Lên men

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Fermentation in progress: Bubbles of CO2 form a froth on top of the fermentation mixture.
Overview of ethanol fermentation. One glucose molecule breaks down into two pyruvate molecules (1). The energy from this exothermic reaction is used to bind inorganic phosphates to ATP and convert NAD+ to NADH. The two pyruvates are then broken down into two acetaldehyde molecules and give off two CO2 molecules as a waste product (2). The acetaldehyde is then reduced into ethanol using the energy and hydrogen from NADH; in this process the NADH is oxidized into NAD+ so that the cycle may repeat (3).

Lên men là quá trình tổng hợp chuyển đổi đường thành sản phẩm như: acid, khí hoặc rượu...của nấm men hoặc vi khuẩn, hoặc trong trường hợp lên men acid lactic trong tế bào cơ ở điều kiện thiếu khí oxy. Lên men cũng được sử dụng rộng rãi hơn trong sự tăng sinh khối của vi sinh vật trên môi trường sinh trưởng_sự tích lũy các sản phẩm trao đổi chất hữu ích cho con người trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật. Nhà sinh vật học người Pháp Louis Pásteur được ghi nhớ như là người hiểu rõ sự lên men và nguyên nhân vi sinh vật của nó. Khoa học của sự lên men được biết như "zymology"

Quá trình lên men diễn ra trong điều kiện thiếu oxy (khi chuỗi vận chuyển electron không thể diễn ra) và trở thành phương tiện chủ yếu của tế bào để sản xuất ATP (năng lượng). Nó chuyển NADH và pyruvate được sản sinh trong bước thủy phân glucoza thành NAD+ và những phân tử nhỏ hơn(xem ví dụ bên dưới). Khi có mặt của O2, NADH và pyruvate được dùng cho hô hấp; đó là sự oxy hóa phosphoryl hóa, nó sinh ra nhiều ATP hơn, vì lý do đó, các tế bào thường tránh quá trình lên men nếu có sự hiện diện của õxy. Ngoại lệ bao gồm VSV kỵ khí bắt buộc, nó không chịu được õxy.

Bước đầu tiên, thủy phân glucoza (glycolysis), chung cho tất cả các con đường lên men

C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3COCOO + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 2H+

Pyruvate là CH3COCOO. Pi là phosphate.

Hai phân tử ADP và hai Pi được chuyển đổi thành 2 phân tử ATP và hai phân tử nước thông qua sự phósphoryl hóa mức độ cơ chất. Hai phân tử của NAD+ được khử thành NADH 

Trong quá trình oxy hóa phósphoryl hóa, năng lượng cho sự tạo thành ATP được bắt nguồn từ gradient proton điện hóa được tạo ra qua màng ty thể trong (hoặc, trong trường hợp vi khuẩn, màng tế nào) thông qua chuỗi vận chuyển điện tử. Thủy phân glucoza quá trình phósphoryll hóa ở mức độ cơ chất (ATP sinh ra trực tiếp từ phản ứng này)

Quá trình lên men đã được con người sử dụng cho sản xuất thực phẩm hoặc nước giải khát ở thời kỳ đồ đá. Ví dụ, lên men được dùng để bảo quản trong quá trình lên men acid lactic được tìm thấy trong thực phẩm muối chua như là dưa muối, kimchi và yaua, cũng như trong quá trình sản xuất thức uống có cồn như rượu và bia. Quá trình lên men thậm chí diễn ra trong dạ dày của động vật, cũng như ruột người. Hội chứng nhà máy bia là hội chứng y khoa hiếm gặp khi bao tử chứa nấm men bia, phân giải tinh bột thành cồn, thứ có thể đi vào trong máu.

Từ nguyên[sửa | sửa mã nguồn]

Thuật ngữ lên men trong các ngôn ngữ châu Âu có gốc từ tiếng La Tinh "fervere", có nghĩa là "làm chín", dùng để diễn tả hoạt động của nấm men trong dịch chiết trái cây hay dịch đường hóa ngũ cốc. Louis Pasteur đã gọi sự lên men là "sự sống thiếu không khí" ("kị khí", "thiếu ôxi"). Tuy nhiên, thuật ngữ lên men đến nay được hiểu là tất cả các quá trình biến đổi do vi sinh vật thực hiện trong điều kiện yếm khí (thiếu oxi) hay hiếu khí.

Quá trình lên men[sửa | sửa mã nguồn]

Comparison of aerobic respiration and most known fermentation types in eucaryotic cell.[1] Numbers in circles indicate counts of carbon atoms in molecules, C6 is glucose C6H12O6, C1 carbon dioxide CO2. Mitochondrial outer membrane is omitted.

Quy mô phòng thí nghiệm[sửa | sửa mã nguồn]

Ở quy mô phòng thí nghiệm, lên men là quá trình nhằm mục đích khảo sát chất lượng vi sinh vật thực hiện quá trình lên men. Bao gồm các công đoạn:

Nuôi cấy chủng vi sinh vật[sửa | sửa mã nguồn]

Bao gồm phân lập, tạo dòng để tạo ra nguồn giống chính xác và cần thiết về số lượng phục vụ cho quá trình lên men.

Tạo môi trường dinh dưỡng[sửa | sửa mã nguồn]

Dựa theo sự đặc hiệu về nhu cầu dinh dưỡng của bản thân vi sinh vật, người ta tạo ra các môi trường nuôi cấy trong các dụng cụ chứa. Bước này đóng góp nguồn dinh dưỡng sống còn cho chủng vi sinh vật lên men (lên men lấy sản phẩm), đồng thời là bước chuẩn bị để loại bỏ các phế phẩm cần được lên men (lên men loại phế phẩm).

Thanh trùng[sửa | sửa mã nguồn]

Khử những vi sinh vật vốn đang tồn tại trong môi trường, nhằm tối ưu hóa điều kiện sống cho vi sinh vật giống. Vì những vi sinh vật ngoại lai có thể cạnh tranh nguồn dinh dưỡng, tạo sản phẩm phụ hoặc tạo sản phẩm trao đổi chất gây ức chế giống lên men.

Lên men[sửa | sửa mã nguồn]

Nuôi ủ giống trong môi trường trong điều kiện đặt sẵn về pH, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian, hàm lượng oxy... Đôi khi cần bổ sung phụ gia lên men. Quá trình lên men là chờ đợi vi sinh vật sử dụng môi trường để trao đổi chất. Qua quá trình trao đổi chất, vi sinh vật phát triển về số lượng và kích thước, đồng thời tiết ra các sản phẩm trao đổi chất. Dựa vào điều kiện sống của giống và mục đích lên men mà người ta tối ưu quá trình lên men theo những cách khác nhau, như lên men lỏng, lên men rắn, lên men mẻ, lên men liên tục, lên men bán liên tục...

Thu sản phẩm[sửa | sửa mã nguồn]

- Đối với lên men lấy sản phẩm: thu sản phẩm là các dịch tiết trao đổi chất của vi sinh vật, hoặc chính sinh khối của vi sinh vật đó

- Đối với lên men khử phế phẩm: không có sản phẩm lên men. Quá trình lên men nhằm mục đích loại bỏ phế phẩm, ví dụ như lên men Penicillium pinophilum để loại bỏ thành phần lignin trong rác thải thành phần gỗ.

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Stryer, Lubert (1995). Biochemistry . New York - Basingstoke: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0716720096.