tạo ra, đối với mỗi phân tử glucose mà chúng tiêu thụ, hai phân tử axit lactic; Mặt khác, vi khuẩn axit lactic dị hình sản sinh ra một phân tử axit lactic và một phân tử khác của cacbon điôxít hoặc etanol.

Quá trình lên men lactic (từng bước)

Quá trình lên men axit lactic bắt đầu bằng việc một tế bào (vi khuẩn hoặc cơ) tiêu thụ glucose hoặc một số đường hoặc carbohydrate có liên quan. Sự "tiêu thụ" này xảy ra thông qua quá trình đường phân.

- Con đường glycolytic

Đầu tư của ATP

Ban đầu, 2 ATP được đầu tư cho mỗi phân tử glucose được tiêu thụ, vì nó được phosphoryl hóa bởi enzyme hexokinase để tạo ra glucose 6-phosphate, được đồng phân hóa thành fructose 6-phosphate (enzyme isomerase glucose 6-P) và phosphoryl hóa trở lại fructose 1 , 6-bisphosphat (enzym phosphofructokinase).

Sau đó, fructose 1,6-bisphosphate bị "cắt" làm đôi để giải phóng hai triose phosphate được gọi là glyceraldehyde 3-phosphate và dihydroxyacetone phosphate, một phản ứng được xúc tác bởi một enzym aldolase.

Hai loại đường 3-cacbon được phosphoryl hóa này có thể chuyển hóa lẫn nhau bởi một enzyme triose phosphate isomerase, vì vậy, cho đến thời điểm này, mỗi phân tử glucose được tiêu thụ sẽ được chuyển thành hai phân tử glyceraldehyde 3-phosphate được phosphoryl hóa thành 1,3-bisphosphoglycerat.

Phản ứng trên được xúc tác bởi một enzyme gọi là glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), cần có sự hiện diện của "sức khử" của đồng yếu tố NAD +, nếu không có enzyme này, nó không thể hoạt động.

Sản xuất ATP

Tại thời điểm này trong lộ trình, 2 ATP đã được tiêu thụ cho mỗi phân tử glucose, nhưng hai phân tử này được “thay thế” bởi phản ứng được xúc tác bởi enzyme phosphoglycerate kinase, trong đó mỗi 1,3-bisphosphoglycerate được chuyển thành 3-phosphoglycerate. và 2ATP được tổng hợp.

Mỗi 3-phosphoglycerate được chuyển đổi thành 2-phosphoglycerate bởi enzyme phosphoglycerate mutase và đến lượt nó, chất này đóng vai trò như một chất nền cho enzyme enolase, làm mất nước và chuyển nó thành phosphoenolpyruvate.

Với mỗi phân tử glucose được tiêu thụ, 2 phân tử pyruvate và 2 phân tử ATP được tạo ra, vì phosphoenolpyruvate là cơ chất cho enzyme pyruvate kinase, xúc tác chuyển nhóm phosphoryl từ phosphoenolpyruvate thành phân tử ADP, tạo ra ATP. .

- Lên men lactic và tái tạo NAD +

Pyruvate, một phân tử 3 carbon, được chuyển thành axit lactic, một phân tử 3 carbon khác, thông qua phản ứng khử tiêu thụ một phân tử NADH cho mỗi phân tử pyruvate, tái tạo NAD + "đảo ngược" trong phản ứng đường phân. xúc tác bởi GAPDH.

Việc thay thế các phân tử NAD + được sử dụng không dẫn đến sản xuất thêm các phân tử ATP, mà cho phép chu trình đường phân tự lặp lại (miễn là có sẵn carbohydrate) và 2 ATP được tạo ra cho mỗi lượng glucose được tiêu thụ.

Phản ứng được xúc tác bởi một loại enzyme có tên là lactate dehydrogenase và diễn ra như sau:

2C3H3O3 (pyruvate) + 2 NADH → 2C3H6O3 (axit lactic) + 2 NAD +

Ví dụ về các quá trình trong đó xảy ra quá trình lên men lactic

- Trong tế bào cơ

Quá trình lên men axit lactic trong tế bào cơ thường xảy ra sau khi tập luyện sau vài ngày không hoạt động. Điều này là hiển nhiên vì vận động viên bị mỏi cơ và đau có liên quan đến sự hiện diện của axit lactic trong tế bào.

Hình ảnh của 5132824 tại www.pixabay.com

Khi các tế bào cơ tập thể dục và nguồn dự trữ oxy bị cạn kiệt (hệ thống tim mạch và hô hấp không thể đáp ứng với việc vận chuyển oxy cần thiết), chúng bắt đầu lên men (thở mà không có oxy), giải phóng axit lactic có thể tích tụ.

