젖산 발효

Lactic acid fermentation
젖산 이성질체 1개
이 애니메이션은 포도당 한 분자가 피루브산으로 변한 후 젖산으로 변하는 것에 초점을 맞추고 있다.이 과정에서 1개의 6-탄소 포도당 분자와 2개의 NAD+ 분자가 있다.포도당 분자 끝에 2개의 인산염이 부착된 후 포도당은 2개의 3-탄소 피루브산염 전구체로 분할된다.이어서 NAD+ 분자를 2개의 NADH로 변환하고, 탄소에 인산기를 부가한다.그리고 나서 ADP가 와서 인산염들을 흡수하고, 2개의 ATP 분자를 만듭니다.피루브산은 2개의 젖산 분자로 바뀌어 NADH를 다시 NAD+로 변환합니다.그런 다음 다른 포도당 분자에서 시작하여 이 과정이 반복됩니다.

젖산 발효는 포도당 또는 다른 6-탄소당(또한 6-탄소당의 이당류, 예를 들어 수크로스 또는 유당)이 세포 에너지와 대사물인 젖산으로 전환되는 대사 과정이다.이것은 근육 [1][2][3][page needed]세포와 같은 일부 박테리아와 동물 세포에서 일어나는 혐기성 발효 반응이다.

세포에 산소가 존재한다면, 많은 생물들은 발효를 무시하고 세포호흡을 하게 될 것이다. 그러나 통성 혐기성 생물들은 [3]산소가 있는 곳에서 발효되고 호흡을 하게 될 것이다.때때로 산소가 존재하고 미토콘드리아에서 유산소 대사가 일어날 때, 만약 피루브산이 대사될 수 있는 것보다 더 빨리 축적되고 있다면, 발효는 어쨌든 일어날 것이다.

젖산탈수소효소는 피루브산과 젖산의 상호변환을 NADH와+ NAD의 부수적 상호변환으로 촉매한다.

균질 발효에서는 포도당 1분자가 궁극적으로 젖산 2분자로 전환된다.반대로 헤테로락틱 발효는 포스포케톨라아제 [1]경로라고 불리는 과정에서 젖산 외에 이산화탄소와 에탄올을 생산한다.

역사

몇몇 화학자들이 19세기 동안 유기 화학의 영역에 대한 몇 가지 기본적인 개념을 발견했다.예를 들어 프랑스 화학자 조셉 루이 게이 루삭은 발효 과정에 특히 관심이 있었고 그는 그의 가장 훌륭한 제자 중 한 명인 쥐스투스 폰 리빅에게 이 매력을 전달했습니다.몇 년의 차이를 두고 각각은 동료들과 함께 오늘날 우리가 알고 있는 젖산 분자의 화학적 구조를 설명했습니다.그들은 발효 과정을 순수하게 화학적으로 이해하고 있었습니다. 즉, 현미경으로는 볼 수 없고 화학 촉매로만 최적화할 수 있다는 것을 의미합니다.1857년, 프랑스의 화학자 루이 파스퇴르는 젖산을 미생물 발효의 산물로 처음 묘사했다.이 기간 동안, 그는 릴 대학에서 일했고, 그곳에서 지역 증류소가 그에게 발효 문제에 대한 조언을 구했다.우연히도, 그리고 그 당시 그가 가지고 있던 시설이 좋지 않은 실험실에서, 그는 이 증류소에서 두 가지 발효가 일어나고 있다는 것을 발견할 수 있었다. 하나는 젖산이고 하나는 알코올이고, 둘 다 미생물에 의해 유발된 것이다.그리고 나서 그는 파리에서 이러한 발견에 대한 연구를 계속했고, 그곳에서 그는 리빅과 그의 추종자들에 의해 대표되는 순수 화학적인 버전에 안정적인 모순을 제시하는 그의 이론을 발표했다.파스퇴르가 오늘날에도 여전히 받아들여지고 있는 개념들을 설명했음에도 불구하고, 리빅은 그것들을 받아들이기를 거부했다.하지만 파스퇴르 자신도 이 화학 현상에 대해 완전히 새로운 이해를 하게 되었다고 썼다.파스퇴르가 이 과정의 모든 세부사항을 발견하지는 못했지만, 그는 여전히 미생물 젖산 발효가 어떻게 작용하는지에 대한 주요 메커니즘을 발견했다.그는 발효를 "공기 [4][5]없는 삶의 형태"라고 처음으로 묘사했다.

