معلومة

كيف يتم التحكم في التخمير في المنزل دون الثقافات البادئة؟

كيف يتم التحكم في التخمير في المنزل دون الثقافات البادئة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عند صنع الطعام المخمر في المنزل ، لا سيما تلك المصنوعة دون إضافة ثقافة بادئة ، كيف يمكن للمرء التأكد من أن الأنواع الصحيحة من البكتيريا تقوم بعملية التخمير؟ هل يعود هذا عمومًا إلى خواص الطعام المخمر؟


"الثقافة البادئة" هي مجرد ثقافة الكائنات الحية المفضلة. ربما تختلف قليلاً عن الكائنات البرية المحلية. على سبيل المثال ، خليط من الطحين والماء المتبقي للوقوف (مع الحظ) سوف يتم استعماره بواسطة الخميرة في الهواء مما ينتج عنه ثقافة خميرة صالحة للاستعمال. لا يستلزم التحكم في هذه العملية أكثر من المراقبة بمرور الوقت. تكفي بيئة وطبيعة الوسط للسيطرة على الحشرات التي تستعمره.

تعتمد كل من النسختين الكورية والصينية من الكيمتشي على الرطوبة والحموضة (وربما الملوحة) لتثبيط العفن / البكتيريا غير المرغوب فيها. من الواضح أن هذه العملية ذاتية التحكم ، لكنني أتذكر رؤية فيلم قيل فيه أن عدم إضافة الملح إلى الخليط يمكن أن يؤدي إلى التلف. لاحظ أنه في المقالة المرتبطة ، يقول المؤلف بشكل متعجرف أنه يمكن للمرء أن يكشط أي قالب يتكون من الملفوف ويستمر في عملية التخمير لأن العفن لن ينمو في السائل - وهو خطأ واضح ولكنه ربما "صحيح بدرجة كافية" لعدم التأثير على النتائج.

Aspergillus oryzae يستعمر الأرز ، ويمكن أن يتعرض الأرز الذي يحتوي على نمو Aspergillus لتخمير ثانوي للخميرة ينتج عنه الساكي. يستخدم الإنتاج التجاري مزارع بادئ عالية القيمة لكل من العفن والخميرة ، ولكن من الممكن استبدال أنواع أخرى من الرشاشيات. على سبيل المثال ، يمكن للمرء أن يحفز A. niger على النمو على قشر الحمضيات ، ونقل المستعمرة إلى الأرز. والنتيجة جيدة. لكن في هذه الحالة ، قد يرغب المرء في استبعاد أنواع الرشاشيات المرتبطة بالسموم. لأسباب مماثلة ، يتم أخذ بعض الحذر في أوعية التعقيم المستخدمة لصنع النبيذ.

في أي من هذه العمليات ، هناك احتمال للاستعمار من قبل النباتات الخاطئة. يتم التحكم في الثقافات من خلال محتوى العناصر الغذائية والمناخ ويتم مراقبتها بعناية. على مدى قرون ، ربما كان هناك العديد من الحوادث المؤسفة التي تنطوي على كائنات غير مرغوب فيها. لا يوجد شيء مثل المرض العنيف لإبراز نزاهة العملية.

باختصار ، تكمن السيطرة على التخمير المنزلي في (1) الاحتمال الإحصائي لوجود الكائن الصحيح في البيئة ؛ (2) طبيعة المغذيات والمناخ ؛ (3) خبرة الشخص (الأشخاص) الذي يراقب العملية ؛ و (4) حظ.


كيفية تخمر الخضار

تبدأ الخضراوات المخمرة بتخمير اللاكتو ، وهي طريقة لحفظ الطعام تعزز أيضًا المحتوى الغذائي للطعام. إن عمل البكتيريا يجعل المعادن الموجودة في الأطعمة المزروعة متاحة للجسم بسهولة أكبر. تنتج البكتيريا أيضًا الفيتامينات والإنزيمات المفيدة للهضم.

يمكن تخمير أي خضروات تقريبًا ، كما أن تخمير المنتجات الزراعية الطازجة طريقة رائعة لتوفير تغذية جيدة على مدار العام! قم بتخمير إحدى الخضروات بمفردها أو اصنع مزيجًا من العديد من الأنواع المختلفة ، جنبًا إلى جنب مع الأعشاب والتوابل ، لمجموعة كبيرة ومتنوعة من الأطعمة المزروعة. فيما يلي ما ستحتاجه للبدء.


عمليات التخمير الصناعي | علم الاحياء المجهري

في عمليات التخمير الصناعية ، يحدث النمو الميكروبي وتكوين المنتج على سطح الركائز الصلبة. ومن الأمثلة على هذه التخمير زراعة الفطر ، والأجبان الناضجة بالعفن ، والمزارع البادئة وما إلى ذلك ، وفي الآونة الأخيرة ، تم استخدام هذا النهج لإنتاج الإنزيمات خارج الخلية ، وبعض المواد الكيميائية القيمة ، والسموم الفطرية ، والجراثيم الفطرية (المستخدمة في التحول الأحيائي).

الركائز التقليدية هي العديد من المنتجات الزراعية مثل الأرز والقمح والذرة وفول الصويا وما إلى ذلك. توفر الركيزة مصدرًا غنيًا ومعقدًا للمغذيات التي قد تحتاج أو لا تحتاج إلى تكميل.

تدعم هذه الركائز بشكل انتقائي الكائنات الفطرية التي يمكن أن تنمو بتركيزات عالية من المغذيات وتنتج مجموعة متنوعة من الإنزيمات خارج الخلية ، على سبيل المثال ، عدد كبير من الفطريات الخيطية ، وعدد قليل من البكتيريا (الفطريات الشعاعية وسلالة واحدة من العصيات).

وفقًا للحالة الفيزيائية ، يتم تقسيم تخمير الحالة الصلبة إلى مجموعتين:

(ط) المواد الصلبة منخفضة الرطوبة المخمرة بدون أو مع التقليب العرضي / المستمر ، و

(2) المواد الصلبة المعلقة المخمرة في أعمدة معبأة يتم من خلالها تداول السائل.

عادة ما تكون الفطريات المستخدمة في التخمير الصناعي الصلب هي الهوائية (الجدول 39.5).

تستخدم عمليات التخمير الصناعية الصلبة على نطاق واسع صواني ثابتة أو دوارة. يتم تدوير الهواء المتحكم فيه بدرجة الحرارة والرطوبة من خلال المواد الصلبة المكدسة. تم استخدام مخمرات من نوع الأسطوانة الدوارة بشكل أقل تكرارًا. تقدم التخمير في الحالة الصلبة مزايا فريدة معينة ولكنها تعاني من بعض العيوب المهمة. ومع ذلك ، فإن التطبيق التجاري لهذه العملية لإنتاج الكيمياء الحيوية يقتصر بشكل أساسي على اليابان.

نوع # 2. التخمير اللاهوائي:

في التخمر اللاهوائي ، عادة لا تكون هناك حاجة إلى توفير التهوية. ولكن في بعض الحالات ، قد تكون هناك حاجة للتهوية في البداية لتراكم اللقاح. في معظم الحالات ، يكون جهاز الخلط غير ضروري أيضًا ، بينما في بعض الحالات يكون الخلط الأولي للقاح ضروريًا. بمجرد أن يبدأ التخمير ، يولد الغاز الناتج في العملية خلطًا كافيًا.

يجب استبدال الهواء الموجود في فراغ رأس المخمر بـ CO2، ح2، ن2 أو مزيج مناسب من هؤلاء مهم بشكل خاص للإلزام اللاهوائي مثل المطثية. التخمر عادة ما يحرر ثاني أكسيد الكربون2 و ح2، والتي يتم جمعها واستخدامها ، على سبيل المثال ، CO2 لصنع الثلج الجاف والميثانول ، وللفقاقيع إلى مخمرات ملقحة حديثًا.

في حالة الأسيتوجينات والغازات الأخرى التي تستخدم البكتيريا ، O2- شركة معقمة خالية2 أو غازات أخرى عبر الوسط. تمت زراعة الأسيتوجينات في 400 1 مخمر عن طريق فقاعات ثاني أكسيد الكربون المعقم2 ويمكن حصاد 3 كجم من الخلايا في كل شوط.

لا يتطلب استرداد المنتجات من التخمير اللاهوائي ظروفًا لاهوائية. لكن العديد من إنزيمات هذه الكائنات الحية عالية O2-حساس. لذلك ، عندما يكون الهدف من استعادة هذه الإنزيمات ، يجب حصاد الخلايا في ظل ظروف لاهوائية تمامًا.

نوع # 3. التخمير الهوائي:

السمة الرئيسية للتخمير الهوائي هي توفير التهوية الكافية في بعض الحالات ، تكون كمية الهواء المطلوبة في الساعة حوالي 60 ضعف الحجم المتوسط. لذلك ، فإن المفاعلات الحيوية المستخدمة في التخمير الهوائي لديها توفير للإمداد الكافي من الهواء المعقم الذي يتم تجنيبه عمومًا في الوسط.

بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون لهذه المخمرات آلية لتحريك وخلط الوسط والخلايا.

قد تكون المخمرات الهوائية إما من:

(ط) نوع الخزان المقلوب الذي يتم فيه توفير أو تحريك النمام الميكانيكي الذي يعمل بمحرك

(2) من نوع الهواء و shylift حيث لا يتم استخدام أدوات تحريك ميكانيكية ويتم التحريض بواسطة فقاعات الهواء الناتجة عن إمداد الهواء.

بشكل عام ، تكون هذه المفاعلات الحيوية من الأنواع المغلقة أو الدفعية ولكن مفاعلات التدفق المستمر تستخدم أيضًا مثل هذه المفاعلات توفر مصدرًا مستمرًا للخلايا والقوس مناسبًا أيضًا لتوليد المنتج عند إطلاق المنتج في الوسط.

نوع # 4. تخمر الخلايا المعطلة:

تعتمد عمليات التخمير الصناعية من هذا النوع على الخلايا المجمدة. يكون تجميد الخلية مفيدًا عندما:

(ط) إن الإنزيمات ذات الأهمية داخل الخلايا ،

(2) الإنزيمات المستخرجة غير مستقرة ،

(3) الخلايا لا تحتوي على إنزيمات متداخلة أو يمكن بسهولة تعطيل / إزالة هذه الإنزيمات و

(4) المنتجات عبارة عن مركبات منخفضة الوزن الجزيئي يتم إطلاقها في الوسط.

في ظل هذه الظروف ، تقدم الخلايا المجمدة المزايا التالية على تثبيت الإنزيم:

(ط) ليست هناك حاجة لتنقية الإنزيم ،

(2) ارتفاع نشاط حتى الإنزيمات غير المستقرة ،

(3) الاستقرار التشغيلي العالي ،

(5) إمكانية التطبيق في تفاعلات الإنزيم متعددة الخطوات.

بالإضافة إلى ذلك ، يسمح التثبيت بالتشغيل المستمر للمفاعل الحيوي مما يقلل من حجم المفاعل ، وبالتالي مشاكل التلوث. من الواضح أن الخلايا المعطلة تستخدم لمثل هذه التحولات الحيوية للمركبات التي تتطلب عمل إنزيم واحد.

يمكن تحقيق تجميد الخلية بإحدى الطرق التالية:

(1) قد تكون الخلايا مرتبطة مباشرة بالناقلات غير القابلة للذوبان في الماء ، على سبيل المثال ، السليلوز ، والديكستران ، وراتنجات التبادل الأيوني ، والزجاج المسامي ، والطوب ، والرمل وما إلى ذلك ، عن طريق الامتزاز ، أو الروابط الأيونية أو الروابط التساهمية ،

(2) يمكن أن تكون مرتبطة بشكل متقاطع مع الكواشف ثنائية أو متعددة الوظائف ، على سبيل المثال ، الجلوتارالدهيد وما إلى ذلك.

(3) يمكن استخدام مصفوفات البوليمر لاحتجاز الخلايا ، مثل المصفوفات هي جل بولي أميد ، كاراجينان (عديد السكاريد المعزول من عشب بحري) ، ألجينات الكالسيوم (يتم استخلاص الألجينات من الأعشاب البحرية) ، أوليغومرات بولي جليكول إلخ.


مقارنة الثقافات البادئة الطبيعية والمختارة في تخمير اللحوم والجبن

تمت مراجعة الأدبيات الحديثة حول استخدام الثقافات البادئة في تخمير الطعام.

تعمل المزارع البادئة بشكل عام على تحسين التحكم في التحمض ومسببات الأمراض.

غالبًا ما يتم تحسين الطعم والرائحة ولكن ليس دائمًا.

في العقود الماضية ، أصبح اللقاح الذي يحتوي على أعداد كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة المناسبة ، والمُعرَّف بالمزارع البادئة ، نهجًا معتمدًا على نطاق واسع في إنتاج الأطعمة المخمرة. هنا ، استعرضنا الأعمال الحديثة حول استخدام الثقافات المختارة أو استغلال الجراثيم الأصلية في إنتاج النقانق الجافة ومنتجات الألبان. وجدنا أن الأدبيات العلمية متسقة جيدًا في الإشارة إلى ميزة كبيرة في استخدام الثقافات البادئة المختارة والطبيعية (SSC و NSC) مقارنة بالميكروبات العرضية (AM) من حيث التحمض والصفات الحسية ومقبولية المنتجات النهائية الناضجة ، وكذلك في السيطرة على الكائنات الحية الدقيقة غير المرغوب فيها. على أي حال ، فإن الفهم الشامل للتفاعلات على المستوى البيئي بين السلالات المدخلة والمجتمعات الميكروبية الأصلية يمثل تحديًا يجب معالجته في المستقبل القريب.


تخمير السجق ومزارع البادئ في عصر طرق البيولوجيا الجزيئية

النقانق المخمرة لها تقليد طويل من أوروبا وتشكل جزءًا مهمًا من حمية البحر الأبيض المتوسط. يحتوي هذا النوع من المنتجات على ميكروبيوتا معينة نموذجية للمنطقة أو المنطقة التي يتم إنتاجها فيها. لذلك ، من أجل حماية الجانب التقليدي لهذه المنتجات ، من الضروري فهم البيئة الميكروبية أثناء التخمير من خلال دراسة التغيرات الديناميكية التي تحدث واختيار الثقافات البادئة الأصلية التي يمكن استخدامها في الإنتاج. في هذا البحث نلخص حالة الفن فيما يتعلق باختيار واستخدام الثقافات البادئة والجوانب البيئية للنقانق المخمرة بشكل طبيعي. نحن نولي اهتمامًا خاصًا لتطبيق السلالات الجراثيم لأنها يمكن أن توفر أداة إضافية في الوقاية من مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء بالإضافة إلى تعزيز القدرة التنافسية للكائنات البادئة. تم تحديد البيئة الميكروبية للنقانق المخمرة بالطرق الميكروبيولوجية التقليدية ، لكن إدخال تقنيات جزيئية جديدة في علم الأحياء الدقيقة الغذائي يكمل الدراسات التي أجريت حتى الآن ويسمح للعلماء بالتغلب على قيود الطرق التقليدية. تمثل تقنيات تسلسل الجيل التالي (NGS) تغييرًا في الطريقة التي يتعامل بها علماء الأحياء الدقيقة مع البيئة والتنوع في الأطعمة. في الواقع ، سيسمح تطبيق metataxonomics و metagenomics بفهم مفصل للإيكولوجيا الميكروبية. إن المعرفة الدقيقة بالآليات الكامنة وراء العمليات البيولوجية ستعزز التحكم في تخمير اللحوم وتعديلها للحصول على المنتجات ذات الخصائص الحسية المرغوبة.


النمذجة الحركية لمقال بيولوجيا تخمير النبيذ

إنتاج نبيذ عالي الجودة ، ولكن تظهر مشاكل التخمير في بعض الأحيان.

حدوث تخمير عالق وبطء يمثل مشكلة خطيرة

مما يؤدي إلى فقدان الإنتاجية والجودة. على الرغم من الآلية الدقيقة

مما يؤدي إلى تخمير عالق غير معروف ، وغالبًا ما يرتبط بهما

نسب عالية من الفركتوز إلى الجلوكوز في النبيذ. S. cerevisiae عبارة عن غلوكوفيل

الخميرة ، مما يدل على تفضيلها لتناول الجلوكوز على الفركتوز. كلاهما

يجب أن توجد السكريات السداسية في النبيذ غير المخمر ، في الغالب بتركيزات متساوية.

مع تقدم عملية التخمير ، يتم استهلاك الجلوكوز بمعدل أسرع من

الفركتوز ، مما يؤدي إلى زيادة نسبة الفركتوز إلى الجلوكوز. تركت الخميرة

مع الفركتوز غير المرغوب فيه في المراحل اللاحقة من التخمير ، عندما يكون

يمكن أن تؤدي الضغوط البيئية على الخميرة إلى تخمير عالق أو بطيء.

يمكن أن يؤدي هذا الفركتوز المتبقي إلى حلاوة غير مرغوب فيها ، مثل الفركتوز

حوالي ضعف حلاوة الجلوكوز. حتى مع البحث المكثف في الخميرة

في عملية التمثيل الغذائي ، لا يوجد حتى الآن تفسير ديميني لسبب تخمر الخمائر

الجلوكوز أسرع من الفركتوز.

