Fermentacja mlekowa jest powszechnym procesem komórkowym, który zachodzi w wielu komórkach bakteryjnych, drożdżowych i mięśniowych człowieka. Ten artykuł zawiera informacje na temat produkcji kwasu mlekowego i jak pomaga on w dostarczaniu energii.
Fermentacja jest alternatywnym, energooszczędnym procesem oddychania, preferowanym przez organizmy, które są beztlenowcami fakultatywnymi lub obowiązkowymi. Oddech jest najbardziej powszechnym procesem energetycznie efektywnym we wszystkich organizmach; warunkiem wstępnym jest obecność tlenu, a więc tzw. tlenowe oddychanie komórkowe. Jednak fermentacja zachodzi całkowicie przy braku tlenu i daje energię z utleniania związków organicznych (głównie cukrów). Proces ten jest powszechnie przeprowadzany przez komórki drożdży lub przez niektóre bakterie w celu produkcji niektórych rodzajów produktów mlecznych, takich jak sery i jogurty oraz napoje alkoholowe, takie jak wino, brandy, alkohol, rum itp.
Fermentacja mlekowa składa się głównie z trzech typów i powszechnie jest klasyfikowana w dwóch kategoriach: alkohol i kwas mlekowy. Pierwsza z nich pojawia się, gdy produkt uboczny pirogronian zostaje przekształcony w etanol i dwutlenek węgla. Z drugiej strony, w tym drugim typie pirogronian przekształca się w kwas mlekowy.
Oddychanie tlenowe
Po pierwsze, musimy zrozumieć etapy oddychania tlenowego, ponieważ fermentacja jest rodzajem oddychania beztlenowego. U zwierząt tlenowych oddychanie obejmuje dwie drogi: glikolizę i cykl kwasu cytrynowego. Cykle te polegają na produkcji energii w postaci ATP (Trójfosforan Adenozyny) poprzez rozkład cukrów (głównie glukozy – ponieważ jest to najprostsza forma cukru).
Glikoliza jest procesem polegającym na serii reakcji redoks w celu przekształcenia glukozy w pirogronian lub kwas pirogronowy; jeden z produktów glikolizy (produkt końcowy). Kwas pirogronowy wchodzi w cykl Krebsa i wytwarza energię za pomocą cząsteczek NADH (współczynników, które pomagają wytwarzać energię). Produkcja energii rzeczywiście ma miejsce na cząsteczkach F1 znajdujących się na powierzchni kryształów mitochondriów, gdzie NADH jest na przemian utleniany i redukowany wraz z uwalnianiem jonów/protonów H+, które tworzą gradient/płyn wytwarzający ATP. Powstałe elektrony są akceptowane przez tlen, a woda jest wytwarzana jako produkt uboczny.
Etapy fermentacji mlekowej
Fermentacja mlekowa jest procesem dwuetapowym, z których pierwszym jest fermentacja beztlenowa glikolizy aż do powstania pirogronianów. Ścieżki ulegają następnie zmianie ze względu na dostępne substraty i nośniki oraz panujące specyficzne warunki środowiskowe. Fermentacja kwasu mlekowego jest zazwyczaj przeprowadzana przez bakterie i drożdże beztlenowe. Poniższe akapity wyjaśniają ten proces wraz z formułą fermentacji kwasu mlekowego.
Fermentacja homolaktyczna
W tym typie glukoza jest przekształcana w pirogronian, który następnie za pomocą enzymu dehydrogenazy mleczanowej generuje 2 cząsteczki kwasu mlekowego.
C6H12O6 → 2 CH3CHOHCOOHN
Fermentacja heterolaktyczna
Wiąże się to z wykorzystaniem pirogronianów do produkcji kwasu mlekowego, etanolu i dwutlenku węgla jako produktów ubocznych, z pomocą enzymów dehydrogenazy mleczanowej i dekarboksylazy pirogronianowej.
C6H12O6 → CH3HOHCOOH + C2H5OH + CO2
Fermentacja mlekowa u ludzi
Mężczyzna normalnie żyje przy oddychaniu komórkowym. Fermentacja kwasem mlekowym jest alternatywnym sposobem wytwarzania energii w warunkach niskiego poziomu tlenu, zwłaszcza w wyniku silnego naprężenia lub ekstremalnych ćwiczeń. Mięśnie pozbawione są tlenu, co powoduje, że komórki podążają szlakiem kwasu mlekowego w celu zaspokojenia szybszego zapotrzebowania na energię. W rezultacie w tych częściach powstaje kwas mlekowy, który powoduje sztywność lub skurcze. Dyskomfort utrzymuje się tylko przez kilka dni lub godzin, które po chwili znikają.
Fermentacja kwasu mlekowego ma szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym.
Produkcja tego kwasu jest powszechnie prowadzona przez bakterie kwasu mlekowego, Lactobacillus spp., do produkcji serów, jogurtów, kapusty kiszonej, chleba i kefiru oraz do nadawania tym artykułom żywnościowym specyficznego, kwaśnego smaku.
Wszystkie branże produkcji napojów wykorzystują wyżej opisany mechanizm fermentacji do produkcji win, alkoholu, piwa, brandy i innych napojów.
Według badań, produkty kwasu mlekowego są bogate w witaminy i niezbędne składniki odżywcze, w przeciwieństwie do ich normalnych odpowiedników, a zatem są bezpieczne dla zdrowia.
