1. 2013./2014. mācību gada 2. semestris
Bioloģijas laboratorijas eksperimenta veidošanas un demonstrēšanas metodika. Sadaļa: "Mikrobioloģija un biotehnoloģija".
2013./2014. mācību gada 2. semestris

2. Pienskābā rūgšana, piens un citi rūgšanas procesi.
4. lekcija

3. Rūgšanas procesi
tiek uzskatīti par primitīvāko organismu enerģijas ieguves veidu.
Procesi, kuros anaerobos apstākļos no substrāta tiek paņemta tikai daļa tajā ietvertās enerģijas.
Sākotnējais substrāts ir elektronu donors, bet tā metabolisma starpprodukts - elektronu akceptors.

4. Hemo-organo-anaero-heterotrofi
E avots – ķīmisks, e- donori – organiski,
e- akceptors – organisks C avots – organisks
Plaša organismu eksistences grupa, kuru pamatā pārstāv dažādi mikroorganismi.
Spējas iegūt enerģiju stipri ierobežotas.
Pārstāvji: pienskābās, sviestskābās, spirta un citas rūgšanas baktērijas.
C6H12O C2H5OH + 2 CO2 (2 ATF)

5. Rūgšanas procesi Vairumā gadījumu enerģijas avots ir tikai glikolīze
vai tai līdzīgi procesi, kā rezultātā tiek iegūtas 2 ATP molekulas un 2 NAD+ molekulas tiek reducēts par NADH+H+ .
C6H12O6 + 2 NAD+ ==> 2 C3H4O3 +2 NADH+H+
2 ADP + 2 P ==> 2 ATP + 2 H2O
(ar P apzīmēta fosfātu grupa)
- 47 kcal/mol

6. Rūgšanas procesi
Tajos iegūtais ATP veidojas ar substrāta līmeņa fosforilācijas palīdzību un elektronu transporta ķēdes netiek iesaistītas.

7. Pienskābā rūgšana
Viens no vienkāršākajiem rūgšanas veidiem, kurā glikolīzes gaitā iegūtā reducētā NAD forma (NADH+H+) tiek oksidēta izmantojot tiešo glikolīzes gala produktu - piruvātu (pirovīnogskābi).
Reakciju katalizē enzīms - laktāt-dehidrogenāze.

8. Pienskābā rūgšana OH OH | | C=O C=O | ===> |
| |
C=O C=O
| ===> |
C=O NADH+H+ H - C - OH NAD+
| |
CH CH3
pirovīnog pienskābe
skābe
laktāt-
dehidrogenāze

9. Pienskābe / optiskā izomērija
Pienskābe ir organiska oksiskābe, kurai piemīt optiskā izomērija. Optiskā izomērija ir viens no telpiskās izomērijas (stereoizomērijas) veidiem. Optiskā izomērija raksturīga organiskām vielām, kurās vismaz vienam C atomam ar katru no 4 kovalentajām saitēm saistīta kāda cita funkcionālā grupa (asimetrisks oglekļa atoms). R1 |
R2 - C - R3 R4

10. Optiskā izomērija Pienskābei ar a C atomu saistītās
funkcionālās grupas:
- COOH; -H; -OH; -CH3
Tā kā atšķirīgo funkcionālo grupu iespējas mainīt savu telpisko novietojumu ir ierobežotas, šādiem savienojumiem parasti iespējamas 2 pastāvēšanas formas, kuras savā starpā atšķiras kā attēls no spoguļattēla.

11. Optiskā izomērija HO H H OH
Šādas formas sauc par spoguļizomēriem vai enantiomēriem.
COOH
CH3
COOH C HO H 1 1 2 2 C H OH 1 n 3 3
CH3

12. Optiskā izomērija
Optiskajiem izomēriem piemīt optiskā aktivitāte - spēja pagriezt polarizētas gaismas plakni. Kādas vielas viens enantiomērs polarizēto gaismu griež pa labi (pulksteņa rādītāju virzienā) - "+" izomērs, bet otrais - pa kreisi (pretēji pulksteņa rādītāju virzienam) - "-" izomērs.

13. Optiskā izomērija
Gaismas griešanas virziens nav viennozīmīgi saistīts ar funkcionālo grupu (atomu) secību molekulā, tas tiek noteikts eksperimentāli. Funkcionālo grupu telpiskā izvietojuma raksturošanai ilgstoši tika izmantota molekulu salīdzināšana ar gliceraldehīdu, kuram "+" enantiomērs tika apzīmēts ar "D" (lat. dexter - labais), bet "-" enantiomērs - ar "L" (lat. laevus - kreisais), pēc iedarbības ar polarizēto gaismu.