هدفت هذه الدراسة إلى معرفة الآلية المسؤولة عن الاستهلاك الأسرع

من الجلوكوز فوق الفركتوز من سلالة خميرة النبيذ المستخدمة تجاريًا

S. cerevisiae VIN 13. أول خطوتين لاستقلاب السكر وامتصاصه و

في بداية التخمير ، يجب أن يحتوي العنب غير المخمر على ما يقرب من

كميات متساوية من السكريات السداسية ، الجلوكوز والفركتوز [36]. في حين

يتم تخمير كلاهما بواسطة خميرة النبيذ إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون وغيرهما

المستقلبات ، Saccharomyces cerevisiae تستهلك الجلوكوز أسرع من الفركتوز ،

كونها خميرة الجلوكوفيليك [35]. على الرغم من استخدام الفركتوز مع الجلوكوز ،

يتم استهلاك الأخير بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى التناقض الملحوظ بين

كمية الجلوكوز والفركتوز المستهلكة (تناقض G / F). وبالتالي،

يجب أن يحتوي المخمر عادة على سكر الفواكه أكثر من الجلوكوز كسكر متبقي.

الفركتوز هو أحلى سكر سداسيوز ، ما يقرب من ضعف حلاوة الجلوكوز ،

وبالتالي فإن تأثيره على حلاوة النبيذ هو أكثر وضوحًا

[62 ، 27]. الفركتوز المتبقي هو السبب الرئيسي للحلاوة غير المرغوب فيها في الجفاف

النبيذ الذي يحتوي على نسبة عالية من الفركتوز المتبقي ينتج عنه أيضًا تركيزات أقل من الإيثانول

وزيادة مخاطر التلف الجرثومي للنبيذ. لذلك خميرة النبيذ

مع قدرة أعلى على تخمير الفركتوز تهم صناعة النبيذ.

خلال المرحلة الأولى من التخمير ، تنقسم خلايا الخميرة بنشاط ، و

يؤدي التناقض G / F إلى زيادة التباين في الجلوكوز المتبقي

والفركتوز [15]. نتيجة لذلك ، في المراحل _nal التخمير ، متى

استنفدت العناصر الغذائية ومستويات الإيثانول مرتفعة ، يجب أن تخمر الخميرة

الفركتوز غير المفضل [83 ، 10]. تخمر عالق أو بطيء يحدث تحت

غالبًا ما ترتبط هذه الحالات بارتفاع نسبة الفركتوز إلى الجلوكوز

[17 ، 41]. يُعتقد أن القدرة المنخفضة على استخدام الفركتوز في S. cere-

visiae يساهم في انخفاض معدل التخمير في هذه الحالات [41 ، 84 ، 87].

تخمر المشكلة يدل على خسارة اقتصادية كبيرة للنبيذ العالمي

الصناعة من خلال فترات طويلة من التخمير ونبيذ أقل جودة

على الرغم من أهمية تخمير الفركتوز لصناعة النبيذ ، إلا أن القليل منها

ركزت الدراسات على هذا الموضوع [15]. تحلل السكر هو مادة كيميائية حيوية

المسار الذي يتم من خلاله تحويل الجلوكوز والفركتوز داخل الخلايا

إلى البيروفات ، وهو المسار الرئيسي الذي تستخدمه الخميرة لتقويض السكر.

[42]. قد توجد اختلافات في معدلات تخمر الجلوكوز والفركتوز

إما في النقل التفاضلي لهذه السكريات عبر غشاء البلازما

أو الاختلافات في الفسفرة السداسية التي تحدث داخل

الخلية [43 ، 16]. بعد خطوات النقل والفسفرة ، كل من الجلوكوز (مثل

يتم استقلاب الجلوكوز 6 الفوسفات) والفركتوز (مثل الفركتوز 6 الفوسفات)

عبر نفس المسار. كل من ناقلات hexose و kinases لها خصائص مختلفة

خصائص وتفضيلات الجلوكوز / الفركتوز. على حد علمنا ، فإن

الأساس الجزيئي للاختلاف في استخدام السكر بواسطة S. cerevisiae بشكل عام

في هذه الدراسة ، جرت محاولة لشرح تناقض G / F مع

نموذج رياضي يشتمل على حركية إنزيم بسيطة. الاستراتيجية

يعتمد على نموذج موجود لتحلل السكر في الخميرة على غرار Teusink et al.

[91]. تم تكييف النموذج للتخمير الدفعي والمعلمات الحركية

تم تحديدها تجريبيا. بالإضافة إلى ذلك ، احتجنا إلى إضافة الفركتوز

النقل والفسفرة إلى النموذج. مسار التمثيل الغذائي

من ثنائيات الفركتوز بشكل طفيف عن تلك الموجودة في الجلوكوز. كلاهما يستخدم السداسي

عائلة ناقلة لنقل السكريات إلى الخلية. بعد النقل الجلوكوز

يتحول إلى جلوكوز -6-فوسفات ثم يتحول إلى فركتوز -6.

الفوسفات بواسطة فوسفوجلوكو أيزوميراز ، في حين أن الفركتوز يتم فسفرته مباشرة

إلى الفركتوز 6 فوسفات. كلاهما فسفرته بواسطة هيكسوكيناز 1 و

2 ، والجلوكوز بالإضافة إلى الجلوكوكيناز [6]. للتحقق من صحة النموذج والنموذج

يجب مقارنة _uxes المتوقعة بالتخمير الدفعي الحقيقي للتقييم

فعالية النمذجة مع حركية الإنزيم المقاسة.

يبحث هذا العمل أيضًا في تأثير نوع السكر على عمليات التخمير.

هل يؤثر السكر أو الجلوكوز أو الفركتوز في التمثيل الغذائي أو النمو إذا كان

يجب أن يحتوي النبيذ على واحد فقط من سداسي السكر.

فهم أفضل لآلية تناقض الجلوكوز والفركتوز

قد تساعد في حل المشكلات المرتبطة بمستويات عالية من الفركتوز المتبقي في

_النبيذ. اختيار الخميرة ذات القدرة العالية على استهلاك الفركتوز

مهمة جدًا لصناعة النبيذ لحل المشكلات المرتبطة بها

تخمير عالق أو بطيء.

كان الهدف الأول والأساسي لهذا العمل هو بناء نموذج حركي لتخمير النبيذ

من خميرة النبيذ المستخدمة تجاريًا ، Saccharomyces cerevisiae VIN13.

سيكون النهج محددًا جدًا ، موجهًا إلى الخطوتين الأوليين للجليكول

ysis ونقل السداسي والفسفرة. للتحقيق في الاختلاف في

تم الجمع بين طرق استهلاك الجلوكوز والفركتوز والتقنيات التحليلية

مع النمذجة الحركية بمساعدة الكمبيوتر. قوة هذا النهج

هو في قدرته على تحديد الخطوات الأنزيمية المسؤولة داخل تحلل السكر

للاستهلاك الأسرع لركيزة واحدة على الأخرى. يمكن للنموذج

من المحتمل أن يفسر الاختلاف في بروتوكولات الاستهلاك على أساس بسيط

الثوابت الحركية. يمكن استخدام النموذج بدوره للمساعدة في البناء

من النماذج المستخدمة لفحص الخمائر بالخصائص المرغوبة إلى الأفضل

الهدف الثاني هو فحص عمليات التخمير للتخمير على دفعات

مع نوع سكر واحد فقط كمصدر للكربون. إجراءات التخمير

مع 50٪ جلوكوز و 50٪ سكر فركتوز يمكن مقارنتها بالتخمير مع

إما 100٪ جلوكوز أو 100٪ فركتوز كمصدر وحيد للكربون.

Brie_y ، اشتملت الدراسة على المهام التالية:

. محاكاة تخمير النبيذ مع النبيذ الاصطناعي وتجاريا

خميرة النبيذ المستخدمة في مفاعل حيوي

. قم بتشغيل تخمير النبيذ دفعة واحدة باستخدام الجلوكوز أو الفركتوز كوحدة واحدة

. مراقبة الركيزة وتكوين المنتج أثناء التخمير

. تميز حركيًا خطوات نقل السداسيوز وخطوات الفسفرة

من تحلل السكر مع ركائز مختلفة في فحوصات الإنزيم

. بناء نموذج رياضي لنمذجة تخمير النبيذ والتمييز

بين الجلوكوز والفركتوز كركائز

. تحقق من قدرة النموذج على التنبؤ باستهلاك الجلوكوز والفركتوز

أثناء تخمير النبيذ.

لقد قطعت صناعة النبيذ شوطًا طويلاً منذ بداياتها المتواضعة أكثر من 7

منذ 000 عام. تعد صناعة النبيذ العالمية اليوم سوقًا تنافسية للغاية ،

تمثل صناعة مليار دولار. لقد أمّن الابتكار التكنولوجي

تقدم سريع على العديد من جبهات صناعة النبيذ في العقود القليلة الماضية ، ولكن

صناعة النبيذ لا تخلو من المشاكل. ستقدم هذه المراجعة لمحة موجزة عن

التغيير في التركيز هو البحث عن النبيذ ، مشكلة عالقة وبطيئة

التخمير الذي تواجهه صناعة النبيذ ، وخميرة الخميرة Saccharomyces

الخباز. استخدام سلالة خميرة النبيذ الجيدة له أهمية أساسية بالنسبة

نجاح صناعة النبيذ. مع تركيز هذه الأطروحة على الاختلاف

في عملية التمثيل الغذائي للسداسيوز من الجلوكوز والفركتوز عن طريق نقل خميرة النبيذ

ويتم أيضًا مراجعة خطوة الفسفرة في عملية التمثيل الغذائي. هذا هو الهدف

هذه المراجعة الأدبية لإعطاء نظرة عامة شاملة عن خميرة النبيذ

أهمية أثناء التخمير enological.

