İçeriğe atla

Fermantasyon

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Fermantasyon sonucu karbon dioksit salan bir sıvı kültürün yüzeyi

Fermantasyon, hücre içinde oksijen yokluğunda meydana gelen metabolik bir faaliyet olarak ‘NAD+'yi yeniden oluşturmak için glikozun glikoliz yoluyla kısmi oksidasyonunu takip eden metabolik adımlar’ şeklinde tanımlanmaktadır.[1] Fermantasyon anaerobik şartlarda, yani oksidatif fosforilasyon olamadığı durumlarda, glikoliz yoluyla ATP üretimini sağlayan önemli bir biyokimyasal süreçtir. Biyokimyanın fermantasyonla ilgilenen dalı zimolojidir.

Fermantasyonda glukoz (veya başka bir bileşik) hidrojenlerini teker teker kaybederek enerji üretimini sağlar. Oksijen olmadığı için bu parçalanma sonucunda ortaya çıkan basit organik bileşikler hücrenin kullanabileceği nihai elektron alıcısı ve hidrojen alıcıları olurlar.

Fermantasyonun son adımı (pirüvatın fermantasyon ürünlerine dönüşmesi) enerji üretmese dahi, bu süreç anaerobik bir hücre için önemlidir çünkü glikozun pirüvata dönüşmesi sırasında harcanan nikotinamit adenin dinükleotit'in (NAD+) yenilenmesini sağlar; glikolizin devamı için bu gereklidir. Örneğin alkol fermantasyonunda pirüvattan oluşan asetaldehit, NADH + H+ tarafından etanola dönüşür, bu da hücreden dışarı atılır.

Mikroorganizmalarda, fermantasyon, organik besinlerin anaerobik olarak bozunmasıyla adenosin trifosfat üretmenin birincil yoludur. İnsanlar, Neolitik çağdan beri yiyecek ve içecek üretmek için fermantasyonu kullandılar. Fermantasyon, turşu yapımı, yoğurt yapımı gibi süreçlerle gıdaları muhafaza etmek ve ayrıca şarap ve bira gibi alkollü içecekler üretmek için kullanılır. Fermantasyon, insanlar da dahil olmak üzere tüm hayvanların mide-bağırsak sistemlerinde de gerçekleşir.[2]

Fermantasyon, bir elektron taşıma sistemi içermez ve glikoliz sırasında substrat düzeyinde fosforilasyon tarafından üretilenin ötesinde doğrudan herhangi bir ek ATP üretmez. Fermantasyon yapan organizmalar, yani fermentörler, glikoliz sırasında glikoz başına maksimum iki ATP molekülü üretir.

Mikrobiyal fermantasyon süreçleri insanlar tarafından manipüle edilmiştir ve çeşitli gıdaların ve farmasötikler dahil diğer ticari ürünlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikrobiyal fermantasyon, teşhis amacıyla mikropların tanımlanması için de yararlı olabilir.[3]

Glukozun fermantasyonunda genelde en sık üretilen basit bileşik pirüvat veya ondan türemiş bir veya birkaç bileşiktir: bunlar arasında etanol, laktik asit, hidrojen, bütirik asit ve aseton sayılabilir. Şeker ve amino asitlerin fermantasyonu çeşitli canlılarda görülmekle beraber, bazı ender organizmalar alkanoik asitler, pürinler, pirimidinler ve başka bileşikler de fermente edebilir. Çeşitli fermantasyon tipleri ürettikleri ürünlere göre adlandırılırlar.

Fermantasyon terimi biyokimyada oksijen yokluğunda enerji üreten reaksiyonlar için kullanılmasına karşın, gıda sanayisinde daha genel bir anlam taşır, mikroorganizmaların oksijen varlığında yaptığı parçalama reaksiyonlarını da kapsar (sirke fermantasyonu gibi). Biyoteknolojide bu terim daha da genel kullanılır ve büyük tanklarda büyütülen mikroorganizmalara yaptırılan her türlü üretime (proteinler dahil) fermantasyon denir.

