20 12 ./20 13 . mācību gada 2. semestris

20.01.2015. 1

Bioloģijas laboratorijas Bioloģijas laboratorijas eksperimenta veidošanas un eksperimenta veidošanas un demonstrēšanas metodika.demonstrēšanas metodika.

Sadaļa: "Mikrobioloģija un Sadaļa: "Mikrobioloģija un

biotehnoloģija".biotehnoloģija".

2013./2014. mācību gada 2. semestris

20.01.2015. 2

Pienskābā rūgšana, piens un Pienskābā rūgšana, piens un citi rūgšanas procesiciti rūgšanas procesi..

4. lekcija

20.01.2015. 3

Rūgšanas procesiRūgšanas 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.

20.01.2015. 4

Hemo-organo-anaero-Hemo-organo-anaero-heterotrofiheterotrofi

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.

C6H12O6 2C2H5OH + 2 CO2 (2 ATF)

20.01.2015. 5


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

20.01.2015. 6


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

20.01.2015. 7

Pienskābā rūgšanaPienskābā 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.

20.01.2015. 8


OH OH

| |

C=O C=O

| ===> |

C=O NADH+H+ H - C - OH + NAD+

| |

CH3 CH3

pirovīnog- pienskābe

skābe

laktāt-dehidrogenāze

20.01.2015. 9

PienskābePienskābe / optiskā izomērija / 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

20.01.2015. 10

Optiskā izomērijaOptiskā izomērija

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.

Pienskābei ar C atomu saistītās

funkcionālās grupas:

- COOH; -H; -OH; -CH3

20.01.2015. 11


Šādas formas sauc par spoguļizomēriem vai enantiomēriem.

CH3

COOH

CHO H

CH3

COOH

COH H

33

22

11 11

22

33 11

nn

20.01.2015. 12


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.

20.01.2015. 13


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.

20.01.2015. 14


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.

20.01.2015. 15


L (-) - gliceraldehīds L (+) - pienskābe

CH2OH

COH

CHO H

11

22

33 CH3

COOH

CHO H

11

22

33

20.01.2015. 16


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.

20.01.2015. 17


Dabā dominē:

- ogļhidrātu "D" enantiomēri;

- aminoskābju "L" enantiomēri.

20.01.2015. 18

PienskābePienskābe

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.

20.01.2015. 19


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.

20.01.2015. 20


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. ).

20.01.2015. 21


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.

20.01.2015. 22


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).

20.01.2015. 23


Izšķir

heterofermentatīvo pienskābo rūgšanu

- tās rezultātā bez pienskābes veidojas arī citi gala produkti - spirti, citas organiskās skābes..

20.01.2015. 24

Pienskābes baktērijasPienskābes 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.

20.01.2015. 25


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.

20.01.2015. 26


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+).

20.01.2015. 27


Dabā sastopamas:

- uz dzīvnieku:

- ādas,

- gļotādas,

- gremošanas traktā;

- uz augu lapām un augļiem,

- trūdošās augu valsts pārstāvju paliekās,

- piena produktos.

20.01.2015. 28


Raksturīgākās ģintis:

- Lactobacillus,

- Lactococcus,

- Leuconostoc,

- Pediococcus,

- Streptococcus.

20.01.2015. 29


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.

20.01.2015. 30

Pienu raudzējošie pienskābās rūgšanas mikroorganismi uzskatāmi par

probiotiskiem mikroorganismiem.

Jēdziens “Probiotisks” pretstatāms jēdzienam “Antibiotisks”.

Probiotiskie mikroorganismi uzlabo cilvēka dzīves vidi.


20.01.2015. 31

ProbiotiķiProbiotiķi

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.

20.01.2015. 32


Probiotiskās īpašības:

- Samazina zarnu trakta infekciju risku.

- Uzlabo pārtikas sagremošanu.

- Uzlabo imūnsistēmas darbību.

- Samazina risku saslimt ar dažiem ļaundabīgajiem audzējiem.

20.01.2015. 33


Infekcijas

Cilvēka zarnu traktā kā parasti iemītnieki atrastas ap 200 - 400 dažādas baktēriju sugas, kuras uzskatāmas par organismam draudzīgām

– bez to līdzdalības gremošanas process nenotiek normāli;

“pareizie” mikroorganismi izkonkurē un nomāc dažādus nevēlamos mikroorganismus.

20.01.2015. 34


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”.

20.01.2015. 35


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.

20.01.2015. 36

Laktozes nepanesamībaLaktozes 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.

20.01.2015. 37


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.

20.01.2015. 38


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.

20.01.2015. 39


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.