ترتبط الخميرة دائمًا بفن صناعة النبيذ القديم. تاريخ ال

يعود تاريخ صناعة النبيذ إلى سبعة آلاف عام ، مع احتمال التخمير الكحولي

أقدم شكل من أشكال تطبيق التكنولوجيا الحيوية للكائنات الدقيقة من قبل البشر ،

وإن كان عن غير قصد [85 ، 79]. فقط في عام 1863 كشف لويس باستور

دور الخميرة أثناء تخمير النبيذ ، مما يثبت أنها كانت الأساس

محفز [6]. استند في عمله إلى الوصف الأول لأنتوني فان ليوينهوك

من خلايا الخميرة الفردية المنشورة في عام 1680 [6]. يتمتع النبيذ اليوم بكل شيء

حول العالم ، تلعب دورًا رئيسيًا في اقتصاديات العديد من البلدان [73].

كان للمنافسة داخل السوق العالمية تأثير زيادة التنوع

والابتكار في صناعة النبيذ ، مع أكثر أنواع النبيذ نجاحًا

تلبية التعريف السائد للجودة

التعريف البسيط للتخمير هو التحول الكيميائي للمنتجات الغذائية

بواسطة الكائنات الحية الدقيقة [10]. بدوره ، التخمير الكحولي هو اللاهوائي

تحويل السكر إلى كحول وثاني أكسيد الكربون.

تعتمد هذه العملية بشكل حصري تقريبًا على الخميرة ، مع أكثرها شيوعًا

الأنواع Saccharomyces cerevisiae ، والمعروفة باسم الخباز أو الجعة أو

خميرة النبيذ. مع العلم أن الخميرة كانت مسئولة عن التخمير

العملية ، يمكن لصانعي النبيذ الآن التحكم في عملية صناعة النبيذ. الخميرة

مع خصائص محسنة يمكن اختيارها للتخمير الكحولي. بواسطة

1890 مفهوم تلقيح تخمير النبيذ بثقافات الخميرة النقية ،

عرض الخصائص المرغوبة ، تم تقديمه بواسطة M ؟؟ ller-Thurgau ، و

تحسنت جودة صناعة النبيذ إلى حد كبير [73]. استخدام لقاح الخميرة النقية

مؤمن على تخمير أكثر سرعة وموثوقية مع خدمة متسقة ويمكن التنبؤ بها

الجودة [73]. يتم تلقيح التخمر إلى حد كبير بسلالة واحدة

يجب أن تضاف الثقافات النقية إلى العنب بعد سحقه بفترة وجيزة [30]. وهذا يضمن

سيطرة أكبر على التخمير مع نتائج مرغوبة ويمكن التنبؤ بها ،

يقلل بشكل كبير من خطر التلف.

خلال السنوات الخمس والعشرين الماضية ، تم إحراز تقدم كبير في التفاهم

الكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء وعلم البيئة والبيولوجيا الجزيئية للخمائر

تشارك في صناعة النبيذ وكيف تؤثر على كيمياء النبيذ والحسية

إضافة خصائص إلى جاذبية المنتج _nal [37]. العملية

الهدف الرئيسي لتطوير سلالات جديدة هو تحقيق نسبة أفضل من 98٪

تحويل السكر إلى كحول وثاني أكسيد الكربون بمعدل مضبوط مع

لا يوجد تطوير لنفحات o _-_ [45]. S. cerevisiae في طليعة

بحث علمي لعقود لكونه كائنًا نموذجيًا للدراسات في علم الوراثة ،

الكيمياء الحيوية وبيولوجيا الخلية [26]. إنها ليست ذات قيمة علمية فحسب ، بل إنها كذلك

لها أهمية اقتصادية هائلة في صناعات الأغذية والمشروبات.

حتى معرفة أبحاث الخميرة كانت تتبع في الغالب نهجًا اختزاليًا ،

تفكيك الأنظمة المعقدة إلى مسارات أصغر قابلة للدراسة [26].

ومع ذلك ، فقد أفسح التقدم التكنولوجي المجال لعصر & quotwhole-genome & quot

على عكس الدراسة المختزلة أحادية الجين (الشكل 2.1) [26]. خارج ال

مزيج من مصادر الجينوم الكامل والنمذجة الحاسوبية ، جديد

انضباط بيولوجيا الأنظمة آخذ في الظهور ، ويتميز بالنمذجة الخلوية

تعمل بطريقة تجعل التنبؤات الواقعية لكيفية عمل الخلية

يمكن إجراؤها في ظل ظروف أو اضطرابات محددة [26]. أن تكون قادرة على

لديك فهم كبير على مستوى الأنظمة لنمو الخميرة والتمثيل الغذائي

المحتملة في سياق صناعي [26]. النماذج الحسابية للجينوم و

أنظمة التمثيل الغذائي متاحة بالفعل في S. cerevisiae ، مع التنظيم

تم تصميم تحلل السكر بواسطة Teusink et al.

S. cerevisiae هو كائن نموذجي ، حيث كان في طليعة الباحثين عن

عقود والآن من أبحاث بيولوجيا النظم [30 ، 26]. صناعة النبيذ على وجه الخصوص

يمكن أن يستفيد بشكل كبير من التطبيقات التي تستخدم في علم الأحياء

البحث o_er ، بسبب تأثير الخميرة على جودة النبيذ وإنتاجه [26].

القدرة على التنبؤ بما ستكون عليه الطفرات المحددة من خلال الاستخدام

من النماذج الحسابية لمسارات التمثيل الغذائي على إنتاج النبيذ يمكن أن تعطي

ترتفع إلى مجموعة من أنواع النبيذ المختلفة من نفس العنب مع سلالات مختلفة من

الخميرة [26]. هذا أمر في غاية الأهمية للبقاء قادرة على المنافسة في العالم

السوق ، حيث يمثل النبيذ صناعة ومستهلكًا بمليارات الدولارات

المطالب والتفضيلات التي توجه السوق. من الأهمية بمكان التفصيل

النبيذ إلى التعريف السائد للجودة. هذا هو الهدف في نهاية المطاف

تزويد الباحثين وصانعي النبيذ بالقدرة على نمذجة سلوك

الخميرة في السيليكو [26]. الهدف النهائي هو تقليل الوقت وتكلفة الإجهاد

التطوير من خلال دمج عدد كبير من التصاميم لتحسين الجودة ،

تمكين صانعي النبيذ من اختيار أو تصميم سلالات جديدة بشكل استراتيجي لتكييفها

نبيذ للمستهلكين [26]. شهدت العقود الماضية تركيز أبحاث النبيذ على

تحديد وإدارة المشاكل في الكروم ومصنع النبيذ. ومع ذلك ، مؤخرا

سنوات تحول الاهتمام إلى تعزيز سمات المنتج وقيمته

إن التركيب الجيني لخمائر النبيذ مفهومة بشكل أفضل بكثير من تلك الموجودة في العنب

[74]. تكون خميرة النبيذ في الغالب ثنائية الصبغة أو اختلال الصيغة الصبغية ، وأحيانًا بولي

بلويد ، مع جينوم صغير نسبيًا وعدد كبير أو كروموسومات.

لديهم أيضًا القليل من الحمض النووي المتكرر وعدد قليل من الإنترونات. سلالات أحادية العدد

يحتوي على 12-13 ميغا قاعدة (mb) من الحمض النووي على 16 كروموسوم خطي ،

مع كل كروموسوم 200-2200 كيلو قاعدة طويلة [73 ، 74]. اعمل من أجل هذا

تم عمل الأطروحة على خميرة نبيذ مستخدمة تجاريًا ، S. cerevisiae VIN13. ال

تم تصميم سلالة S. cerevisiae VIN 13 بواسطة Swiegers [90] بشكل أساسي

التعبير عن جين لياز الكربون والكبريت ، tnaA ، من الإشريكية القولونية ، معروضًا

إطلاق الثيول المتطاير من عصير العنب Sauvignon Blanc. S. cerevisiae

تم أيضًا ترتيب تسلسل الجينوم الخاص به من قبل معهد أبحاث النبيذ الأسترالي

تتمثل أهداف علماء النبيذ في فهم الأعمال الداخلية المعقدة بشكل أفضل

خميرة النبيذ لتتمكن من تطوير طرق أكثر استنارة وابتكارًا للتطوير

سلالات محسنة. مع نماذج رياضية قوية تصف الخلوية

وظائف سيكون من الممكن تصميم وتجربة أداء الخميرة الجديدة

إجهاد في السيليكو ، مما يلغي الحاجة إلى التخمر المكلف والمستهلك للوقت

[29 ، 30]. يمكن أن يؤدي تعقيد النظم البيولوجية إلى التطور

من سلالات الرواية مسعى صعب للغاية. مع استخدام أنظمة بيولوجيا

لفهم استقلاب الخميرة ، هناك إمكانية أكثر دقة

نمذجة عمليات التمثيل الغذائي من أجل التلاعب المستنير بشكل أفضل في النهاية

تحقيق النتائج المستهدفة والمتوقعة.