14. Optiskā izomērija
Pienskābes "-" enantiomēru ķīmiskās reakcijās pārveidojot par gliceraldehīdu tika iegūts D-gliceraldehīds. Tātad pienskābes "D" enantiomērs polarizēto gaismu griež "-" virzienā (nevis "+", kā tas ir gliceraldehīda gadījumā). To vēlāk arī apstiprināja molekulas struktūras analīze ar rentgenstaru difrakcijas palīdzību.

15. Optiskā izomērija HO H HO H L (-) - gliceraldehīds L (+) - pienskābe C
CH2OH
COH C HO H 1 2 3
CH3
COOH C HO H 1 2 3

16. Optiskā izomērija
Vairumā gadījumu enzīmi ir noteiktu enantiomēru specifiski, tie katalizē reakcijas tikai ar viena veida izomēriem. Šo parādību veiksmīgi izmanto noteikta veida enantiomēru ieguvei, vai to attīrīšanai no organiskajā sintēzē iegūtajiem racemiskajiem maisījumiem.

17. Optiskā izomērija
Dabā dominē: - ogļhidrātu "D" enantiomēri; - a aminoskābju "L" enantiomēri.

18. Pienskābe
L(+) pienskābe ir dabā biežāk sastopamais pienskābes izomērs, tas pamatā veidojas arī cilvēku organismā, to spēj racionāli izmantot praktiski visu cilvēka audu šūnas. D(-) pienskābe cilvēku organismā var tikt pārstrādāta aknās (iespējams arī citos audos), daļa ar pārtiku uzņemtās D(-) pienskābes izomēra izdalās urīnā. Šis pienskābes izomērs normāli atrodams cilvēka asinīs.

19. Pienskābe
Pienskābes D izomēra izmantošana cilvēka organismā notiek lēnāk nekā L izomēra, taču nav pamata uzskatīt, ka pienskābes D izomērs cilvēkam būtu kaitīgs vai neizmantojams. Vairāki autori iesaka pienskābes D(-) formu izslēgt no zīdaiņu (0-3 gadi) uztura.

20. Pienskābe
Daļa baktēriju sugu: - veido L(+) pienskābi (Lactobacillus agilis; Lb. amylophilus; Lb. casei; Lb. lactis u.c. ); - daļa - D(-) pienskābi (Lb. delbrueckii; Leuconostoc mesenteroides u.c. ); - bet daļa veido abu pienskābes izomēru maisījumu dažādās attiecībās (Lb. acidophilus [1:1]; Lb. plantarum; S. thermophilus u.c. ).

21. Pienskābe
Nereti baktēriju veidoto pienskābes izomēru attiecību ietekmē: - to augšanas apstākļi, - izmantotās barības vielas, - kultūras vecums (attīstības fāze) un citi faktori. Piemēram, - L. casei parasti veido L(+) pienskābi, taču novērots, ka izteikti skābā vidē tas veido D(-) pienskābi.

22. Pienskābā rūgšana Izšķir homofermentatīvo pienskābo rūgšanu
- to rosinošie mikroorganismi rūgšanas procesā veido tikai pienskābi.
raksturīgi pārstāvji Streptococcus ģints baktērijas
(Streptococcus lactis) un Lactobacillus ģints baktērijas (Lactobacillus acidophilus).

23. Pienskābā rūgšana Izšķir heterofermentatīvo pienskābo rūgšanu
- tās rezultātā bez pienskābes veidojas arī citi gala produkti - spirti, citas organiskās skābes..

24. Pienskābes baktērijas
Pienskābes baktērijas vai pienskābās rūgšanas baktērijas - tā nav baktēriju grupa sistemātikā.
Tās pārstāvju metabolismā pienskābās rūgšanas process ieņem ļoti nozīmīgu vietu.
Pienskābi spēj veidot lielākā daļa dzīvo organismu, taču, atšķirībā no pienskābās rūgšanas baktērijām, tiem tā drīzāk ir metabolisma blakus- vai starpprodukts, noteikti ne ierastais gala produkts.

25. Pienskābes baktērijas
Vairums pienskābes baktēriju meklējamas baktēriju sistemātikas Lactobacillales rindā, taču ir arī izņēmumi.
Piemēram, bifidobaktērijas pieder aktinobaktēriju (Actinobacteria) nodalījumam.
Savukārt ne visas Lactobacillales rindas pārstāves uzskatamas par pienskābes baktērijām.