20.01.2015. 40

Laktozes nepanesamībaLaktozes nepanesamībaAr organisma novecošanos saistītās laktāzes aktivitātes samazināšanās izplatība dažādās populācijās.

Nīderlande 1%

Zviedrija 6%

Šveice 10%

Amerikas indoeiropieši 12%

Baltkrievija, Krievija, Ukraina 15%

Somi 18%

Vidusāzija 80%

Austrālijas iezemieši 85%

Ķīnieši 93%

Amerikas indiāņi 100%

20.01.2015. 41


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.

20.01.2015. 42


Raudzēto piena produktu probiotiskais efekts izpaužas,

- ja šos produktus lieto uzturā regulāri.

Vienreizēji uzņemti raudzēta piena mikroorganismi gremošanas traktā nesaglabājas ilgāk par 3 dienām.

20.01.2015. 43

PrPreebiotiķibiotiķi

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.

20.01.2015. 44

PrPreebiotiķibiotiķi

Piemēram, fruktooligosaharīdi vai fruktāni - fruktozes polimēri, kurus labprāt izmanto bifidobaktērijas.

Tiek izmantoti arī kā mazkaloriju saldinātājs.

Daļa pienskābās rūgšanas baktēriju tos spēj sintezēt pašas.

20.01.2015. 45

Nevēlamās izpausmesNevēlamās 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

20.01.2015. 46

JogurtsJogurts

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.

20.01.2015. 47

JogurtsJogurts

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.

20.01.2015. 48

JogurtsJogurts

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.

20.01.2015. 49

JogurtsJogurts

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 100 000 KVV vienā gramā produkta.

20.01.2015. 50

JogurtsJogurts

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).

20.01.2015. 51

Skābais krejumsSkābais 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.

20.01.2015. 52

RūgušpiensRūgušpiens

Raudzē:

- Streptococcus

lactis

vai

- Lactobacillus

delbrueckii bulgaricus

vai abi kopā.

20.01.2015. 53

Govs piena sastāvsGovs piena sastāvs

Ūdens ~ 88 %

Ogļhidrāti (laktoze) 4 - 5 %

Lipīdi (triglicerīdi) 3 - 5 %

Proteīni (kazeīns) 3 - 4 %

Citi savienojumi < 1 %

20.01.2015. 54


Proteīni: kazeīns 75 - 85 % - sarecināmi piena apstrādes gaitā

Pārējiem piena proteīniem (~20%) ir laba šķīdība ūdenī, un tie atdalās kopā ar sūkalām (sūkalu proteīni).

20.01.2015. 55

KazeīnsKazeīns

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.

20.01.2015. 56

KazeīnsKazeīns

Kazeīna proteīniem raksturīgs liels aminoskābes - prolīna atlikumu saturs.

Prolīna atlikumi traucē proteīna otrējās struktūras (-spirāles, -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).

20.01.2015. 57

KazeīnsKazeīnsGovs pienam raksturīgi 4 veidu kazeīna molekulas:

s-kazeīns, s2-kazeīns,

-kazeīns, -kazeīns.

- un -kazeīns veido mazāka izmēra

submicellas, kurās ietilpst arī -kazeīns.

-kazeīns stabilizē micellu struktūru,

šī proteīna negatīvi lādētie pavedieni nāk ārā no micellām un neļauj tām saplūst, apvienoties.

http://openwetware.org/wiki/User:Andy_Maloney/Kinesin_%26_Microtubule_Page

-

-

---

--

- -- -

-

- -

-

-

-

20.01.2015. 58

KazeīnsKazeīns

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.

20.01.2015. 59

KazeīnsKazeīns

Kazeīna micellu apvienošanos (piena sarecēšanu) būtiski pastiprina stabilizējošo -kazeīna molekulu daļēja hidrolīze noteiktos fragmentos.

Enzīms himozīns katalizē peptīdsaites hidrolīzi -kazeīna molekulā starp 105. (fenilalanīns) un 106. (metionīns) aminoskābju atlikumu.

Šī specifiskā hidrolīze izteikti veicina kazeīna micellu apvienošanos - piena sarecēšanu.

20.01.2015. 60

KazeīnsKazeīns

http://www.sigmaaldrich.com/life-science/metabolomics/enzyme-explorer/enzyme-reagents/casein.html

20.01.2015. 61

Himozīns (rennīns)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.

20.01.2015. 62

Himozīns (rennīns)Himozīns (rennīns)

Pašlaik 80-90 % 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.

20.01.2015. 63


Proteīni: kazeīns 75 - 85 % - 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:

-laktoglobulīns un -laktoglobulīns.

20.01.2015. 64

LaktoglobulīnsLaktoglobulīns

2-3% mazgadīgo bērnu novēro alerģiju pret govs piena proteīniem (govs piena proteīnu nepanesamību), kas izpaužas kā gremošanas trakta darbības traucējumi (caureja, vemšana).