الهدف الأساسي أثناء صناعة النبيذ هو تحقيق الإدمان الكامل على الكحول

التخمير. ومع ذلك ، فإن هذا ليس دائمًا نتيجة وحدوث

يعتبر التوقف المبكر عن التخمر الكحولي من أكثر المشاكل صعوبة

التي تواجهها صناعة النبيذ. تخمر المشكلة يسبب خسائر اقتصادية

من خلال فقدان مساحة التخمير ، وزيادة مدة التخمير و

فساد الخمور. تتعدد أسباب التخمر المتعثر والبطئ

وأحيانًا يكون من الصعب تحديد وتصحيح. يمكن أن تسبب العديد من العوامل

مشكلة التخمير ، مثل محتوى السكر الأولي العالي ، والفيتامينات أو النيتروجين

نقص (قيود المغذيات) ، درجات الحرارة الزائدة (مرتفعة أو منخفضة) ،

الممارسات التناسلية ، الظروف اللاهوائية ، نسبة عالية من الإيثانول ، حدوث

تلف الكائنات الدقيقة أو المركبات السامة (مبيدات الفطريات أو الإيثانول) ، المفرطة

clari_cation من الأحماض الدهنية الضرورية أو الموجودة أو السامة والتركيزات العالية

من الحموضة المتطايرة تم ربطها جميعًا بالتخمير المتراكم والبطيء

[2 ، 17 ، 18]. لذلك من الصعب جدًا تحديد المشكلة بسبب

عوامل متعددة وإمكانية التفاعلات بين هذه العوامل [2].

الخمور التي تحتوي على نسبة عالية من السكر المتبقي معرضة للتلف الجرثومي

وغير مقبولة للسوق بسبب حلاوة النبيذ. [17] مفرط

يمكن للفركتوز المتبقي على وجه الخصوص أن يضر بجودة النبيذ ،

حيث أن الفركتوز هو ضعف حلاوة الجلوكوز ويضيف إلى حلاوة غير مرغوب فيها

التخمير التينوي عالق ، أو غير مكتمل ، هو تلك التي ، في نهاية

التخمر الكحولي ، اترك محتوى السكر المتبقي أعلى من المطلوب. أ

يتم الوصول إلى التخمير الكامل أو & quotdry & quot عندما تكون مستويات السكر أقل

من 0.4٪ (4 جم / لتر) ، مع تركيزات السكر النموذجية أقل من 0.2٪. بطيئة و

تحتاج عمليات التخمير البطيئة إلى وقت أطول للتخمير حتى تصل إلى الجفاف

التخمر الطبيعي يصل إلى الجفاف في غضون 7 إلى 10 أيام ، بينما التخمر البطيء

يستغرق وقتًا أطول بكثير ، بل أشهر حتى يكتمل [17]. بطيئة أو

وبالتالي يتميز التخمير البطيء بمعدل تخمر منخفض طوال الوقت

التخمير والتخمير العالق بدوره هو الانتهاء السابق لأوانه

التخمير ، مع ترك أعلى من المطلوب من السكر المتبقي في النبيذ يجب [24].

غالبًا ما يكون مصحوبًا بنسبة عالية من الفركتوز إلى الجلوكوز ، فليس من الواضح ما إذا كان

يمكن أن يؤدي طابع الخمائر الغلوكوفيلي إلى تخمير عالق أو ببساطة

يرافقه. تم تسجيل أن نسبة الجلوكوز والفركتوز منخفضة للغاية

(GFR) يمكن أن يؤدي إلى تخمر بطيء أو عالق [41]. عندما تنخفض النسبة

أقل من 0.1 ، مع الفركتوز أعلى بعشر مرات على الأقل من الجلوكوز ، عالق أو بطيئ

يمكن أن يحدث التخمير [41]. يمكن حظر التخمير المشكلة

مع إضافة الجلوكوز لتحسين GFR ، ولكن إضافة الجلوكوز

تحت قيود قانونية صارمة [41].

معدل التخمير هو دالة لإجمالي الكتلة الحيوية القابلة للحياة كذلك

معدل استخدام الخلية الفردية للسكر [67]. عندما يكون النمو محدودًا

حسب العوامل في عصير العنب وموت الخلايا يحدث ، ينخفض ​​استخدام السكر

إلى جانب انخفاض الكتلة الحيوية القابلة للحياة ، مما قد يؤدي إلى تخمر عالق

[17]. يمكن أن يحدث التخمير البطيء أيضًا عند معدل التخمير لكل

يتناقص الخلية مع استمرار ارتفاع الكتلة الحيوية القابلة للحياة [17]. لقد ثبت أن

يرتبط الانخفاض في استهلاك السكر بانخفاض امتصاص السكر

السعة [27 ، 60 ، 65 ، 82 ، 83] ، بينما يظل مسار التحلل الجلدي وظيفيًا

الجلوكوز الحر داخل الخلايا سام لخلية الخميرة وبالتالي معدل السكر

يجب أن يكون الامتصاص منسقًا بعناية مع معدلات استخدام السكر و

الأنشطة الأيضية الأخرى ، لمنع حدوث تراكم إذا _ux من خلال تحلل السكر

تم تخفيض المصب [17 ، 19 ، 27 ، 92]. فقدان نشاط النقل في

الاستجابة للإجهاد البيئي والفسيولوجي هي آليات حيوية للبقاء

[17 ، 58 ، 65 ، 82 ، 83]. ومع ذلك ، فإن عكس هذه الخسارة في النقل

اختلاف الخلية ، وهذا هو سبب صعوبة التخمر المتعثر والبطئ -

كما ذكرنا ، يتم تقليل استهلاك الجلوكوز والفركتوز استجابةً لـ

ظروف الإجهاد المختلفة ، التي تؤثر على تعبير النقل والنشاط ، مع

يتم موازنة معدل دخول السكر إلى خلية الخميرة مع معدل الهدم

[19 ، 11]. من أمثلة حالات الإجهاد هذه: انخفاض درجة الحموضة ، ونقص الأكسجين ، ونقص

التحريض الكافي ، درجات الحرارة القصوى ، وجود مواد سامة ، وجود

من الكائنات الحية الدقيقة الأخرى وعدم توازن الكاتيونات.

تظل صعوبات التخمير مشكلة كبيرة ، مما يزيد من تكاليف الإنتاج.

التخمر الكحولي الذي يتوقف قبل الأوان أو يستمر ببطء شديد يؤدي إلى

_ الخسائر المالية بسبب الاستخدام غير السليم لمساحة التخمير والنبيذ

التلف بسبب المعدل المنخفض أو تطور ثاني أكسيد الكربون الوقائي أيضًا

كمحتوى مرتفع من السكر المتبقي [73]. أهداف عامة لتحسين التخمير

يشمل الأداء زيادة المرونة ومقاومة الإجهاد ، وتحسين المغذيات

امتصاص واستيعاب ، وتعزيز المقاومة للإيثانول والمثبط

المستقلبات ومقاومة السولت والمركبات المضادة للميكروبات والتسامح

لعوامل الإجهاد البيئي

S. cerevisiae هي خميرة مهمة صناعيًا ، لأنها تميل إلى الأداء

التخمير الكحولي حتى في ظل الظروف الهوائية ، والمعروفة باسم Crabtree

e_ect. على الرغم من أن التخمير الكحولي ينتج طاقة أقل من التنفس

عائدات بمعدلات أعلى بسرعة إنتاج الإيثانول مع إعطاء الإيثانول

خميرة النبيذ المتسامحة ميزة تنافسية على الكائنات الحساسة للإيثانول.

أثناء التخمير الكحولي ، يجب استقلاب السكريات السداسية في العنب

البيروفات عبر مسار التحلل ، والذي يتم بعد ذلك نزع الكربوكسيل إلى أسيتالديهيد

و _ اختزلت في النهاية إلى الإيثانول. التحويل النظري أثناء

سينتج عن التحلل السكري جزيئين من الإيثانول وثاني أكسيد الكربون لجزيء واحد

جزيء الجلوكوز أو الفركتوز. ومع ذلك ، سيكون ذلك فقط في حالة عدم وجود

أي نمو وإنتاج للأيضات الأخرى ، مع حوالي 95٪ سكر فقط

تحويلها إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون في تخمير حقيقي. تم تحويل 1٪

إلى مادة خلوية و 4٪ إلى منتجات ثانوية أخرى [73 ، 27].