26. Pienskābes baktērijas
Citas raksturīgākās pazīmes:
- pielāgojušās dzīvei skābā vidē,
- nesporulējošas,
- neizmanto elpošanas ķēdi (anaerobas),
- aero-tolerantas, kaut arī parasti katalāzes negatīvas,
- spēj izmantot laktozi,
- prasīgas pret dažādu vielu klātbūtni augšanas vidē,
- gram-pozitīvas (G+).

27. Pienskābes baktērijas
Dabā sastopamas:
- uz dzīvnieku:
- ādas,
- gļotādas,
- gremošanas traktā;
- uz augu lapām un augļiem,
- trūdošās augu valsts pārstāvju paliekās,
- piena produktos.

28. Pienskābes baktērijas
Raksturīgākās ģintis:
- Lactobacillus,
- Lactococcus,
- Leuconostoc,
- Pediococcus,
- Streptococcus.

29. Pienskābā rūgšana
Labvēlīgos apstākļos pienskābās rūgšanas baktērijas spēj:
strauji savairoties,
paskābināt vidi.
Tā vairs nav pieņemama daudzām pūšanas baktērijām,
tāpēc pienskābās baktērijas kā arī pati pienskābe (E270) tiek izmantotas produktu skābēšanai un konservēšanai.

30. Pienskābā rūgšana
Pienu raudzējošie pienskābās rūgšanas mikroorganismi uzskatāmi par
probiotiskiem mikroorganismiem.
Jēdziens “Probiotisks” pretstatāms jēdzienam “Antibiotisks”.
Probiotiskie mikroorganismi uzlabo cilvēka dzīves vidi.

31. Probiotiķi
Tas apzīmē parādības, kas uzlabo dzīvi, mikroorganismu asociācijas uz ādas, gļotādām, gremošanas traktā.
Jēdziens visbiežāk tiek attiecināts uz mikroorganismiem un to kultūru produktiem, kuri uzlabo vai stabilizē zarnu mikrofloru.

32. Probiotiķi Probiotiskās īpašības:
- Samazina zarnu trakta infekciju risku.
- Uzlabo pārtikas sagremošanu.
- Uzlabo imūnsistēmas darbību.
- Samazina risku saslimt ar dažiem ļaundabīgajiem audzējiem.

33. Probiotiķi Infekcijas
Cilvēka zarnu traktā kā parasti iemītnieki atrastas ap dažādas baktēriju sugas, kuras uzskatāmas par organismam draudzīgām
– bez to līdzdalības gremošanas process nenotiek normāli;
“pareizie” mikroorganismi izkonkurē un nomāc dažādus nevēlamos mikroorganismus.

34. Probiotiķi Nepareizs uzturs, neregulāras ēdienreizes, kaitīgi ieradumi
zarnu traktā samazina labvēlīgo mikroorganismu daudzveidību un skaitu.
Probiotiski mikroorganismi paātrina atveseļošanos
- bērniem, kuri cieš no hroniskas caurejas
- pieaugušajiem, kurus moka ”ceļotāju caureja”.

35. Probiotiķi Imūnsistēma Krievu zinātnieks -
Ilja Mečņikovs jau pagājušā g.s.
sākumā, vērojot Kaukāza ilgdzī-
votājus, nonāca pie secinājuma,
ka laba veselība saistīta ar zarnu
trakta mikrofloru, un ka kefīrā
dzīvojoši mikroorganismi uzlabo organisma imunitāti un paildzina dzīvi.

36. Laktozes nepanesamība
Ir cilvēki, kuru organisms pietiekamā daudzumā neizstrādā enzīmu - laktāzi, kurš katalizē galvenā piena ogļhidrāta, disaharīda – laktozes hidrolīzi (noārdīšanu) par glikozi un galaktozi.
Šādā gadījumā cilvēka zarnu trakts nespēj laktozi uzņemt organismā. Šādiem cilvēkiem laktoze paliek zarnu traktā, kur to labprāt izmanto dažādi tur mītošie mikroorganismi, pastiprināti vairojoties, izdalot gāzes (CO2, H2) un citus starpproduktus.

37. Laktozes nepanesamība
Rezultātā var notikt vēdera uzpūšanās, pastiprināti izdalīties gāzes, veidoties caureja vai vēdersāpes.
Laktozes nepanesamības gadījumā var būt pilnīgs vai arī tikai daļējs laktāzes trūkums, līdz ar to arī simptomi var variēt.

38. Laktozes nepanesamība
Laktozes nepanesamība var būt:
- bez simptomiem – šādā gadījumā vienkārši netiek uzņemta daļa no pienā esošajām barības vielām,
- ar simptomiem - visbiežāk caureju 0,5 – 2 stundas pēc piena produktu uzņemšanas.