-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.

20.01.2015. 65

LaktoglobulīnsLaktoglobulīns

Jaunzēlandē izveidota govs, kura dod hipoalerģisku pienu.

Ar GI metodēm govs genomā ieviests mazo interferējošo RNS (iRNS) veidojošs gēns. No tā transkribētās iRNS nomāc -laktoglobulīna ekspresiju.

Anower J. et al. (2012) Targeted microRNA expression in dairy cattle directs production of β-lactoglobulin-free , high-casein milk. PNAS.

20.01.2015. 66

DārzeņiDārzeņi

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,

20.01.2015. 67

DārzeņiDārzeņi

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.

20.01.2015. 68

KefīrsKefīrs

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.

20.01.2015. 69

KefīrsKefīrs

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..

20.01.2015. 70

KefīrsKefīrs

Raugi - Torula kefir,

Saccharomyces Kefir,

Kluyveromyces lactis.

Taču pie mums pērkamais produkts "kefīrs" nav tas pats, kas vēsturiski daudzus gadu simtus pazīstamais kefīrs.

20.01.2015. 71

KefīrsKefīrs

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).

20.01.2015. 72

KefīrsKefīrs

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.

20.01.2015. 73

Cukurus raudzējošās Cukurus raudzējošās mikroorganismu kopienasmikroorganismu 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.

20.01.2015. 74

Tējas sēneTējas sēne((KombuhaKombuha))

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.

20.01.2015. 75


Tējas izvilkumiem pievieno

cukuru,

sīrupu vai

medu.

Siltā vietā dzēriens nogatavojas 8 dienu laikā.

20.01.2015. 76


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,

20.01.2015. 77

Tējas sēneTējas sēne((Kombuha)Kombuha)

un raugu sēnes:

Saccharomyces ludwigii,

Saccharomyces apiculatus,

Schizosaccaromyces

pombe,

Torula varieties,

Pichia fermantans u.c.

20.01.2015. 78

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.


20.01.2015. 79

20.01.2015. 80

SkābbarībaSkābbarība

- 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.

20.01.2015. 81


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.

20.01.2015. 82


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.

20.01.2015. 83


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).

20.01.2015. 84

Pūšanas baktērijasPūšanas 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.

20.01.2015. 85

Pelējuma, raugu sēnesPelējuma, raugu sēnes

paralēli ierosinātajam pūšanas procesam var izdalīt arī dažādus toksīnus.

Arī tās neaug anaerobos apstākļos, vairumā gadījumu arī skābā vide tām nav pieņemama.

20.01.2015. 86

20.01.2015. 87

Etilspirta rūgšanaEtilspirta 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)

C6H12O6 2C2H5OH + 2 CO2 (2 ATF)

20.01.2015. 88

EtilspirtaEtilspirta rūgšana 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+.

20.01.2015. 89


1. Acetaldehīda veidošanās

OH

|

C=O H

| ===> | + CO2

C=O C=O

| |

CH3 CH3

pirovīnog- acetaldehīds

skābe

20.01.2015. 90


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.

20.01.2015. 91


H H

| |

C=O + NADH+H+ H - C - OH + NAD+

| ===> |

CH3 CH3

acetaldehīds etanols

20.01.2015. 92

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.


20.01.2015. 93

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.


20.01.2015. 94

Pēc tam pievieno maizes rauga (Saccharomyces cerevisiae) kultūru.

Pēc raudzēšanas vidē iegūstama

10 - 15 % etanola koncentrācija.

Lielākas etanola koncentrācijas

raugiem ir kaitīgas.

Pēdējā laikā selekcionētas S. cerevisiae līnijas, kuras var veidot līdz 20% lielu etanola koncentrāciju.


20.01.2015. 95

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.


20.01.2015. 96

Ir pamatā alus darīšanai:

Alus raudzēšanas tanks.

Spirta rūgšanaSpirta rūgšana

20.01.2015. 97

Pēc rūgšanas alu

nedēļu vai vairākas

nedēļas nostādina

un nogatavina.

Paātrinātajās tehno-

loģijās veic tikai

filtrēšanu.

Spirta rūgšana notiek arī vīna gatavošanas laikā.


20.01.2015. 98

Notiek arī raudzējot maizes mīklu, taču šajā gadījumā galvenā nozīme ir rūgšanas procesā izdalītajam CO2, kurš irdina mīklu.

Etanols maizes cepšanas gaitā iztvaiko.


20.01.2015. 99


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.

20.01.2015. 100


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

20.01.2015. 101

Documents

20 12 ./20 13 . mācību gada 2. semestris