أبسط نظرة للتخمير الكحولي هي التحول اللاهوائي

من السكريات السداسية في العنب يجب أن يتحول الإيثانول وثاني أكسيد الكربون عن طريق الخميرة

وبعض البكتيريا (الشكل 2.2) [98]. لبدء هذه العملية ، فإن _أول شيء ضروري

خطوة تكسير السكر هي امتصاص السكريات في خلية الخميرة. س.

cerevisiae يستخدم العديد من ناقلات الهكسوز ، والتي تنقل الجلوكوز والفركتوز

من بين السكريات الأخرى ، عن طريق التشتيت الميسر. السكريات الرئيسية في

عصير العنب هو الجلوكوز والفركتوز. يتم تحلل السكروز بواسطة

الانفرتيز في توت العنب ، يتم تصنيعه أثناء عملية التمثيل الضوئي في الكرمة

يترك ، وينتج جلوكوز واحد وجزيء فركتوز واحد [44]. لذلك هم

موجودة في حوالي تركيزات متساوية. من إجمالي الكربوهيدرات

في توت Vitis vinifera ، يتكون 99٪ من الجلوكوز والفركتوز [3]. ال

ومع ذلك ، فإن نسبة الجلوكوز إلى الفركتوز ليست دائمًا 1: 1 ، حيث تتغير أثناء تناول الفاكهة

النضج [88]. في العنب المفرط النضج ، يشكل الفركتوز السكر الرئيسي. في

يسود الجلوكوز التوت غير الناضج ، بينما عندما يصل التوت إلى مرحلة النضج (ناضج

المرحلة) نسبة الجلوكوز / الفركتوز حوالي 1 [48 ، 49 ، 50 ، 52 ، 51].

تحلل السكر هو المسار الرئيسي المستخدم لتقويض السكر بواسطة الخمائر [42]. مع

تركيزات السكر أعلى من 1 ٪ ، يتم تسهيل عملية الهدم فقط عن طريق تحلل السكر ،

عدم دخول دورة حمض الكربوكسيليك [5]. يتكون تحلل السكر من 11

تفاعلات كيميائية متتالية لتحطيم السداسيات إلى البيروفات

لإطلاق الطاقة في شكل ATP [8]

أولاً ، يتم نقل السكريات داخل الخلية عن طريق التشتيت الميسر ، من

حيث يدخل تحلل السكر [60]. يعتمد الاستخدام العلمي للسكريات

على الأليلات الوظيفية للناقلات والإنزيمات الرئيسية حال السكر ، وهي

هيكسوكيناز (HXK) وجلوكوكيناز (GLK) ، أيزوميراز فسفوغلوكوز (PGI) ،

فسفوفركتوكيناز (PFK) ، ألدولاز (FBA) ، ثلاثي فوسفات أيزوميراز (TPI) ،

إنزيم نازعة هيدروجين الغليسرالديهيد -3 فوسفات (TDH) ، كيناز الفوسفوجليسيرات

(PGK) ، طفرات الفوسفوجليسيرات (PGM) ، إنولاز (ENO) وبيروفات كيناز

خميرة النبيذ قادرة على تخمير أنواع مختلفة من السكريات إلى الإيثانول وثاني أكسيد الكربون

تحت الظروف اللاهوائية أو الهوائية [5]. هم اللاهوائية الاختيارية

الكائنات الحية الدقيقة حيث تمتلك المعدات الوراثية لاستقلاب السكريات

الهوائية أو اللاهوائية [27]. وبالتالي يمكن أن تستهلك الخميرة السكريات من خلالها

التنفس والتخمير ، ولكن بتركيزات أعلى من السكر تقريبًا

2 جم / لتر ، S. cerevisiae تحوّل السكريات إلى تخمير كحولي [59]

(انظر الشكل 2.2). يُعرف هذا e_ect باسم Crabtree e_ect. بعد تحلل السكر ،

يتم تحويل البيروفات إلى إيثانول لتجديد NAD + المستهلك أثناء

تحلل السكر وينتج ربحًا صافياً لاثنين من جزيئات ATP [9]. الانزيمات المسؤولة

لهذا التحويل تشمل بيروفات ديكاربوكسيلاز (PDC) والكحول

إن إنتاج الإيثانول ليس هو السبيل الوحيد لتجديد NAD + بالرغم من ذلك

إنه الأهم. المسار البديل هو glyceropyruvic

التخمير ، وتوليد الجلسرين كمنتج طبيعي [75]. على الرغم من استخدامها للتعويض

بالنسبة لـ NAD + de_cit في الخلية ، يتم إنتاجه أيضًا بواسطة الخمائر كملف

حامية ضد الضغوط الأسموزية العالية [75]. بعد الماء والإيثانول والجلسرين

هو المكون الرئيسي الثالث للنبيذ الجاف ، وتتراوح تركيزاته من

بين 6 و 10 جم / لتر ويحسن جودة النبيذ لأنه يمتد إلى الحلويات والفم

تم إجراء محاولات فاشلة لزيادة نسبة السكر في الخميرة بمقدار

الإفراط في التعبير عن الفرد ومجموعات الجينات الحالة للجلوكوز [86]. الإفراط في الإنتاج

من الإنزيمات لم يكن لها تأثير على معدل تكوين الإيثانول ،

مشيرا إلى أن موقع التحكم لمحلل السكر _ux تحت الظروف اللاهوائية

يقع في خطوة الامتصاص ، مع عدم ظهور الخطوات المتبقية

معدل الحد [27]. لذلك ، فإن معدل إنتاج الكحول محدود في المقام الأول

بمعدل امتصاص السكر السداسي ، مع فقدان النقل نحو

نهاية التخمير مما أدى إلى انخفاض إنتاجية الإيثانول [94]. من الواضح أن

يتم التحكم بإحكام في مسار تحلل السكر ، مما يوضح أن استخدام السكر

تم تحسينه بالفعل بدرجة كبيرة مع وجود مجال ضئيل للتحسين.

الجلوكوز والفركتوز هما السكريات المفضلة في S. cerevisiae. عندما يكون الجلوكوز

في الوقت الحاضر ، مجموعة واسعة من الجينات المشاركة في استخدام مصادر الكربون البديلة

يتم قمعها ، ولكن استخدام الفركتوز لا يتم كبحه [31]. الجلوكوز والفركتوز

يمكن أن تستهلك الخميرة في نفس الوقت ، على الرغم من استخدام الجلوكوز

أسرع من استخدام الفركتوز. S. cerevisiae هي خميرة محبة للغلوكوفيل ، تظهر

تفضيل استخدام الجلوكوز. على الرغم من استخدام الفركتوز مع

الجلوكوز ، يتم استنفاد هذا الأخير - أولاً ، مما يؤدي إلى التناقض بين

كميات السكريات المستهلكة أثناء التخمير (الشكل 2.4). هذا التفضيل

ينتج عنه اختلاف في برامج الاستهلاك [35]. وبالتالي فإن

السكر المتبقي المتبقي بعد الانتهاء من التخمر يحتوي على المزيد من الفركتوز

من الجلوكوز. الفركتوز ما يقرب من ضعف حلاوة الجلوكوز ، مع المتبقي

الفركتوز له تأثير أقوى على حلاوة النبيذ والنبيذ

غالبًا ما يتعين على المصنّعين المحتوى بمستويات عالية من الفركتوز المتبقي (& gt2 جم / لتر) ، والمحاسبة

للحصول على حلاوة غير مرغوب فيها في النبيذ الجاف المصقول [15 ، 62]. نية الجافة

النبيذ يحتوي على مستوى السكر المتبقي أقل من 2 جم / لتر. الجلوكوز والفركتوز بسيط

تقليل السكريات ، سواء السكريات الأحادية باستخدام الصيغة التجريبية C6H12O6 ،

ولكن مع هياكل مختلفة. يجب أن يحتوي العنب على تركيز إجمالي للسكر الهكسوز

يمكن أن تتراوح بين 160 و 300 جم / لتر [36]. يجب أن يحتوي العنب عادة على حوالي

كميات متساوية من الجلوكوز والفركتوز ، ولكن التغيرات المناخية الأخيرة آخذة في الازدياد

نسبة الفركتوز بالنسبة للجلوكوز في العنب [47].

يتم إنتاج النبيذ تقليديًا عن طريق التخمير الطبيعي لعصير العنب ،

مع سلالات الخمائر التي نشأت من العنب وبيئة الخمرة (طبيعية

_ora). تضمنت هذه السلالات أجناس Kloeckera و Hansensiaspora و Can-

dida ، Pichia ، وأحيانًا Hansenula ، ينمو خلال المراحل المبكرة من

التخمير ولكن في النهاية يموتون ، تاركين S. cerevisiae لتهيمن على

بقية التخمير [13 ، 38 ، 55]. ومع ذلك ، قد لا يتم إنشاء _ora المرغوبة

أثناء التخمير الطبيعي ، لذلك يتم تلقيح التخمير مع المختار

مزارع الخميرة لضمان تخمير أسرع ويمكن التنبؤ به باستخدام

جودة نبيذ أكثر اتساقًا. التلقيح بسلالة واحدة من S. cerevisiae

سوف تهيمن على التخمير ، وتنافس أنواع الخميرة الطبيعية غير المرغوب فيها

[13]. يتم استخدام أعضاء آخرين من مجموعة Saccharomyces أيضًا في صناعة النبيذ ،

لكن S. cerevisiae مفضل على نطاق واسع لبدء تخمير النبيذ ، _ttingly

المعروفة باسم خميرة النبيذ. عملية التخمير لسلالات بداية مختلفة

أدى إلى تحسينات كبيرة في التحكم في التخمير والجودة.