Fermantasyonun Biyokimyası

[değiştir | kaynağı değiştir]

Fermantasyon reaksiyonları, ilgili yakıt molekülüne ve son ürüne göre değişir. Aşağıdaki kimyasal denklemde şeker glikozdur.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Elde edilen enerji: 118 kJ mol−1)

Denklem sözlü olarak aşağıdaki gibi yazılabilir:

Şeker (glikoz, fruktoz veya sükroz) → Alkol (etanol) + Karbon Dioksit + Enerji (ATP)

Enerji Verimi

En katı anlamıyla fermantasyon, glikoz gibi bir besin molekülünün net oksidasyon olmadan anaerobik metabolik parçalanmasıdır. Fermantasyon, bir moleküldeki tüm mevcut enerjiyi serbest bırakmaz; sadece glikolizin (glikoz başına iki ATP veren bir süreç) indirgenmiş koenzimleri yenileyerek devam etmesine izin verir.

Fermantasyon ürünleri kimyasal enerji içerir, (yani tamamen oksitlenmezler), ancak oksijen (veya diğer daha yüksek oranda oksitlenmiş elektron alıcıları) kullanılmadan daha fazla metabolize edilemeyecekleri için atık ürünler olarak kabul edilirler. Bunun sonucu olarak da fermantasyon yoluyla yapılan ATP üretimi, piruvatın tamamen karbon dioksite oksitlendiği oksidatif fosforilasyondan daha az verimlidir.Fermantasyon, aerobik solunumla elde edilen yaklaşık 36 ATP'ye kıyasla glikoz molekülü başına iki ATP molekülü üretir. İnsan metabolizması öncelikle aerobik olmasına rağmen, oksijenin kısmen veya tamamen yokluğunda (örneğin, oksijen açlığı yaşayan aşırı çalışan kaslarda veya enfarkte kalp kası hücrelerinde), piruvat, hidrojenini piruvata bağışlayarak atık ürün laktata dönüştürülebilir. Bir fermantasyon örneği olan bu reaksiyon, oksijen yokluğunda veya oksijen seviyeleri düşük olduğunda glikoliz yoluyla metabolik akışı sürdürmek için bir çözümdür. Fermantasyon, kısa, yoğun efor dönemlerinde yardımcı olurken, karmaşık aerobik organizmalarda uzun süreler boyunca sürdürülemez. Örneğin insanlarda laktik asit fermantasyonu, 30 saniye ile 2 dakika arasında değişen bir süre boyunca enerji sağlar.

Fermantasyonun son aşaması olan piruvatın bir son ürüne dönüştürülmesi enerji üretmez. Bununla birlikte, anaerobik koşullarda glikolitik yoldan akışı sürdürmek için gerekli olan nikotinamid adenin dinükleotidini (NAD+) yeniden ürettiği için anaerobik bir hücre için kritik öneme sahiptir.[4]

Ürünler

Piruvat ve NADH'nin anaerobik olarak metabolize edilerek nihai hidrojen alıcısı olarak hareket eden bir organik molekül ile çeşitli ürünlerden herhangi birini verdiği çeşitli fermantasyon türleri vardır. Örneğin, yoğurt yapımında yer alan bakteriler piruvatı laktik aside indirger. Bira mayası gibi organizmalarda, asetaldehit ve karbon dioksit oluşturmak için önce pirüvattan bir karboksil grubu çıkarılır; asetaldehit daha sonra indirgenerek etanol ve NAD+ elde edilir. Anaerobik bakteriler, terminal elektron alıcıları olarak oksijen dışındaki çok çeşitli bileşikleri kullanma yeteneğine sahiptir.Sirke (asetik asit) bakteri metabolizmasının doğrudan sonucudur. (Bakterilerin etanolü asetik aside dönüştürmek için oksijene ihtiyacı vardır.) Sütte asit kazeini pıhtılaştırarak kesmik üretir. Asitlemede asit, gıdayı patojenik ve çürütücü bakterilerden korur.[4]

Türleri

[değiştir | kaynağı değiştir]

Glikozun Fermantasyonu

[değiştir | kaynağı değiştir]
Alkol fermantasyonu

Glikoz fermantasyonu sırasında pirüvat çeşitli bileşiklere dönüşür:

  • Alkol Fermantasyonu: Bilinen başka bir fermantasyon işlemi, etanol üreten alkol fermantasyonudur. Birinci reaksiyonda piruvat dekarboksilaz enzimi piruvattan bir karboksil grubu çıkarır, iki karbonlu asetaldehit molekülü üretirken CO2 gazı açığa çıkar. Alkol dehidrojenaz enzimi tarafından katalize edilen ikinci reaksiyon, NADH'den asetaldehite bir elektronu transfer eder,  etanol ve NAD+ üretir. Saccharomyces cerevisiae tarafından piruvat'ın etanol fermantasyonu alkollü içeceklerin yapımında kullanılır ve CO2 salımı nedeniyle ekmeklik ürünlerin kabarmasını sağlar. Gıda endüstrisinin dışında, bitki ürünlerinin etanol fermantasyonu biyoyakıt üretimi için de önemlidir.[5]
  • Laktik Asit Fermentasyonu :Laktik asit bakterileri, sağlıklı gıdaların korunmasında ve üretilmesinde önemli bir rol oynar. Laktik asit fermantasyonları genellikle ucuzdur ve hazırlanmalarında genellikle çok az veya hiç ısı gerekmez, bu da onları yakıt açısından verimli kılar. Laktik asitle fermente edilmiş gıdalar her kıtada dünya nüfusunun beslenmesinde önemli rol oynamaktadır.Lactobacillus, Leuconostoc ve Streptococcus dahil olmak üzere birkaç gram-pozitif bakteri cinsi toplu olarak laktik asit bakterileri (LAB) olarak bilinir ve bunların çeşitli suşları gıda üretiminde önemlidir. Yoğurt ve peynir üretimi sırasında laktik asit fermantasyonu ile oluşan yüksek asitli ortam sütün içerdiği proteinleri denatüre ederek katılaşmasına neden olur. Laktik asit tek fermantasyon ürünü olduğunda, süreç homolaktik fermantasyon olarak adlandırılır. Bununla birlikte, birçok bakteri heterolaktik fermantasyon gerçekleştirir. Glikoliz için EMP yolu yerine pentoz fosfat yolu kullanmaları nedeniyle laktik asit, etanol, asetik asit karışımını üretirler ve sonuç olarak CO2  gazı açığa çıkar. Laktik asit bakterileri tıbbi açıdan da önemlidir. Vücutta düşük pH ortamlarının üretimi ile patojenlerin bu bölgelere yerleşmesini ve büyümesini engeller. Laktik asit bakterileri gastrointestinal sağlığın korunmasında önemlidir, probiyotiklerin birincil bileşenidir.[5][6]
  • Karışık Asit Fermantasyonu : Enterobacteriaceae grubunda görülür. Pirüvat'tan asetat ve format veya pirüvat, süksinik asit ve formik asit meydana gelir ve glikoz başına 3 ATP elde edilir. Düşük pH'de (pH 6'dan küçük) formik asit CO2 + H2'ye dönüşür. Clostridium türleri de karışık asit fermantasyonu yapar [7]
  • Butirik Asit Fermantasyonu : Bütirik asit, Clostridium türleri tarafından biyolojik olarak üretilir ve diğer asitler gibi (asetik asit, laktik asit, propionik asit), belirli bir konsantrasyondan sonra bakteriler için toksiktir. Bu nedenle, ürün titreleri genellikle düşüktür.[8]
  • Solvent Fermantasyonu : Bazı Clostridium türleri şekerleri asetik asit ve bütirik aside dönüştürüp sonra bunlardan aseton ve butanol yaparlar.[9]
  • Bütandiol Fermantasyonu : Erwinia-Enterobacter-Serratia grubunun özelliğidir, son ürün olarak bütandiol oluşur.[10]
  • Propiyonik Asit Fermantasyonu : Bu fermantasyonda pirüvat oksaloasetik asite dönüşür, bu süksinik asite indirgenir, o da propiyonik aside dönüşür. Bu süreçte 9 karbondan sadece 1 ATP oluştuğu için bu yolu kullanan bakteriler çok yavaş büyür.
  • Amino Asit Fermantasyonu : Amino asitler boyut ve yapı bakımından önemli ölçüde farklılık gösterir ve mevcut amino asitlerin türüne ve konsantrasyonuna bağlı olarak farklı yollar aracılığıyla bir dizi ürüne anaerobik veya aerobik olarak fermente edilir. Amino asit çiftleri, Stickland reaksiyonu yoluyla parçalanabilir. Ayrıca tipik bir metabolik sistem, tek bir amino asit fermantasyonu gerçekleştirebilir. Bazı amino asitler hem elektron donörü hem de elektron alıcısı olarak görev alabilir. Bu nedenle, Stickland reaksiyonları, transforme amino asitleri  molü başına yaklaşık 0.5 mol ATP sağlayarak amino asitleri mikrobiyal büyüme için fermente etmenin en basit yoludur.[11]