비록 이 화학적 과정이 파스퇴르의 연구 이전에는 제대로 기술되지 않았지만, 사람들은 훨씬 더 일찍 식품 생산에 미생물 젖산 발효를 사용해 왔다.고고학적 발견에 대한 화학적 분석은 우유 발효가 역사적 시기 이전에 사용되었음을 보여준다; 그것의 첫 번째 적용은 아마도 신석기 혁명의 일부였을 것이다.우유에는 젖산균이 자연적으로 포함되어 있기 때문에, 적절한 온도에서 자연적으로 발생하므로 발효 과정의 발견은 매우 분명했다.이 첫 번째 농부들의 문제는 신선한 우유가 어른들에 의해 거의 소화되지 않는다는 것이었다. 그래서 그들은 이 메커니즘을 발견하는 데 관심이 있었다.사실, 젖산 박테리아는 유당을 소화하는데 필요한 효소를 포함하고 있고, 발효하는 동안 그들의 개체수는 강하게 증가한다.따라서, 짧은 시간 동안 발효된 우유는 우유가 인체에 들어간 후, 유당 분자를 소화하기에 충분한 효소를 포함하고 있으며, 이것은 성인들이 우유를 섭취할 수 있게 해준다.더 안전한 것은 치즈 제조를 위해 행해진 발효 시간이 더 길었다는 것이다.이 과정은 또한 매우 오래 전에 발견되었는데, 이것은 최초로 기록된 문서인 설형문자의 치즈 생산 레시피와 바빌로니아와 이집트 문헌에 의해 증명되었다.흥미로운 것은 발효유 제품의 경쟁 우위 이론이다.이 이론의 발상은 우유 소비로부터 추가적인 유당 섭취로 인해 이 최초의 정착한 농부 일족의 여성들이 두 아이 사이의 시간을 단축할 수 있다는 것이다.이 요인은 그들에게 수렵 채집 [6]사회를 능가하는 중요한 이점을 주었을지도 모른다.

유제품의 소비가 증가함에 따라, 이러한 사회는 후생유전적인 유전으로 락타아제 지속성을 발달시켰다. 이것은 우유를 소화하는 효소 락타아제가 평생 동안 그들의 몸에 존재하였기 때문에 그들은 성인이 되어서도 발효되지 않은 우유를 마실 수 있었다는 것을 의미한다.최초의 정착민 사회에서 유당 섭취에 대한 이러한 초기 습관화는 오늘날에도 이 돌연변이의 농도의 지역적 차이에서 여전히 관찰될 수 있다.세계 인구의 약 65%가 아직 [7]부족한 것으로 추정된다.이 첫 번째 사회들은 터키 동부에서 중앙 유럽으로 건너왔기 때문에, 유럽인들이 정착했기 때문에, 그 유전자는 그곳에 더 자주 나타난다.서양 문화권에서 유당불내증이 있는 것이 사실 돌연변이보다 더 흔할 때 드문 일이라고 믿는 것은 이 돌연변이의 지배 때문이다.반대로, 유당불내증은 아시아 [citation needed]국가들에서 훨씬 더 많이 나타난다.

쿠미스 한 병과 잔

유제품과 그 발효는 일부 문화의 발전에 중요한 영향을 끼쳤다.몽골에서는 목가적인 농업이 많이 행해지고 있습니다.이 문화권에서 그들이 생산하고 소비하는 우유는 주로 암말 우유이며 오랜 전통을 가지고 있다.하지만 신선한 우유의 모든 부분이나 제품이 같은 의미를 갖는 것은 아닙니다.예를 들어, 꼭대기의 뚱뚱한 부분인 "디즈"는 가장 가치 있는 부분으로 여겨지며, 따라서 종종 손님들을 예우하기 위해 사용된다.전통적인 의미에서도 매우 중요한 것은 약한 알코올성 요구르트 쿠미스와 같은 마유 발효 제품이다.이러한 소비는 몽골의 음력 설(봄)과 같은 문화 축제 기간 동안 최고조에 달합니다.이 축하의 시간은 "백의 달"이라고 불리는데, 이것은 유제품이 "검은 음식"이라고 불리는 고기 제품과 비교하여 녹말 채소와 함께 "백색 음식"이라고 불리는 것이 이 전통의 중심 부분임을 나타냅니다.이 축제들의 목적은 지난 한 해를 "휴업"하는 것입니다 – 집 청소나 유트 청소, 먹이를 제공한 동물들에게 경의를 표하고 다가오는 여름 시즌을 위한 모든 것을 준비하는 것입니다 – 새해를 "개업"할 준비를 하기 위해서입니다.이런 축제 상황에서 하얀 음식을 먹는 것은 과거로, 그리고 칭기즈칸이 의인화한 몽골의 위대한 제국으로 연결되는 방법이다.이 제국 시대에 발효된 암말 우유는 전사들과 지도자들을 존경하고 감사하기 위한 음료로, 모두를 위한 것은 아니었다.비록 그것은 결국 평범한 사람들을 위한 음료가 되었지만, 그것은 명예로운 의미를 지켰다.다른 많은 전통처럼, 이것은 세계화의 영향을 느낀다.산업용 요구르트와 같은 다른 제품들은 주로 중국과 서양에서 수입되어 도시 지역에서 점점 더 많이 그것을 대체하는 경향이 있다.그러나 시골과 가난한 지역에서는 여전히 매우 중요하다.[8]