في الوقت الحاضر ، من الشائع تلقيح عصير العنب بعنصر نشط محدد ،

ثقافة بادئ الخميرة المجففة ، مما يساعد في صنع نمط محدد مسبقًا من النبيذ [74].

يظهر تطور الخميرة أثناء التخمير الكحولي مراحل مختلفة.

تستقلب الخميرة السكريات والمغذيات الموجودة في العنب للحصول على الطاقة

للنمو [27]. خلال الساعات القليلة الأولى ، يجب أن تتكيف الخلايا مع

بيئة جديدة وليس هناك زيادة في عدد الخمائر ، والمعروفة باسم

مرحلة الكمون أو التأخر. في المرحلة الثانية ، مرحلة النمو الأسي أو

مرحلة السجل ، تكيفت الخمائر مع الظروف البيئية وتبدأ

ينمو. يمكن أن تتأثر هذه المرحلة بدرجة الحرارة والأمونيا والأمينو

الأحماض والعناصر الغذائية الأخرى وكذلك الأكسجين [69 ، 56 ، 81]. عدد الخميرة ز

في النهاية تصل إلى المرحلة الثابتة ، حيث تتوقف الخمائر عن النمو بسبب المغذيات

القيود ، مثل النيتروجين (عادة ليس السكر) ، ولكن يمكن أن تظل قابلة للحياة.

عندما تبدأ مرحلة التدهور ، تبدأ الخلايا في الموت بسبب نقص

الفصل الثاني. مراجعة الأدبيات 14

من المغذيات والإيثانول والمواد الأخرى التي يتم إنتاجها أثناء تناول الكحول

التخمير سامة [57]. نجاح التخمير الكحولي يعتمد على

عدد الخميرة القابلة للحياة التي يتم الحفاظ عليها حتى النقطة التي يكون فيها كل

يتم استهلاك السكريات المخمرة [17].

الخطوة الأولى في استقلاب السكر هي نقل السكر عبر البلازما

غشاء في خلية الخميرة. S. cerevisiae قادرة على تحقيق النجاح

معدلات نقل السداسي ، مع تعقيد تنظيم النقل إعادة

_ يصيب العدد الكبير من جينات نقل السكر في الجينوم [54]. هناك

هو مجموعة متنوعة من الجينات الناقلة للسداسي ، تتألف من عائلة ترميز 20

بروتينات مختلفة مرتبطة بنقل السداسي (Hxtp) ، يعتقد أنها متورطة

في النقل والتنظيم [54]. الحاجة إلى مثل هذا العدد الهائل من مماثلة

يمكن تفسير البروتينات الناقلة للسداسيوز من خلال مجموعة واسعة من السكر

التركيزات التي تتعرض لها الخميرة في ظل الظروف الطبيعية. لاعتماد

تتطلب هذه البيئات المتنوعة أن يتم تنظيم الناقلين بشكل متباين ،

مع البروتينات التي لها خصائص فردية محددة والنقل

حركية [77]. أثناء تخمير عصائر الفاكهة ، لوحظت تغيرات جذرية في

البيئة الفيزيائية والكيميائية ، وللحفاظ على نمو الخمائر يجب أن تتكيف

لهذه التغييرات. قد تنخفض تركيزات السكر من 1 م إلى 10. 5 و

التركيب العام للمتغيرات المتوسطة ، ونشاط نقل السكر

يجب أن تستجيب الخلية التي تتوسط في نقل السكر لهذه التغييرات

تقوم ناقلات الهكسوز بنقل الجلوكوز والفركتوز والمانوز بالسلب ،

سهولة التشتيت على طول تدرج تركيز السكر. آليتان امتصاص

تم اقتراحها للخميرة: عالية الجودة وامتصاص منخفض للخميرة ، تعمل

تحت تركيز السكر الخارجي المنخفض والعالي على التوالي [20 ، 21].

هذان نظامان متميزان حركيًا ، مع وجود نظام عالي الجودة

كم من حوالي 1 مم للجلوكوز و 6 ملي للفركتوز ، والأخرى

نظام منخفض a_nity التأسيسي كم يبلغ حوالي 20 مللي مولار و 50 مللي مولار لـ

اثنين من السكريات على التوالي [20]. على الرغم من وجود مكون منخفض a_nity

تم استجوابه من قبل البعض. لقد تم اقتراح أن منخفض a_nity

النقل ليس أكثر من تشتيت السكر عبر غشاء البلازما

أو تمتصه بواسطة مسام غير محددة إلى حد ما [39 ، 40]. إن a_nity من

يبدو أن نظام النقل دائمًا أعلى بالنسبة للجلوكوز مقارنة بالفركتوز ، مع

السرعة القصوى لنقل الفركتوز أعلى بشكل عام من

تسمى عائلة ناقلات الجينات من S. cerevisiae بـ hexose

الجينات الناقلة (HXT) [19 ، 25 ، 54 ، 53]. تتكون عائلة HXT من 18

أعضاء (HXT1 إلى HXT17 و GAL2) مع هوية عالية في تسلسل الترميز

(65٪ - 99٪) يتشاركون الزخارف الوظيفية الشائعة والبنية الثانوية مع

نفس السمات الهيكلية لـ 12 نطاقًا غشائيًا يمتد [19 ، 25 ، 54 ، 60].

هناك أيضًا مستشعران للجلوكوز Snf3p و Rgt2p مرتبطان ارتباطًا وثيقًا

للناقلين. لقد ثبت أن Hxt1-Hxt4 و Hxt6 و Hxt7 هي

ناقلات الهكسوز الرئيسية لنقل الجلوكوز والفركتوز والمانوز

[78 ، 77]. Hxt6 و Hxt7 عبارة عن ناقلات عالية الجودة (كيلومتر 1-2 مم للجلوكوز) ،

يعرض Hxt2 و Hxt4 a_nity الوسيطة (Km للجلوكوز 10 مم) و Hxt1

و Hxt3 هي ناقلات منخفضة a_nity (قيم Km للجلوكوز 100 ملي مولار و30-60

مم ، على التوالي) [77 ، 64]. المنظم الرئيسي للتعبير الجيني HXT هو الجلوكوز

نفسها [19 ، 99 ، 96 ، 97]. يتم تنظيم الجينات عن طريق تحريض الجلوكوز و

قمع الجلوكوز. جينات النقل التي ينظمها تحريض الجلوكوز ليست كذلك

يتم التعبير عنها في غياب الجلوكوز بينما لا يتم التعبير عن الجينات المكبوتة

عند مستويات عالية من الجلوكوز ، ويصبح مكتئبًا عند استنفاد الجلوكوز.

يعتمد التعبير عن بروتينات ناقل hexose عالية الجودة على

وجود hexokinases وجين نشط SNF3 وهو قابل للقمع بواسطة الجلوكوز.

إن الامتصاص المنخفض للقيمة المنخفضة هو عبارة عن تشتيت مُسهل تأسيسي مستقل عن كيناز

عملية [21 ، 22 ، 61 ، 76]. في الوسائط التي تحتوي على تركيزات عالية من السكر والخلايا

تعرض فقط امتصاص منخفض a_nity [66].

أثناء التخمير الكحولي ، أكثر ناقلات الهكسوز ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية

(Hxt1-Hxt4 و Hxt6 / 7) ، مع قبول كل من الجلوكوز والفركتوز كركائز ،

لها أنماط تعبير مميزة [77 ، 72]. لا يقتصر الأمر على اختلافهم

الخصائص الحركية ، ولكن أيضًا في أنماط التعبير [100]. خلال الكحول

تواجه خميرة التخمير بيئة متغيرة باستمرار ، مع تركيزات السكر

تنخفض وزيادة محتوى الإيثانول. طوال فترة التخمير

تتكيف الخميرة مع تعبير الناقل السداسي لضمان النقل الأمثل للسداسي

فيما يتعلق بالظروف البيئية والفسيولوجية [63]. انها

الموجات الحاملة منخفضة a_nity Hxt1 و Hxt3 التي تلعب دورًا سائدًا أثناء التخمير.

يتم التعبير عن Hxt1 في بداية التخمير لضمان الأولي

امتصاص السكر خلال مرحلة النمو ، في حين يتم التعبير عن Hxt3 في جميع أنحاء

التخمر ، مع أقصى تعبير عند نقطة توقف النمو ، متناقص

خلال المرحلة الثابتة. حاملات a_nity العالية Hxt6 و Hxt7 هي

معبرًا عنه في نهاية التخمير الكحولي مع Hxt2 المتضمن في النمو

يؤثر امتصاص السكر وامتصاصه على أداء التخمير للمزارع البادئة.

