Mikroorqanizmlərdə fermentasiya prosesi
Fermentasiya mikroorqanizmlər tərəfindən enerji əldə etmək üçün həyata keçirilən ən vacib bioloji proseslərdən biridir. Bu proses mikrobiologiya anlayışının elmi cəhətdən tanınmasından çox əvvəl, insanlar tərəfindən min illərdir istifadə olunur. Tempeh, qatıq, çörək, fermentləşdirilmiş maniok, soya sousu, kimchi və hətta spirtli içkilər kimi müxtəlif qida və içki məhsulları fermentasiyanın nəticəsidir. Bu müxtəlif məhsulların arxasında üzvi materialları, xüsusən də karbohidratları enerjinin sərbəst buraxılması ilə daha sadə birləşmələrə çevirən mikroorqanizmlərin metabolik mexanizmi dayanır. Bu məqalədə fermentasiyanın tərifi, prosesin mərhələləri, fermentasiya növləri, iştirak edən mikroorqanizmlər və fermentasiyanın uğuruna təsir edən amillər müzakirə olunur.
Fermentasiyanı Anlamaq
Ümumiyyətlə, fermentasiya üzvi birləşmələrin (məsələn, qlükoza) mikroorqanizmlərin və ya onların istehsal etdiyi fermentlərin köməyi ilə daha sadə birləşmələrə parçalanması prosesidir. Mikrobiologiya kontekstində fermentasiya adətən oksigen olmadıqda (anaerob) və ya çox məhdud oksigen şəraitində baş verir. Mikroorqanizmlər üçün fermentasiyanın əsas məqsədi onların yaşaması, böyüməsi və çoxalması üçün ATF (adenozin trifosfat) şəklində enerji istehsal etməkdir.
Daha çox enerji istehsal edən aerob tənəffüsdən fərqli olaraq, fermentasiya daha az enerji istehsal edir. Bununla belə, fermentasiya çörək xəmiri, saxlanılan süd və ya qapalı bitki toxumaları kimi oksigen az olan mühitlərdə mikroorqanizmlər üçün vacib bir adaptasiya strategiyasıdır.
Fermentasiya Metabolizminin Əsasları
Mikroorqanizmlərdə fermentasiyanı anlamaq üçün hüceyrələrin enerji necə istehsal etdiyini anlamaq vacibdir. Qısaca desək, fermentasiya qlükozanın iki piruvat molekuluna parçalanması olan qlikolizlə başlayır. Qlikoliz az miqdarda ATF və elektron daşıyıcısı NADH istehsal edir. Aerob şəraitdə NADH elektron daşıma zənciri vasitəsilə yenidən oksidləşir və oksigen son elektron akseptoru kimi çıxış edir. Lakin fermentasiya zamanı oksigen mövcud deyil, buna görə də hüceyrələr qlikolizi davam etdirmək üçün NADH-ı NAD⁺-a "təkrar emal etmək" üçün başqa bir yol tapmalıdırlar.
Məhz burada fermentasiya rol oynayır: piruvat və ya onun törəmələri NADH-dan elektronları qəbul edəcək və beləliklə, NAD⁺-u bərpa edəcək. NAD⁺ mövcud olduqda, qlikoliz davam edə bilər və məhdud miqdarda olsa da, ATF istehsal olunur.
Fermentasiya prosesinin ümumi mərhələləri
Fermentasiya növləri müxtəlif olsa da, ümumiyyətlə mikroorqanizmlərdə fermentasiya aşağıdakı mərhələləri əhatə edir:
1. Substratın hazırlanması
Əsas fermentasiya substratı adətən karbohidratlardır (qlükoza, saxaroza, maltoza, laktoza), lakin o, həmçinin nişasta və ya sellülozadan da əmələ gələ bilər ki, bunlar əvvəlcə fermentlər tərəfindən parçalanır. Məsələn, tempeh istehsalında soya zülalı və karbohidratlar kif fermentləri tərəfindən parçalanır. Lent istehsalında maniok və ya qlütenli düyüdəki nişasta maya fermentləri tərəfindən sadə şəkərlərə çevrilir.
2. Qlikoliz
Qlükoza hüceyrənin sitoplazmasında piruvata parçalanır. Bu mərhələdə hər qlükoza molekulu üçün 2 ATF və NADH xalis enerji hasilatı yaranır.