39. Laktozes nepanesamība
Laktozes nepanesamībai var būt dažādi iemesli:
- iedzimts laktāzes deficīts – šādā gadījumā tas izpaužas jau bērnībā un ir nepārejošs;
- ar zarnu epitēlijšūnu darbības traucējumiem (iekaisumi, infekcijas u.c.) saistīts laktāzes deficīts, kas parasti pāriet novēršot pamatslimību;
- ar organisma novecošanos saistīta laktāzes aktivitātes samazināšanās (visbiežāk sastopamā problēma), kam arī parasti ir iedzimstošs raksturs.

40. Laktozes nepanesamība
Ar organisma novecošanos saistītās laktāzes aktivitātes samazināšanās izplatība dažādās populācijās.
Nīderlande %
Zviedrija %
Šveice %
Amerikas indoeiropieši %
Baltkrievija, Krievija, Ukraina 15%
Somi %
Vidusāzija %
Austrālijas iezemieši %
Ķīnieši %
Amerikas indiāņi 100%

41. Laktozes nepanesamība
Laktozi izmantojošie pienskābās rūgšanas mikroorganismi veido un izdala pienā laktāzi vai tai līdzīgu enzīmu, kā rezultātā rūgšanas laikā piena laktoze tiek vismaz daļēji noārdīta, tās daudzums skābajos piena produktos ir daudz mazāks, nekā svaigā piena produktos.

42. Probiotiķi Raudzēto piena produktu probiotiskais efekts izpaužas,
- ja šos produktus lieto uzturā regulāri.
Vienreizēji uzņemti raudzēta piena mikroorganismi gremošanas traktā nesaglabājas ilgāk par 3 dienām.

43. Prebiotiķi
Savienojumi, kas uzlabo probiotisko mikroorganismu dzīves vidi:
- to vairošanos,
- izdzīvošanas apstākļus,
- aktivitāti.
Prebiotiķi parasti ir cilvēka gremošanas traktā grūti noārdāmi polisaharīdi.
Tie sekmē arī imūnsistēmas darbību.

44. Prebiotiķi
Piemēram, fruktooligosaharīdi vai fruktāni - fruktozes polimēri, kurus labprāt izmanto bifidobaktērijas.
Tiek izmantoti arī kā mazkaloriju saldinātājs.
Daļa pienskābās rūgšanas baktēriju tos spēj sintezēt pašas.

45. Nevēlamās izpausmes
Noteiktas pienskābās rūgšanas baktērijas tiek vainotas zobu bojājumos.
- ar veidoto fruktānu palīdzību tās piestiprinās zobu virsmai;
- to izdalītā pienskābe šķīdina zobus veidojošos minerālos savienojumus.
Piemēram, Streptococcus mutans

46. Jogurts Par jogurta dzimteni uzskata Kaukāzu (arī Bulgāriju).
Kā jogurta pamatkultūru visbiežāk izmanto: Streptococcus thermophilus
(kādu laiku tika uzskatīts par S. salivarius pasugu Streptococcus salivarius thermophilus, bet tagad atkal izdalīts atsevišķā sugā) un
Lactobacillus bulgaricus (Bulgāru nūjiņas), kas tagad tiek uzskatīta par vienu no trijām Lactobacillus delbrueckii pasugām - Lactobacillus delbrueckii bulgaricus - maisījumu 1:1.

47. Jogurts Abas baktērijas aug viena no otras neatkarīgi, tomēr
to sadarbība paātrina rūg-
šanas procesu.
S. thermophilus aug ātrāk, metabolismā izmanto arī aerobos procesus, tādejādi samazinot pienā esošo O2 daudzumu un paskābinot vidi, kas veicina anaerobus apstākļus un skābu vidi mīlošo L. delbrueckii augšanu. Raudzēšanai parasti izmanto 45oC.

48. Jogurts L. delbrueckii savukārt šķeļ pienā esošos proteīnus.
Tos tālāk var izmantot S. salivarius.
Jogurta sabiezēšana notiek pateicoties baktēriju izdalītajām skābēm, kuras veicina piena proteīnu recēšanu.
S. salivarius atbildīgas par sākotnējo vides paskābināšanos līdz pH 5,
L. delbrueckii par tālāko vides reakcijas samazināšanu līdz pH 4.0.

49. Jogurts
Ļoti iespējams, ka abas baktērijas iet bojā kuņģa skābajā vidē.
Šajā ziņā izturīgāks ir Lactobacillus acidophilus.
Jo vairāk dzīvo baktēriju ir produktā, jo lielākas izredzes, ka daļa no tām sasniegs zarnu traktu.
Uz produkta probiotisko efektu var cerēt, ja tajā ir vairāk kā KVV vienā gramā produkta.