Fermantasyon Teknolojisinde Kullanılan Mikroorganizmalar

[değiştir | kaynağı değiştir]

Mayalar; Maya, eski zamanlardan beri şarap yapımında, fırınlamada ve bira yapımında kullanılan tek hücreli ökaryotik mikroorganizmalardır.Mayalar doğada çok yaygındır. Mayaların yaşam çevriminde esas olarak toprak, tatlı ve sulu meyveler bulunur. Maya konukçulardan yağmurla, düşen yaprak ve meyvelerle toprağa geçer ve toprağın daha çok üst katmanlarında, 0–10 cm derinliklerinde kışı geçirir. Buradan mayanın nasıl toprağın yüzeyine nakledildiği tam olarak bilinmemekle beraber, bunun böcek ve diğer hayvanlar aracılığıyla olduğu, sonra gene bunlarla veya tozla yaz konukçularının üzerine nakledildiği zannedilmektedir.[12][13]

Bakteriler; Bakteriler küçük tek hücreli organizmalardır. Bakteriler Dünya'nın hemen hemen her yerinde bulunur ve gezegenin ekosistemleri için hayati öneme sahiptir. Bazı türler aşırı sıcaklık ve basınç koşullarında yaşayabilir. İnsan vücudu bakterilerle doludur ve aslında insan hücrelerinden daha fazla bakteri hücresi içerdiği tahmin edilmektedir. Vücuttaki çoğu bakteri zararsızdır ve hatta bazıları faydalıdır. Nispeten az sayıda tür hastalığa neden olur.[13][14]

Küf Mantarları; Besinlerin üzerinde beyaz veya renkli hifler oluşturan mantarlardır. Küf mantarlarının bazıları saprofit, bazıları parazit, bazıları da diğer organizmalarla simbiyotik bir hayat yaşarlar. Küf mantarlarını karakterize eden ilk organ ipliksi ve çok çekirdekli bir yapıya malik olan "miselyum" adı verilen vejetatif organdır. Miselyum dallanmış ve devamlı olarak uçtan gelişen ve yan dallanma yapan hiflerden ibaret bir topluluktur.[13][15]

Algler; Algler de bakteriler mayalar ve mantarlar gibi en basit bitkilerdendir. Pek çoğu klorofil içerdiklerinden fotosentez yapabilirler. Alglerin protein, yağ, karbonhidrat ve vitamin gibi önemli besin maddelerini sentez yapabilmeleri mikrobiyolog ve beslenmecilerin ötedenberi dikkatlerini üzerine çekmiştir. Büyüklükleri bazı bakterilerden daha küçük olabildiği gibi, "seaweed" gibi metrelerce uzunlukta olanları da vardır. Dünyada birkaç yer dışında her yerde bulunan alglerin mikroskopik şekillerine örnek olarak balinaya kadar su hayvanlarının esas besinini oluşturan fitoplanktonları (phytoplankton) gösterebiliriz.[13][16]

Şapkalı Mantarlar ; Bugün şapkalı mantarlar denilince gözle görülebilen ve etimsi karpoforlara (carpophore) sahip mantarlar anlaşılmaktadır. Bu çeşit mantarlara hem Ascomycetes hem 39 de Basidiomycetes sınıfında rastlanır. İnsanlar doğada kendiliğinden yetişen şapkalı mantarlarla besin olarak ve bazı ilâçların yapılması münasebetiyle çok eskiden beri ilgilenmişlerdir. Fakat bu mantarların ticarî içerikte üretimi ilk defa yak. 1650 yılında yapılmıştır. Doğada yetişen ve 4000 kadar lamelli (gilli) mantarlardan şimdiye kadar saptanan zehirli olanların sayısı 30-40'ı bulur.[13]

Fermantasyon Teknolojisinin Çalışma Alanları

[değiştir | kaynağı değiştir]

Çeşitli gıda ve içkilerin üretimi: Zeytin işlemesi, yoğurt ve alkollü içkiler yapımı.