3. Piruvatın (və ya onun törəmələrinin) reduksiyası
Piruvat daha sonra süd turşusu və ya etanol kimi fermentasiya son məhsullarına çevrilir. Bu mərhələdə NADH elektronlarını buraxaraq yenidən NAD⁺-a çevrilir.
4. Məhsulun formalaşması və ətraf mühitdəki dəyişikliklər
Fermentasiya məhsulları ümumiyyətlə qidaların dadını, ətrini, teksturasını və raf ömrünü dəyişdirir. Yaranan turşu pH-ı aşağı salır və xarab olan mikroorqanizmlərin böyüməsini maneə törədir, spirt və karbon qazı isə fermentləşdirilmiş çörək və içkilərin fərqli xüsusiyyətlərinə kömək edir.
Fermentasiya növləri və nümunələri
1. Süd turşusu fermentasiyası
Süd turşusu fermentasiyası piruvat süd turşusuna çevrildikdə baş verir. Bu proses Lactobacillus, Streptococcus və Leuconostoc kimi süd turşusu bakteriyalarında geniş yayılmışdır. Nəticədə turşuluq güclü şəkildə artır.
Tətbiq nümunəsi:
– Qatıq (ümumiyyətlə Lactobacillus bulgaricus və Streptococcus thermophilus bakteriyalarını əhatə edir)
– Kimçi və turş kələm (süd turşusu bakteriyaları tərəfindən fermentləşdirilmiş tərəvəzlər)
– Müəyyən balıqların turşuya salınması və fermentasiyası
– İnsan bədənində oksigen çatışmazlığı olduqda, süd turşusu fermentasiyası əzələlərdə də baş verir.
Süd turşusu fermentasiyası aşağıdakılara bölünə bilər:
– Homofermentativ, əsasən süd turşusu istehsal edir.
– Heterofermentativ, süd turşusu, eləcə də CO₂ və etanol və ya sirkə turşusu kimi digər birləşmələr istehsal edir.
2. Spirt Fermentasiyası
Spirt fermentasiyası ümumiyyətlə Saccharomyces cerevisiae kimi maya tərəfindən həyata keçirilir. Bu prosesdə piruvat CO2-ni buraxarkən asetaldehidə çevrilir, sonra asetaldehid etanola reduksiya olunur.
Tətbiq nümunəsi:
– Çörək: CO₂ xəmirin qabarmasına səbəb olur, etanol isə əsasən bişirmə zamanı buxarlanır.
– Pivə, şərab və ənənəvi spirtli içkilər: etanol əsas arzuolunan məhsuldur.
– Lent: maya və bakterial mikroorqanizmlərin birləşməsindən etanol və müxtəlif fərqli aromatlar istehsal edir.
3. Sirkə Turşusu Fermentasiyası
Bu fermentasiya sirkə turşusunun (sirkə) əmələ gəlməsi ilə əlaqədardır. Texniki olaraq, Acetobacter aceti kimi sirkə turşusu bakteriyaları etanolu sirkə turşusuna çevirir ki, bu da oksigen (aerob) tələb edən bir prosesdir. Buna görə də, təmiz anaerob fermentasiyadan fərqlənsə də, qida sənayesində tez-tez "fermentasiya" kimi təsnif edilir.
Tətbiq nümunəsi:
– Alma sirkəsi, düyü sirkəsi və müxtəlif növ sirkə.
4. Butirat Fermentasiyası və Digərləri
Clostridium kimi bəzi bakteriyalar yağ turşusu, sirkə turşusu, butanol, aseton və qaz istehsal edə bilər. Bu proseslər mikrob ekologiyasında vacibdir və arzuolunmaz olduqda müəyyən qidaların xarab olmasına da səbəb ola bilər.
Fermentasiyada rol oynayan mikroorqanizmlər
Fermentasiya müxtəlif mikroorqanizm qruplarını əhatə edir, o cümlədən:
– Süd turşusu bakteriyaları: Laktobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Pediococcus.
– Maya: Saccharomyces, Candida (bəzi ənənəvi fermentasiyalarda).
– Kif: Tempehdə Rhizopus oligosporus, soya sousunda və misoda Aspergillus oryzae. Kif tez-tez fermentlər vasitəsilə mürəkkəb molekulların parçalanmasında rol oynayır və beləliklə, bakteriya və ya maya tərəfindən daha da fermentasiyanı asanlaşdırır.