- Sản phẩm thực phẩm

Quá trình lên men axit lactic được thực hiện bởi các loài vi khuẩn và nấm khác nhau được con người trên toàn thế giới sử dụng để sản xuất các loại thực phẩm khác nhau.

Quá trình chuyển hóa nhờ đó các vi sinh vật khác nhau được đặc trưng là cần thiết cho việc bảo quản kinh tế và sản xuất số lượng lớn thực phẩm, vì pH axit do chúng đạt được thường ức chế sự phát triển của các vi sinh vật có khả năng gây bệnh hoặc có hại khác.

Những thực phẩm này bao gồm sữa chua, dưa cải bắp (bắp cải lên men), dưa chua, ô liu, các loại rau ngâm khác nhau, các loại pho mát và sữa lên men, nước kefir, một số loại thịt và ngũ cốc lên men, cùng những loại khác.

Sữa chua

Sữa chua là một sản phẩm lên men có nguồn gốc từ sữa và được sản xuất nhờ quá trình lên men chất lỏng có nguồn gốc động vật này bởi một loại vi khuẩn axit lactic, nói chung là các loài Lactobacillus bulgaricus hoặc Lactobacillus acidophilus.

Sữa chua (Ảnh của kamila211 tại www.pixabay.com)

Những vi sinh vật này chuyển đổi đường có trong sữa (bao gồm cả lactose) thành axit lactic, do đó, độ pH giảm (trở thành axit) trong chất lỏng này, làm thay đổi hương vị và kết cấu của nó. Kết cấu rắn hơn hoặc lỏng hơn của các loại sữa chua khác nhau phụ thuộc vào hai điều:

1. Từ việc sản xuất đồng thời các exopolysaccharid bởi vi khuẩn lên men, hoạt động như chất làm đặc
2. Từ sự đông tụ là kết quả của sự trung hòa các điện tích âm trên protein sữa, do ảnh hưởng của sự thay đổi độ pH do sản xuất axit lactic, khiến chúng hoàn toàn không hòa tan

Rau lên men

Trong nhóm này, chúng ta có thể tìm thấy các sản phẩm như ô liu được bảo quản trong nước muối. Các chế phẩm từ bắp cải như dưa cải bắp hoặc kim chi Hàn Quốc cũng được bao gồm, cũng như gherkins ngâm và jalapeno Mexico.

Thịt lên men

Các loại xúc xích như chorizo, fuet, salami và sopressatta được bao gồm trong danh mục này. Sản phẩm có hương vị đặc trưng bên cạnh khả năng bảo quản cao.

Cá và động vật có vỏ lên men

Nó bao gồm các loại cá và động vật có vỏ khác nhau thường được lên men trộn với mì ống hoặc gạo, như trường hợp của Pla raa ở Thái Lan.

Các loại đậu lên men

Lên men lactic áp dụng cho các loại đậu là một thực hành truyền thống ở một số nước châu Á. Ví dụ, miso là một loại bột nhão làm từ đậu nành lên men.

Hạt lên men

Trong ẩm thực châu Phi truyền thống, có rất nhiều sản phẩm được làm từ hạt lên men như sumbala hoặc kenkei. Những sản phẩm này bao gồm một số gia vị và thậm chí cả sữa chua làm từ ngũ cốc.

Người giới thiệu

1. Beijerinck, MW, Về quá trình lên men axit lactic trong sữa., Trong: KNAW, Proceedings, 10 I, 1907, Amsterdam, 1907, pp. 17-34.
2. Munoz, R., Moreno-Arribas, M., & de las Rivas, B. (2011). Vi khuẩn axit lactic. Vi sinh vật học rượu phân tử, xuất bản lần 1; Carrascosa, AV, Muñoz, R., González, R., Eds, 191-226.
3. Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia. (1992). Các ứng dụng của công nghệ sinh học trong thực phẩm lên men truyền thống. Nhà xuất bản Học viện Quốc gia.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
5. Soult, A. (2019). Hóa học LibreTexts. Truy cập ngày 24 tháng 4 năm 2020 từ chem.libretexts.org
6. Widyastuti, Yantyati & Rohmatussolihat, Rohmatussolihat & Febrisiantosa, Andi. (2014). Vai trò của vi khuẩn axit lactic trong quá trình lên men sữa. Khoa học Thực phẩm và Dinh dưỡng. 05. 435-442. 10.4236 / fns.2014.54051.