Alkollü fermantasyon, endüstrilerde alkollü içecekler, ekmek ve sirke üretmek için kullanılır. Örneğin şarap, üzümde bulunan doğal şekerlerin fermantasyonu ile sentezlenir. Benzer şekilde romlar, şeker kamışı ürünü melasın fermente edilmesi ve ardından damıtılmasıyla üretilir.[17]

Sütü yoğurda dönüştürmek için bu bakteriler sütü fermente ederek sütteki laktoz şekerlerini laktik aside dönüştürür. Laktik asit, sütün fermente olurken koyulaşmasına ve ekşi bir tada sahip olmasına neden olan şeydir. Bakteriler zaten sütü kısmen parçalamış oldukları için yoğurdun sindirimimizi kolaylaştırdığı düşünülmektedir.[18]

Sofralık zeytin, Akdeniz bölgesindeki en eski bitkisel fermente gıdalardan biridir. Fermente sofralık zeytinler, ekonomik etkilerinin yanı sıra, yüksek biyoaktif ve sağlığı geliştiren bileşikler içeriği nedeniyle Akdeniz diyetinde önemli bir sağlıklı gıdayı temsil eder.[19]

Fermentasyon metoduyla birçok antibiyotikler elde edilmiştir.

Antibiyotikler, endüstriyel olarak, kaynak mikroorganizmanın sıvı bir büyüme ortamı içeren büyük kaplarda (100.000 – 150.000 litre veya daha fazla) büyütüldüğü bir fermantasyon işlemiyle üretilir.Oksijen konsantrasyonu, sıcaklık, pH ve besin seviyeleri optimal olmalıdır ve gerekirse yakından izlenir ve ayarlanır. Antibiyotikler ikincil metabolitler olduğundan, hücreler ölmeden önce maksimum verimin elde edilmesini sağlamak için popülasyon büyüklüğü çok dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir. İşlem tamamlandıktan sonra, antibiyotik özütlenmeli ve kristal bir ürüne saflaştırılmalıdır.[20]

Çeşitli organik asitler elde edilmektedir.

Organik asitlerin mikrobiyal üretimi, yenilenebilir karbon kaynaklarından yapı taşı kimyasalları elde etmek için umut verici bir yaklaşımdır. Bir süredir bazı organik asitler üretilmiş ve bu mikrobiyal üretim süreçleri hakkında derinlemesine bilgi edinilmiş olsa da, daha ileri mikrobiyal üretim süreçleri mümkün görünmektedir, ancak büyük ölçekli üretim henüz mümkün olmamıştır.Bu yöntemle üretilen organik asitelere örnek olarak, lakstik asit, poliaktik asit, sitrik asit, süksinik asidi verebiliriz.[21]

Gelişme maddeleri elde edilmektedir. Özellikle vitaminler; B grubu vitaminler fermentasyon metoduyla elde edilmektedir.

Vitamin fermantasyonu temel olarak parti modunda yapılır. Besinler ve aşılar daha sonra steril fermentöre eklenir ve bir süre bekletilir. Daha sonra köpük önleyici madde eklenir. Fermentörde iyi miktarda ürün bulunduktan sonra içerik alınır ve ardından ürün ekstrakte edilir. Mikrobiyal hücrelerde siyanokobalamin, 5,6-dimetil benzimidazol kobalamid ve psödovitamin B12 gibi doğal maddeler formunda kalır. Kültür suyu 10–15 mg Vitamin B12/lt içerir.[22]

Tek hücre proteini ve tek hücre yağı elde edilmektedir.

Ticari üretim tesislerinde, mikrobiyal kültürden aşı üretimi laboratuvar ortamında gerçekleştirilmektedir. Tek hücre yağı, mikroorganizma için uygun üretim ortamında fermantasyon ile elde edilmektedir. Hücre hasadı santrifüj veya filtrasyon ile yapılmaktadır. Elde edilen yaş biyokütle vakum veya sprey kurutucuda işlem görmektedir. Kuru biyokütle solvent ekstraksiyonu ilemuamele edilerek ham yağ ekstrakte edilmektedir. Son olarak, üretilen ham yağ nötralizasyon, degumming (müsilaj giderme), ağartma ve kokudan arındırma aşamaları ile rafine edilmektedir.[23]

Çeşitli ketonlar üretilmektedir (butanon, pentatnon, aseton).

Fermente aseton üretimi, Weizmann işlemi olarak da bilinen aseton-bütanol-etanol (ABE) fermantasyonu, nişasta ve glikoz gibi karbonhidratlardan aseton, n-butanol ve etanol üretmek için bakteriyel fermantasyon kullanan bir süreçtir. Kimyager Chaim Weizmann tarafından geliştirildi ve Dünya Savaşı sırasında İngiliz savaş endüstrisi için gerekli bir madde olan korditi yapmak için gerekli olan asetonu üretmek için kullanılan birincil yöntemdi.Yine aynı şekilde pentanon, butanon gibi bazı ketonlarda fermentasyon ile üretilebilinir.[24][25]

Enzimlerin fermentasyonla elde edilmesi.