Bir çox ənənəvi məhsullarda fermentasiya tək bir mikroorqanizm tərəfindən deyil, mikroblar birliyi tərəfindən həyata keçirilir. Onların qarşılıqlı təsiri fərqli dadlar və keyfiyyətlər yaradır. Məsələn, fermentləşdirilmiş kassavada (lent) kif və maya nişastanı parçalayır və spirt əmələ gətirir, müəyyən bakteriyalar isə dadı tarazlayan turşular istehsal edə bilər.
Fermentasiya Uğuruna Təsir Edən Faktorlar
Fermentasiyanın uğuru ətraf mühit şəraitindən və proses nəzarətindən çox asılıdır. Əsas amillərə aşağıdakılar daxildir:
1. Temperatur
Hər bir mikroorqanizmin optimal temperaturu var. Məsələn, qatıq ümumiyyətlə isti temperaturda mayalanır, tərəvəz mayalanması isə daha aşağı otaq temperaturunda baş verə bilər. Çox yüksək temperatur mikrobları öldürə bilər, çox aşağı temperatur isə prosesi ləngidir.
2. pH (turşuluq)
pH ferment aktivliyinə və böyüməsinə təsir göstərir Mikroorqanizmlər. Süd turşusu bakteriyaları pH-ı aşağı salmağa meyllidir və bununla da məhsulun qorunmasına kömək edir.
3. Oksigenin mövcudluğu
Spirt və süd turşusu fermentasiyası ümumiyyətlə anaerob və ya aşağı oksigenli şərait tələb edir. Əksinə, sirkə turşusunun əmələ gəlməsi üçün oksigen tələb olunur.
4. Duz və şəkərin konsentrasiyası
Duz korlanma mikroblarını inhibə edə və müəyyən mikrobları seçə bilər (məsələn, tərəvəz fermentasiyasında). Şəkər bir çox fermentasiyada əsas substratdır, lakin çox yüksək konsentrasiya mikrob hüceyrələrindən suyu çəkərək böyüməni maneə törədə bilər.
5. Təmizlik və çirklənmə
İstənməyən mikroblarla çirklənmə dadı poza, keyfiyyəti aşağı sala və ya hətta toksinlər əmələ gətirə bilər. Buna görə də, sənayedə düzgün sanitariya və başlanğıc kulturalarının istifadəsi çox vacibdir.
6. Fermentasiya müddəti
Çox qısa fermentasiya "bitməmiş" məhsula səbəb ola bilər, çox uzun fermentasiya isə çox turş, çox spirtli və ya zədələnmiş teksturalı dada səbəb ola bilər.
Fermentasiyanın insanlar üçün faydaları
Fermentasiya fərqli dad və ətirli məhsullar istehsal etməklə yanaşı, bir sıra üstünlüklər də təmin edir:
– pH səviyyəsini aşağı salmaqla, spirt və ya antimikrob birləşmələr əmələ gətirməklə raf ömrünü artırın.
– Qida dəyərini artırmaq, məsələn, müəyyən vitaminlərin mövcudluğunu artırmaq və antinutrientləri parçalamaq.
– Xüsusilə qatıq kimi probiotik tərkibli məhsullarda həzmi yaxşılaşdırır.
– Yalnız müntəzəm bişirmə ilə əldə edilə bilməyən yeni teksturalar və dadlar yaradır.
Bağlanır
Mikroorqanizmlərdə fermentasiya prosesi, hüceyrələrin oksigenlə məhdud şəraitdə enerji əldə etməsinə imkan verən metabolik bir strategiyadır və eyni zamanda qidanın xüsusiyyətlərini dəyişdirən kimyəvi məhsullar istehsal edir. Qlikoliz və sonrakı NAD⁺ təkrar emal reaksiyaları vasitəsilə mikroorqanizmlər yaşaya və inkişaf edə bilirlər. İnsanlar üçün fermentasiya həm qida istehsalı, həm də qorunması və funksional qidaların inkişafı üçün dəyərli bir bioloji texnologiyadır. Fermentasiya növlərini, iştirak edən mikroorqanizmləri və prosesə təsir edən amilləri anlamaq təhlükəsiz, yüksək keyfiyyətli və ardıcıl fermentləşdirilmiş məhsullar istehsal etməyə kömək edəcəkdir.