생화학

호모 발효 과정

호모 발효 박테리아는 포도당을 두 개의 젖산 분자로 변환하고 이 반응을 이용하여 두 개의 ATP 분자를 만들기 위해 기질 수준의 인산화를 수행합니다.

포도당 + ADP 2개 + P 2개i → 젖산 2개 + ATP 2개

이종 발효 프로세스

헤테로 발효 박테리아는 젖산염과 ATP를 적게 생산하지만, 다른 여러 최종 산물을 생산한다.

포도당 + ADP + Pi → 젖산 + 에탄올 + CO2 + ATP

예를 들어 류코노스톡 메센테로이데스, 락토바실루스 바이페멘투스, 류코노스톡 락티스 등이 있다.

비피덤 경로

비피도박테륨 비피디움은 동종 발효 또는 이종 발효보다 더 많은 ATP를 생성하는 젖산 발효 경로를 이용한다.

포도당 2개 + ADP 5개 + P 5개i → 아세트산 3개 + 젖산 2개 + ATP 5개

유당발효세균의 주요 속

주요 기사 : 유산균

유당을 발효시킬 수 있는 것으로 확인된 몇몇 주요 박테리아 변종들은 에셰리치아, 시트로박터, 엔테로박터 그리고 클렙시엘라속에 속합니다.이들 4개 그룹은 모두 엔테로박테리아과에 속한다.이들 4개 속은 생화학적 테스트를 통해 서로 분리할 수 있으며 간단한 생물학적 테스트를 쉽게 이용할 수 있다.전서열 유전체학과는 별도로, 일반적인 테스트에는 H2S 생산, 운동성 및 구연산염 사용, 인돌, 메틸레드 및 보그스-프로스카우어 [9]테스트가 포함됩니다.

적용들

젖산 발효는 다른 [10][11]방법으로는 생산할 수 없는 식품을 생산하기 위해 세계 여러 지역에서 사용되고 있다.유산발효균의 가장 상업적으로 중요한 속은 유산균이지만 다른 박테리아나 효모균도 가끔 사용된다.[10]젖산 발효의 가장 일반적인 두 가지 적용은 요구르트와 사우어크라우트의 생산이다.

피클

주요 기사:피클링

발효 어류

주요 기사:발효 어류

일부 아시아 요리에서는 생선을 보존하는 젖산을 생산하기 위해 전통적으로 쌀로 생선을 발효시킨다.이러한 요리의 예로는 필리핀의 부롱 이스다, 일본의 나레즈시, 태국의 플라 등이 있습니다.필리핀에서도 발라오발라오라고 [12][13][14]알려진 요리의 새우에도 같은 과정이 사용된다.

김치

주요 기사 : 김치

김치는 또한 젖산 [15]발효를 이용한다.

사우어크라우트

주요 기사: Sauerkraut

젖산 발효는 사우어크라우트의 생산에도 사용된다.사우어크라우트의 생산에 사용되는 주요 박테리아 유형은 루코노스톡이다.[1][16]

요구르트와 마찬가지로 젖산 발효 생물에 의해 산도가 높아지면 다른 병원성 미생물이 많이 죽는다.이 박테리아는 단순한 알코올과 다른 탄화수소뿐만 아니라 젖산을 생산한다.그런 다음 이것들이 결합되어 에스테르를 형성하고 사우어크라우트의 [1]독특한 풍미를 만들어 낼 수 있습니다.

사워 맥주

주요 기사: Lambic과 Berliner Weisse

젖산은 Lambics와 Berliner Weisses를 [17]포함한 사워 맥주 생산의 성분입니다.