50. Jogurts
Daži ražotāji probiotisko īpašību pastiprināšanai pievieno vēl citus mikroorganismus:
Lactobacillus acidophilus,
Lactobacillus casei,
Lactobacillus reuteri,
Bifidobacterium bifidum,
kuri dabīgi atrodami cilvēka zarnu traktā, mutes dobumā u.c., taču ne visas šo mikroorganismu dabā sastopamās līnijas tiek uzskatītas par probiotiskām
(pārtikas produktiem, protams, pievieno probiotiskās līnijas).

51. Skābais krejums Tā gatavošanai izmanto
Streptococcus lactis kultūras. Šie mikroorganismi ir ļoti labi homofermentatīvie pienskābes ražotāji, tādēļ tie plaši tiek izmantoti skābo piena produktu ieguvē.
Izmanto arī sieru gatavošanā, kefīra, dažkārt arī skābētu dārzeņu gatavošanā.

52. Rūgušpiens Raudzē: - Streptococcus lactis vai - Lactobacillus
delbrueckii bulgaricus
vai abi kopā.

53. Govs piena sastāvs Ūdens ~ 88 % Ogļhidrāti (laktoze) 4 - 5 %
Citi savienojumi
< 1 %
Ogļhidrāti (laktoze) %
Lipīdi (triglicerīdi) %
Proteīni (kazeīns) %

54. Govs piena sastāvs Proteīni:
kazeīns % - sarecināmi piena apstrādes gaitā
Pārējiem piena proteīniem (~20%) ir laba šķīdība ūdenī, un tie atdalās kopā ar sūkalām (sūkalu proteīni).

55. Kazeīns
Vairāku (4) līdzīgu fosfoproteīnu grupa, kuri sastopami pienā. Fosfoproteīni - proteīni, kuru sastāvā ietilpst fosfātu grupa (fosforskābes atlikums). "Skābes kazeīns" ir tehnisks apzīmējums kazeīnam, kurš izgulsnēts ar skābju palīdzību, tas nav saistīts ar molekulās ietvertajām fosfātu grupām. 55

56. Kazeīns
Kazeīna proteīniem raksturīgs liels aminoskābes - prolīna atlikumu saturs. Prolīna atlikumi traucē proteīna otrējās struktūras (a-spirāles, b-slāņi) izveidi, tādēļ šie proteīni ir maz strukturēti, un tiem piemīt slikta šķīdība ūdenī. Maz strukturētās kazeīna molekulas (vairāki tūkstoši) ūdens vidē veido sīkas, negatīvi lādētas daļiņas - micellas, kuras, kopā ar lipīdu micellām padara pienu necaurspīdīgu (koloidāls šķīdums). 56

57. Kazeīns - - - - - - - - - - - - - - - - -
Govs pienam raksturīgi 4 veidu kazeīna molekulas: as1-kazeīns, as2-kazeīns, b-kazeīns, k-kazeīns. a- un b-kazeīns veido mazāka izmēra submicellas, kurās ietilpst arī k-kazeīns. k-kazeīns stabilizē micellu struktūru, šī proteīna negatīvi lādētie pavedieni nāk ārā no micellām un neļauj tām saplūst, apvienoties. - - - - - - - - - - - - - - - - - 57

58. Kazeīns
Svaigam govs pienam raksturīgs pH6,6 Kazeīna izolelektriskais punkts pI4,6. Ja piena pH => pI, samazinās kazeīna micellām raksturīgais negatīvais lādiņš, un tās sāk apvienoties lielākos agregātos, veicinot piena strukturālās izmaiņas, kas vizuāli vērojamas piena saskābšanas procesā. 58

59. Kazeīns
Kazeīna micellu apvienošanos (piena sarecēšanu) būtiski pastiprina stabilizējošo k-kazeīna molekulu daļēja hidrolīze noteiktos fragmentos. Enzīms himozīns katalizē peptīdsaites hidrolīzi k-kazeīna molekulā starp 105. (fenilalanīns) un 106. (metionīns) aminoskābju atlikumu. Šī specifiskā hidrolīze izteikti veicina kazeīna micellu apvienošanos - piena sarecēšanu. 59