Fermantasyon, endüstriyel amaçlar için enzim üretme yöntemidir.Fermantasyon, enzimleri üretmek için bakteri ve maya gibi mikroorganizmaların kullanılmasını içerir.Enzim üretmek için iki tür fermantasyon kullanılır. Bunlar batık fermantasyon ve katı hal fermantasyonudur. Batık fermantasyon, sıvı bir besin ortamında mikroorganizmalar tarafından enzim üretimini içerir. Katı hal fermantasyonu mikroorganizmaların ve dolayısıyla enzimlerin katı bir substrat üzerinde yetiştirilmesidir.[26]

Endüstriyel Fermantasyon Yöntemleri

[değiştir | kaynağı değiştir]

Biyoteknolojide fermantasyonlar kesikli kesikli (batch), kesikli beslemeli (fed-batch) -batch) veya sürekli (continous) yöntemlerle sürekli (continous) yürütülmektedir.

Kesikli Fermantasyon: Kesikli fermantörler kapalı sistemler olarak düşünülebilir. Kesikli sistemlerde fermantasyon ortamı hazırlanır ve mikroorganizma aşılanır. Sistemin pH, sıcaklık ve diğer değerleri ayarlandıktan sonra ortama yeni substrat veya mikroorganizma ilavesi olmaz. Fermantasyon, ortamdaki besin elementleri tükeninceye kadar veya çevresel koşullarda gözlemlenen değişikliklere göre sonlandırılır.[27]

Kesikli Beslemeli Fermantasyon: Kesikli beslemeli fermantörler kesikli ve sürekli sistemlerin avantajlarını beraberce taşıdığı için endüstride yaygın olarak kullanılırlar. Proses başlangıçta kesikli olarak başlar. Besin elementleri tükenmeye başlayınca substrat, fermantasyon sırasında çeşitli zamanlarda azar azar ortama ilave edilir. Kritik öneme sahip besin elementinin konsantrasyonu çok iyi takip edilmelidir. Başlangıçta fermantöre konan substratın mümkün olduğu kadar konsantre olması istenir. Böylece reaktör hacminin neden oluğu problemler aşılmış olur. Bu yöntemin en önemli avantajı hem reaksiyon oranının hem de metabolik reaksiyon hızının substratın ilave oranına göre kontrol edilebilmesidir. Oksijen transferi ve soğutma gibi fermantasyona etki eden parametreler reaksiyon oranı izlenerek edilerek kontrol altında tutulabilir.[28]

Sürekli Fermantasyon: Bu sistemde steril besin biyoreaktöre ilave edilirken, eşit miktarda ürün ve onunla birlikte mikroorganizma sistemden alınır. Ürünün alımı sırasında kaybedilen mikroorganizmalar, reaktördeki hücre bölünmesiyle dengelenir. Sürekli fermantasyon yönteminde iki temel uygulama vardır. Homojen karışımın sağlandığı biyoreaktörler ve tapa akışlı reaktörler. Homojen karışımın sağlandığı reaktörlerde: Kemostat veya türbidostat olarak çalışılabilir. Kemostat sisteminde fermantasyonunun kararlılığı substratlardan bir tanesinin konsantrasyonu ayarlanarak hücre büyümesi kontrol edilerek sağlanır.Türbidostat yönteminde ise fermantasyonda biyomas konsantrasyonu türbidimetrik olarak ölçülür ve elde edilen verilere göre besin ilave edilerek kararlılık sağlanır.Tapa akışlı reaktörlerde: Kültür solüsyonu silindirik yapıda bir reaktörde karıştırma olmaksızın ilerler. Silindirik tüpün kesitlerinde hücre sayısı veya ürün konsantrasyonu farklılık gösterir.Sürekli fermantasyonda kararlı hal durumunda biyoreaktörden alınan mikroorganizmalardan dolayı sistemden ayrılan mikroorganizmalar reaktör içinde hücrelerin bölünmesi ile dengelenir.[28]

Tarihçe

[değiştir | kaynağı değiştir]

Doğal kimyasal fermantasyon süreci, günümüzün yiyicilerine nefis tatlar sağlamak ve insan bağırsağı üzerinde olumlu probiyotik etkiler getirmek için binlerce yıldır devam eden çok uzun bir süredir var. Son on yılda popülaritesi hızla artan probiyotiklerdeki temel bileşenlerden de fermantasyon sorumludur. Ulusal Sağlık Enstitüsü'ne göre, 2012 itibarıyla Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık 4 milyon yetişkin probiyotik denemiştir.