요구르트

주요 기사:요구르트

요구르트의 주요 생산 방법은 우유를 무해한 [10][18]박테리아와 함께 젖산 발효시키는 것이다.사용되는 일차 박테리아는 전형적으로 Lactobacillus vulgaricus와 Streptoccus thermophilus이고, 미국과 유럽 법은 모든 요거트가 이 두 가지 문화를 [18]포함하도록 요구한다.이 박테리아들은 우유 배양에서 젖산을 생산하여 pH를 낮추고 응고시킨다.그 박테리아는 또한 요구르트의 독특한 맛을 내는 화합물을 생산한다.낮은 pH의 추가적인 효과는 산성 환경이 다른 많은 종류의 해로운 [10][18]박테리아와 호환되지 않는다는 것입니다.

프로바이오틱 요구르트는 유산균 애시드필루스 등의 세균을 [18]배양물에 첨가한다.

채소류

주요 기사: 사일리지

젖산세균은 대부분의 야채에서 이미 자연 식물군의 일부로 존재한다.상추와 양배추는 잎에 존재하는 유산균의 종류를 결정하기 위해 조사되었다.LAB의 종류에 따라 잎이 많은 [19]잎의 발효인 사일라지 발효의 종류가 달라집니다.사일라지 발효는 당을 젖산과 같은 발효 부산물로 환원시키는 혐기성 반응이다.

생리학

유산균 발효와 그에 따른 산의 생성은 병원성 [20]유기체의 증식으로부터 보호하는 질 마이크로바이옴을 제공한다.

젖산발효 및 근육경련

주요 기사:근육 수축

1990년대 동안, 젖산 가설은 왜 사람들이 격렬한 운동 중과 후에 화상과 근육 경련을 경험했는지 설명하기 위해 만들어졌다.근육 세포 내부의 산소 부족은 젖산 발효를 초래했다.이것은 세포가 ATP를 생산하기 위해 말단 전자 수용체로서 산소를 필요로 하기 때문입니다.산소가 없다면 세포는 다른 방법을 통해 에너지를 생성해야 했다.젖산, 즉 젖산과 H+가 부산물로 생성되었습니다.이러한 젖산의 축적은 근육 세포 내부의 타는 듯한 감각을 유발하여 다리 경련과 불편함을 유발합니다.

2006년의 연구는 산성증이 근육 경련의 주요 원인이 아니라 근육 내부의 칼륨 부족에 기인하며, 높은 스트레스를 받는 근육의 수축으로 이어진다는 것을 보여 주었다.젖산가설의 또 다른 변화는 젖산나트륨이 체내에 있을 때 운동 [21]후 숙주의 탈진 기간이 더 높다는 것이다.

젖산 발효는 근육세포 생리에 중요하다.근육 세포가 전력 질주와 같은 격렬한 활동을 할 때, 그들은 에너지를 빨리 필요로 한다.근육 세포에 저장된 ATP는 전력 질주를 몇 초 동안 지속할 수 있을 만큼만 있습니다.그 세포들은 혐기성 환경에 있기 때문에 젖산을 발효시키는 것이 기본이다.젖산 발효를 통해 근육 세포는 격렬한 활동 하에서도 해당과정을 지속하기 위해 ATP와 NAD+를 생산할 수 있다.[5]

질 환경은 박테리아를 생성하는 젖산의 영향을 많이 받는다.질관에 서식하는 락토바실리는 pH 조절에 도움이 됩니다.질 내 pH가 너무 염기성이 되면 pH를 더 산성 수준으로 낮추기 위해 더 많은 젖산이 생성될 것이다.젖산을 생성하는 박테리아는 또한 과산화수소, 항균성 화합물의 생산을 통해 세균 질염, 질염, 다른 균류, 원생동물과 같은 가능한 병원체들에 대한 보호막 역할을 한다.질관에서 발효를 통해 젖산을 추가로 사용하는지는 불분명하다[6].

유당불내증에 대한 이점

주요 기사 : 유당불내증

소량의 젖산은 순환하는 동안 에너지와 기질을 공급하여 인체에 좋다.유당불내성 사람들에게서 젖산으로의 유당의 발효는 유당불내성 사람들을 돕는 작은 연구들에서 보여졌습니다.발효의 과정은 이용 가능한 유당의 양을 제한한다.유당의 양이 줄어들면 몸 안에 쌓이는 양이 줄어들어 붓기를 줄일 수 있다.젖소 발효의 성공은 요구르트 배양에서 가장 뚜렷하게 나타났다.호산성 [22]우유와 같은 다른 우유 생산물에 대한 추가 연구가 진행되고 있다.

주 및 참고 자료

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