60. Kazeīns 60

61. Himozīns (rennīns)
Tradicionāli siera rūpniecībā izmantoja rennetu - enzīmu maisījumu, ko iegūst no piena teļu kuņģa. Piena sarecināšanā šajā enzīmu maisījumā galvenā nozīme ir himozīnam. Pašlaik himozīnu galvenokārt iegūst ar dažādu ģenētiski modificētu mikroorganismu (Aspergillus niger, Kluyveromyces lactis) palīdzību, kuros ievietots šo enzīmu kodējošais govs gēns. 61

62. Himozīns (rennīns)
Pašlaik % himozīna tiek iegūts ar ĢM mikroorganismu palīdzību. Tehnoloģijās izmanto ĢM mikroorganismu ražotu, bet no šiem mikroorganismiem attīrītu enzīmu, tādēļ pats enzīms un ar tā palīdzību gatavotais siers nav speciāli jāmarķē, jo pašus ģenētiski modificētos mikroorganismus gala produkts tiešām nesatur. 62

63. Govs piena sastāvs Proteīni:
kazeīns % - sarecināmi piena apstrādes gaitā
Pārējiem piena proteīniem (~20%) ir laba šķīdība ūdenī, un tie atdalās kopā ar sūkalām (sūkalu proteīni, piena seruma proteīni).
Šo proteīnu lielāko daļu veido:
a-laktoglobulīns un b-laktoglobulīns.

64. Laktoglobulīns
2-3% mazgadīgo bērnu novēro alerģiju pret govs piena proteīniem (govs piena proteīnu nepanesamību), kas izpaužas kā gremošanas trakta darbības traucējumi (caureja, vemšana).
b-laktoglobulīns, kas cilvēka pienam nav raksturīgs, tiek uzskatīts par vienu no galvenajiem kandidātiem - šīs nepanesamības izraisītājiem.
Anower J. et al. (2012) Targeted microRNA expression in dairy cattle directs production of β-lactoglobulin-free , high-casein milk. PNAS.

65. Laktoglobulīns
Jaunzēlandē izveidota govs, kura dod hipoalerģisku pienu.
Ar GI metodēm govs genomā ieviests mazo interferējošo RNS (iRNS) veidojošs gēns. No tā transkribētās iRNS nomāc b-laktoglobulīna ekspresiju.
Anower J. et al. (2012) Targeted microRNA expression in dairy cattle directs production of β-lactoglobulin-free , high-casein milk. PNAS.

66. Dārzeņi
Pienskābā rūgšana notiek arī dārzeņu (gurķu, kāpostu u. c.) skābēšanas un sālīšanas procesā.
Fermentē - Leuconostoc
mesenteroides
- izturīgs pret lielākām sāls un cu-
kura koncentrācijām, tā noteiktas
līnijas atzītas par probiotiskām,

67. Dārzeņi
Pienskābā rūgšana notiek arī dārzeņu (gurķu, kāpostu u. c.) skābēšanas un sālīšanas procesā.
Fermentē - arī Lactobacillus
plantarum,
kurš ir cilvēka mutes dobuma
(siekalu) raksturīgs iemītnieks,
arī Pediococcus ģints baktērijas.

68. Kefīrs Plaši izplatīts Vidusāzijā, Krievijā,
Austrumeiropā, pēdējā laikā par
to pieaug interese ASV.
Kefīru iegūst pienskābajām baktē-
rijām sadarbojoties ar sēnēm -
raugiem, vienlaicīgi notiek
pienskābā, spirta, etiķskābā un vēl
citi rūgšanas procesi.

69. Kefīrs
Parasti spirts veidojas ļoti mazā koncentrācijā – 0,08 – 0,5%, taču var sasniegt līdz 2 % koncentrāciju.
Baktērijas - Lactobacillus delbrueckii bulgaricus,
Streptococcus lactis,
Acetobacter aceti (etiķskābā rūgšna),
Leuconostoc mesenteroides u.c..

70. Kefīrs Raugi - Torula kefir, Saccharomyces Kefir,
Kluyveromyces lactis.
Taču pie mums pērkamais produkts "kefīrs" nav tas pats, kas vēsturiski daudzus gadu simtus pazīstamais kefīrs.

71. Kefīrs Par kefīra dzimteni uzskata Kaukāza rajonus.
Vidusāzijā kefīru raudzē ar kefīra granulu -
makroskopisku, gelveidīgu
mikroorganismu sakopojumu
palīdzību.
Granulās ietilpst paši mikroor-
ganismi, proteīni, lipīdi un da-
ļēji šķīstoši polisaharīdi (kefirāns).

72. Kefīrs
Domājams, ka tajos izveidojusies simbiotiska mikroorganismu kopiena.
Vairāki autori uzskata, ka "Kaukāza" kefīra imuno-stimulējošās un pret-audzēju īpašības saistītas tieši ar kefirānu – lielmolekulāru polisaharīdu, kuru veido glikoze un galaktoze attiecībās 1:1.