İnsan kaynaklı fermantasyon, deve, sığır, koyun ve keçilerden elde edilen sütün korunmasıyla MÖ 10.000 yılına kadar uzanır.Süt ürünleri, ideal iklim ve temel mikroflorası göz önüne alındığında doğal olarak fermente olur. Kuzey Afrika'nın kavurucu sıcaklıklarında süt kendiliğinden fermente oldu ve belgelenen ilk yoğurt bu şekilde yapıldı.

Fermente süt ürünleri, besin açısından çok zengindir ve bağırsak sağlığını artırır; ayran, yoğurt, kefir, ekşi krema ve peynir probiyotik açısından en zengin süt ürünleridir.

2004 yılında arkeologlar, MÖ 7.000 yılına kadar uzanan Neolitik Çin çömlekleri üzerinde kimyasal testler yaparak dünyanın en eski fermente içeceğini keşfettiler. Fermente pirinç, bal ve meyveden yapılan bu bira, İran'da bulunan en eski biracılık kanıtı için önceki rekordan yaklaşık 1500 yıl öncesine dayanıyor.

Eski Mısırlılar ilk önce mayayı ekmek mayalamak için hamur fermantasyonunda denediler.MÖ 3.500 ile 300 yılları arasında geliştirilen Mısır fermantasyon teknikleri bugün hala kullanılmaktadır.

Salatalık turşusu, MÖ 2000'de Dicle Vadisi'nde veya günümüz Irak'ında ortaya çıktı.

Çinliler tarafından MÖ 500 'de çıban için bir antibiyotik tedavisi olarak küflü soya fasulyesi kullanıldı.[29]

Gıdaları muhafaza etmek için fermantasyonun kullanımını gösteren inanılmaz ve zengin antropolojik geçmişe rağmen fermantasyonun mikroorganizmalara özgü bir metabolik süreç olduğu yakın bir zaman kadar bilinmiyordu. Antonie van Leeuwenhoek ilk olarak 1665'te mikroorganizmaları tanımladı ve yaklaşık 200 yıl sonra Fransız bilim adamı Louis Pasteur'un kalan parçaları bir araya getirmesine zemin hazırladı. 1856'da Pasteur, fermantasyonun canlı hücreler gerektirdiğini ve mayanın bu süreçte kritik bir rol oynadığını keşfetti. Isı ile ilgili deneyleri daha sonra pastörizasyonun geliştirilmesinde kullanılacaktı.[30]

1856'da Pasteur'ün kimya öğrencilerinden birinin babası, pancarı fermente ederek alkol yapma girişiminde karşılaştığı bazı sorunları çözmesine yardım etmesini istedi. O zamanlar fermantasyonun, şekerin alkole dönüştürüldüğü saf bir kimyasal süreç olduğuna inanılıyordu. Ancak 1857'de Pasteur, mikroskobik bir bitkinin sütün ekşimesine (laktik asit fermantasyonu) neden olduğunu kanıtladı. Pasteur, canlı hücrelerin, mayanın şekerden alkol oluşturmaktan sorumlu olduğunu ve bazı mikroorganizmaların fermantasyonları ekşi hale getirebileceğini kanıtlayabildi. Daha sonra hem normal hem de anormal fermantasyonlardan sorumlu mikroorganizmaları tanımladı ve şarap, bira, süt veya sirkeyi ısıtmak suretiyle bazı canlı organizmaların öldürülebileceğini ve böylece maddelerin sterilize - veya "pastörize" edilebileceğini buldu.[31]

1896 yılında da Eduard Buchner, mayalanmanın gerçekleşmesi için sadece canlı maya hücrelerinin bulunmasının yeterli olmadığını fark etmiştir. Hücreden gelen ve "Zymase" adı verdi bir ekstraktın da olması gerekmiştir. Bugün bu, enzim olarak adlandırılmaktadır. Enzimler günümüzde modern biyoteknolojinin en önemli yardımcı araçlarıdır.1907 Nobel Kimya Ödülü, "biyokimyasal araştırmaları ve hücresiz fermantasyonu keşfi nedeniyle" Eduard Buchner'e verildi.[32]