73. Cukurus raudzējošās mikroorganismu kopienas
Zināmas arī cukura- vai ūdens-
kefīra granulas, kuras spēj augt
un darboties bez piena –
cukurūdenī, raudzējot īpatnēju
dzērienu.
Šīs granulas kefirāna vietā
sintezē dekstrānu.

74. Tējas sēne (Kombuha) Medusomyces Gisevii Lindau Ar to raudzē
Senu veselības dzērienu no Ķīnas.
Populārs Krievijā, Vācijā un Japānā.
Gatavo no melnās, zaļās un dažu ārstniecības augu tēju uzlējumiem.

75. Tējas sēne (Kombuha) Tējas izvilkumiem pievieno cukuru, sīrupu vai
medu.
Siltā vietā dzēriens nogatavojas 8 dienu laikā.

76. Tējas sēne (Kombuha)
Tējas sēne ir vairāku mikroorganismu veidota simbiotiska kopiena un tajā notiek dažādu veidu rūgšanas procesi.
Tajā parasti atrod baktērijas:
Bacterium xylinum,
Bacterium xylinoides,
Bacterium gluconicum,
Acetobacter ketogenum,

77. Tējas sēne (Kombuha) un raugu sēnes: Saccharomyces ludwigii,
Saccharomyces apiculatus,
Schizosaccaromyces
pombe,
Torula varieties,
Pichia fermantans u.c.

78. Tējas sēne (Kombuha)
Ārsniecisko efektu skaidro ar kultūras spējā sintezēt vairākas bioloģiski aktīvas vielas:
usnejskābi (usnic acid),
glikonskābi (gluconic acid) un
glikuronskābi (glucuronic acid) ,
C un B grupas vitamīnus.
Dzērienam ir antibiotiskas un organismu attīrošas īpašības.

80. Skābbarība
- produkts, ko iegūst no svaigi nopļautas vai apvītinātas augu masas, kura - tiek ieskābēta ar mikroorganismu palīdzību. Procesam var ļaut noritēt - patvaļīgi vai, - pievienot fermentācijas procesa regulatorus: - ķīmiskos konservantus, - mikroorganismu ieraugus.

81. Skābbarība
Skābbarības gatavošanas procesā ir būtiski: - ātri sasniegt anaerobus apstākļus masā, - pietiekami lielu ūdeņraža jonu koncentrāciju - mazas pH vērtības. Augus novākšanas laikā sasmalcina, - ar tiem ātri piepilda tvertni, - masu noblīvē, - tvertni nosedz.

82. Skābbarība
Rezultātā tiek iegūta sulīga lopbarība ar labu uzturvērtību: - satur karotīnus, - C vitamīnu, citus vitamīnus, - organiskās skābes Uztura īpašības līdzīgas kā svaigai zālei. Uzlabo gremošanu, veicina citas rupjās lopbarības uzsūkšanos.

83. Skābbarība
Zāles skābšanu nodrošina pienskābās rūgšanas baktērijas Lactobacillus, Streptococcus. Tās padara vidi skābāku, kavējot pūšanas mikroorganismu - Bacillus, Pseudomonas, Aspergillus, Penicillium attīstību. Skābbarībā nereti savairojas arī sviestskābās rūgšanas baktērijas (Clostridium).

84. Pūšanas baktērijas
Aerobi hemotrofi, heterotrofi mikroorganismi, kas slikti attīstās bezskābekļa vidē. Aerobos apstākļos veic barības vielu oksidēšanu līdz CO2 un H2O, izdalot arī NH3 un citus mazmolekulārus savienojumus - izraisa vides sasilšanu un skābbarības pūšanu, samazina olbaltumvielu daudzumu. Nespēj savairoties, ja zaļā masa labi sablietēta (anareobi apstākļi), skābā vidē.

85. Pelējuma, raugu sēnes
paralēli ierosinātajam pūšanas procesam var izdalīt arī dažādus toksīnus. Arī tās neaug anaerobos apstākļos, vairumā gadījumu arī skābā vide tām nav pieņemama.