Kaynakça

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. ^ "Concepts of Biology, Ch 4, Key Terms". 5 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Aralık 2022. 
  2. ^ "Microbial Fermentation". www.vivo.colostate.edu. 26 Haziran 2002 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  3. ^ "8.4 Fermentation - Microbiology | OpenStax". openstax.org (İngilizce). 3 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  4. ^ a b "Fermentation - New World Encyclopedia". www.newworldencyclopedia.org. 7 Ocak 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  5. ^ a b "8.4 Fermentation - Microbiology | OpenStax". openstax.org (İngilizce). 3 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 24 Ocak 2023. 
  6. ^ "Applications of Biotechnology to Fermented Foods: Report of an Ad Hoc Panel of the Board on Science and Technology for International Development". 1 Nisan 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  7. ^ "Mixed Acid Fermentations". 31 Ağustos 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Ağustos 2006. 
  8. ^ "Butyric Acid Fermentation - Celignis Bioprocess Laboratory". www.celignis.com (İngilizce). 15 Haziran 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Ocak 2023. 
  9. ^ "http://www.microbiologyprocedure.com/industrial-microbiology/solvents.htm". 29 Kasım 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Ağustos 2006.  |başlık= dış bağlantı (yardım)
  10. ^ "http://biocyc.org/META/new-image?type=PATHWAY&object=P125-PWY". 7 Temmuz 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Ağustos 2006.  |başlık= dış bağlantı (yardım)
  11. ^ Sangavai, C.; Bharathi, M.; Ganesh, Shilpkar P.; Chellapandi, P. (10 Haziran 2019). "Kinetic modeling of Stickland reactions-coupled methanogenesis for a methanogenic culture". AMB Express. 9 (1): 82. doi:10.1186/s13568-019-0803-8. ISSN 2191-0855. PMC 6557928 $2. PMID 31183623. 
  12. ^ "Mayalar". 2 Aralık 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  13. ^ a b c d e "Fermantasyon Mikrobiyolojisi" (PDF). 26 Ocak 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  14. ^ "Bacteria". Genome.gov (İngilizce). 8 Temmuz 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  15. ^ "Mold | fungus | Britannica". www.britannica.com (İngilizce). 19 Haziran 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  16. ^ "5.4: Algae". Biology LibreTexts (İngilizce). 10 Temmuz 2016. 1 Temmuz 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  17. ^ Martinez, Melissa (30 Mayıs 2022). "Alcohol Fermentation". Conduct Science (İngilizce). 6 Temmuz 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  18. ^ Buddies, Science. "Semisolid Science: Growing Yogurt". Scientific American (İngilizce). 27 Haziran 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  19. ^ "Fermente zeytin". 25 Şubat 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  20. ^ "17.2A: Industrial Production of Antibiotics". Biology LibreTexts (İngilizce). 3 Temmuz 2018. 26 Ocak 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  21. ^ "Fermente Organik Asitler". 26 Ocak 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  22. ^ "Fermentasyon ile Vitamin Üretimi". 15 Ekim 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  23. ^ "Fermantasyon ile TEk hücre yağı eldesi" (PDF). 23 Aralık 2018 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  24. ^ "Fermantasyon ile Aseton üretimi". 17 Mart 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  25. ^ Thayer, D W; Ogg, J E (Ağustos 1967). "Aldehydes and ketones produced during fermentation of glucose by Escherichia coli". Journal of Bacteriology (İngilizce). 94 (2): 488-489. doi:10.1128/jb.94.2.488-489.1967. ISSN 0021-9193. PMC 315066 $2. PMID 5341866. 26 Ocak 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  26. ^ "Fermantasyon ile enzim üretimi" (PDF). 13 Ekim 2017 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  27. ^ "Fermantasyon Yöntemleri" (PDF). 26 Ocak 2023 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  28. ^ a b "Fermantasyon Yöntemleri" (PDF). 26 Ocak 2023 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  29. ^ "Dünyada Fermentasyonun Tarihçesi". 29 Ocak 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  30. ^ "Fermente yiyeceklerin biyokimyası ve tarihi". 5 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  31. ^ "Louis Pasteur | Lemelson". lemelson.mit.edu. 29 Nisan 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 
  32. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 1907". NobelPrize.org (İngilizce). 21 Ağustos 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2023. 

Dış bağlantılar

[değiştir | kaynağı değiştir]
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fermantasyon&oldid=34453953" sayfasından alınmıştır