87. Etilspirta rūgšana
Šajā rūgšanas procesā galvenais produkts ir etanols, kurš veidojas anaerobos apstākļos.
Homofermetatīva spirta rūgšana raksturīga vairākiem raugu pārstāvjiem, starp baktērijām tā sastopama retāk (Zymomonas mobilis).
Glikoze ===> Etanols + CO2
(citi cukuri)
C6H12O C2H5OH + 2 CO2 (2 ATF)

88. Etilspirta rūgšana
Bioķīmiski spirta rūgšana ir nedaudz sarežģītāka nekā pienskābā rūgšana, jo tajā ietvertas vismaz divas reakcijas.
1. Enzīms - piruvātdekarboksilāze katalizē reakciju, kurā no pirovīnogskābes tiek atšķelta CO2 molekula, veidojot acetaldehīdu.
Reakcija ir visai līdzīga acetil-CoA veidošanās procesam, tikai šajā gadījumā netiek izmantots ne CoA, ne NAD+.

89. Etilspirta rūgšana 1. Acetaldehīda veidošanās OH | C=O H
C=O C=O
| |
CH CH3
pirovīnog acetaldehīds
skābe

90. Etilspirta rūgšana
2. Pirmajā reakcijā iegūtais produkts pēc tam tiek izmantots, lai glikolīzes gaitā iegūtā reducētā NAD forma (NADH+H+) varētu tikt oksidēta, elektronus un protonus nododot acetaldehīdam.
Reakciju katalizē enzīms - alkahol-dehidrogenāze.

91. Etilspirta rūgšana H H | | C=O + NADH+H+ H - C - OH + NAD+ | ===> |
| |
C=O NADH+H+ H - C - OH NAD+
| ===> |
CH CH3
acetaldehīds etanols

92. Etilspirta rūgšana Spirta rūpniecības izejvielas:
labības, kukurūzas graudi, kartupeļi,
cukurbietes, cukurniedres, koksne.
Diemžēl etanola ieguvei tehnoloģiski izdevīgās (lielu etanola koncentrāciju veidojošās) mikroorganismu kultūras pašas nespēj katalizēt polisaharīdu hidrolīzi, tādēļ procesa sākumā bieži nepieciešama izejvielu papildus apstrāde.

93. Etilspirta rūgšana
Koksni (celulozi) parasti hidrolizē ar sērskābes un augstas temperatūras palīdzību.
Graudus
- diedzē vai
- samaļ, samitrina un palielinātā temperatūrā apstrādā ar rūpnieciski iegūtām amilāzēm vai citiem amilozi un cieti hidrolizējošiem enzīmiem.

94. Etilspirta rūgšana
Pēc tam pievieno maizes rauga (Saccharomyces cerevisiae) kultūru.
Pēc raudzēšanas vidē iegūstama
% etanola koncentrācija.
Lielākas etanola koncentrācijas
raugiem ir kaitīgas.
Pēdējā laikā selekcionētas S. cerevisiae līnijas, kuras var veidot līdz 20% lielu etanola koncentrāciju.

95. Etilspirta rūgšana Vidēji no 50 kg graudu iegūst: 16 kg etanola
15 kg sausu graudu
palieku
18 kg CO2
Kaut arī bioetanola ražošana
pasaulē pieaug, lielāko daļu rūpnieciski izmantotā etanola joprojām iegūst ķīmiskajā sintēzē no etilēna.

96. Spirta rūgšana Ir pamatā alus darīšanai: Alus raudzēšanas tanks.

97. Spirta rūgšana Pēc rūgšanas alu nedēļu vai vairākas nedēļas nostādina
un nogatavina.
Paātrinātajās tehno-
loģijās veic tikai
filtrēšanu.
Spirta rūgšana notiek arī vīna gatavošanas laikā.

98. Spirta rūgšana
Notiek arī raudzējot maizes mīklu, taču šajā gadījumā galvenā nozīme ir rūgšanas procesā izdalītajam CO2, kurš irdina mīklu.
Etanols maizes cepšanas gaitā iztvaiko.

99. Rūgšanas procesi
Ar jēdzienu "spirta rūgšana" parasti viennozīmīgi saprot etanola veidošanās procesu, taču apzīmējums nav pilnībā pareizs, jo zināmi rūgšanas procesi, kuros veidojas citi spirti un organiskās skābes.
Samērā izplatīti ir propionskābās un sviestskābās rūgšanas procesi, kuri ķīmiski ir krietni komplicētāki un ietver elementus no citronskābes cikla.

100. Rūgšanas procesi
Mēdz lietot jēdzienu "etiķskābā rūgšana", apzīmējot procesu, kurā no etanola veidojas etiķskābe, taču šīs pārvērtības neatbilsts klasiskajam priekšstatam par rūgšanu kā anaerobu procesu.
Etiķskābe veidojas aerobos apstākļos, kad etiķskābās baktērijas etanolu izmanto kā elektronu donoru, ar gaisa skābekļa palīdzību to oksidējot līdz etiķskābei.
CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O