يبدو أن امتصاص السكر يحد من الاستخدام الكامل للسكر أثناء تناول السكر.

الكاتيون وتتأثر بعوامل مثل تركيز الإيثانول والنيتروجين

توافر [74]. من الأهمية بمكان أن تكون سكريات العنب علمية

تستخدم من قبل بكتيريا S.cerevisiae مع معدل سريع من حال السكر بالاعتماد على وظيفية

أليلات من إنزيمات حال السكر [73]. الناقلات السداسية ، كلاهما

منخفض a_nity و a_nity العالية ، يلعبان أدوارًا مهمة أثناء مسار التخمير

[63]. نظرًا لأن خميرة النبيذ محبة للجلوكوفيل ، فقد يكون ذلك ممكنًا

الإفراط في التعبير عن الناقلات مع ناقلات خاصة بالفركتوز (من

الخمائر المحبة للفركتوفيل مثل S. pasteurianus و Zygosaccharomyces bailii) سوف

تساعد في التخفيف من حدوث التخمير العالق [74].

في دراسة أجراها Guilaume et al. [43] وجد أن HXT3 متحور

استخدام الأليل المعزز للفركتوز في S. cerevisiae. التعبير عن الأليل

وحده زيادة استخدام الفركتوز أثناء التخمير ومحلل السكر

_ux يزداد مع زيادة التعبير عن الجين الطافر. أظهر هذا العمل

أنه من الممكن تغيير نمط استخدام الفركتوز أثناء

التخمير وأهمية ناقل السداسي في تحديد

نسبة استخدام الجلوكوز / الفركتوز.

بعد نقل الجلوكوز والفركتوز إلى الخلية يتم فسفرتها بسرعة

بواسطة عائلة إنزيمات hexose kinase في الجلوكوز 6 فوسفات و

الفركتوز 6 فوسفات على التوالي [42]. هذه هي الخطوة الأولى التي لا رجعة فيها لتحلل السكر

[32]. التحلل السكري عبارة عن سلسلة من 11 تفاعل كيميائي تتكسر

السداسيات عالية الطاقة لإطلاق طاقة جيبس ​​الحرة على شكل ATP [7].

يستخدم هذا التفاعل الأول ATP وهو مهم في الحفاظ على خلو الخلايا

تراكيز سكر منخفضة (2.5 لتر) مما يساعد على النقل المستمر للسكريات

في الخلية [80]. عائلة hexokinases في S. cerevisiae هي الجلوكوكيناز

(Glk1) و hexokinase 1 (Hxk1) و hexokinase 2 (Hxk2) [80]. يمكن لـ Glk1 الفسفوريلات

الجلوكوز ، حيث يستطيع كل من نظيرتي الإنزيم Hxk1 و Hxk2

الجلوكوز فسفوريلات وكذلك الفركتوز [32]. يشترك Hxk1 و Hxk2 بدرجة عالية

من التماثل (77 ٪ من الأحماض الأمينية المتطابقة) مع الجلوكوكيناز أقل من

40٪ مطابقة لأي منهما. يتواجد هيكسوكينازات في الجلوكوز / الفركتوز

التفضيل على الرغم من درجة تشابه التسلسل العالية. Hxk1 لديه أعلى

Vmax مع الفركتوز فوق الجلوكوز (ثلاثة أضعاف) ، في حين أن Hxt2 أعلى قليلاً

Vmax للجلوكوز من الفركتوز [14 ، 33]. قيمة Hxk1 للجلوكوز (Km =

0.12 مم) أعلى من الفركتوز (كم = 1.5 ملي مولار) ، مع وجود Hxk2 أيضًا

a_nity أعلى للجلوكوز (كم = 0.25 ملي مولار) من الفركتوز (كم = 1.5 ملي مولار)

أثناء المرحلة الأولى من التخمير ، عندما تنمو الخلايا ، يتم التعبير عن HXK2

هو أعلى. في المرحلة الثانية ، حيث يكون نمو الخلايا أقل بكثير ،

ينخفض ​​تعبير HXK2 ويزداد تعبير HXK1 و GLK1 [93].

يتبع التحويل إلى الجلوكوز 6 فوسفات التحويل إلى الفركتوز-

6-فوسفات بواسطة فسفوجليك أيزوميراز (PGI). جميع خطوات التفاعل اللاحقة

متطابقة في استقلاب الجلوكوز أو الفركتوز. لذلك هناك اثنان فقط

خطوات في مسار التخمير ، أي النقل والفسفرة ، في

ما الاختلافات التي يمكن أن تفسر التناقض في استهلاك الجلوكوز / الفركتوز.

يعد مسار تحلل السكر أحد أفضل مسارات التمثيل الغذائي المفهومة في

الكيمياء الحيوية. لقد تمت دراستها على نطاق واسع ، وخطواتها الفردية بشكل جيد

موصوفة ومميزة. ومع ذلك ، عند النظر إليها على أنها مسار متكامل

من عدة خطوات ، فإن فهمنا يترك الكثير مما هو مرغوب فيه [46]. مرتب

لاكتساب فهم أفضل لتحلل السكر ككل ، فإن العديد من نماذج

تم بناء تحلل السكر في S. cerevisiae [46]. معظم هذه النماذج

استخدام _tting البيانات التجريبية لنمذجة تحلل السكر ، وبالتالي وصف

نظام التمثيل الغذائي فيما يتعلق بالظروف التي تم فيها جمع البيانات

[91]. هذا يضع قيودًا شديدة على هذه النماذج لأنها قادرة فقط

لوصف النظام في ظل الظروف المقاسة.

يمكن تحقيق نظرة ثاقبة في تحلل السكر ككل من خلال النمذجة من خلال الوصف

مسار كامل من الناحية الكمية. تم إنشاء هذا النموذج من قبل

تيوسينك وآخرون [91]. وهي تختلف اختلافًا كبيرًا عن الطرز الأخرى لأنها تستخدم في المختبر

البيانات الحركية المقاسة لوصف تحلل السكر ولم يتم ربطها بالملاحظة

سلوك المسار. كان الهدف من نموذج Teusink هو اختبار ما إذا كان ملف

يمكن وصف نظام الجسم الحي من حيث الخواص الحركية المحددة في المختبر لـ

مكوناته الفردية. تهدف معظم أوراق النمذجة إلى وصف التمثيل الغذائي

السلوك دون الرجوع إلى الآليات الجزيئية. حركية مبسطة

يتم استخدام المعادلات وثوابت المعدل _tted حتى يقوم النموذج بإعادة إنتاج

السلوك المرصود للمسار. بالنسبة لنموذج Teusink ، حركية الإنزيم

تم تحديدها تجريبياً من نفس مصدر الخميرة تحت نفس المصدر

الشروط مع الامتناع عن تعديل المعلمات للحصول على أفضل _t.

ومع ذلك ، فإن هذا النهج له مجموعة خاصة به من النزاعات لاستخدام الخصائص الحركية

مصممة في المختبر لنمذجة سلوك الخلية الحية. الشروط

في الخلية الحية قد تكون مختلفة جدًا عن ظروف أنبوب الاختبار [70].

أما بالنسبة للتنظيم ، فإن نشاط الإنزيمات التي تتحكم فيها المستقلبات المنتجة

يمكن التغاضي عن أي مكان آخر في الخلية ، وعادة ما توجد الإنزيمات في de_ned

قد تكون الحجيرات مقسمة إلى أجزاء فرعية بسبب ارتباطها بهياكل أخرى

مثل الأغشية والهيكل الخلوي أو الإنزيمات الأخرى [70]. تركيز

الإنزيمات هي أيضًا أعلى بكثير في الخلية الحية منها في تجربة أنبوب الاختبار.

علاوة على ذلك ، يجب الحصول على جميع البيانات الحركية التي سيتم استخدامها بموجب نفس البيانات

يمكن أن تكون النمذجة الرياضية لمسارات حال السكر أداة مهمة في

هندسة التمثيل الغذائي. هندسة التمثيل الغذائي هي التحسين المستهدف

الخصائص الخلوية التي تحققت من تفاعل التحليل النظري ، بالاعتماد

على المعلومات البيوكيميائية ، وتطبيق التحسين الوراثي

والعمليات التنظيمية من خلال الهندسة الوراثية [4]. إنها تستخدم ملف

نهج عقلاني وموجه لا يمكن القيام به إلا من خلال فهم عميق

للنظام الخلوي المعني. الهدف النهائي لعملية التمثيل الغذائي

الهندسة هي زيادة إنتاج المواد القيمة أو المستهدفة على

مقياس صناعي بطريقة فعالة من حيث التكلفة.

النماذج الحركية مبنية على وصف خطوات التفاعل الفردية في الداخل

طريق. تستخدم خصائص الإنزيم لوصف السلوك الحركي.

تُستخدم المعادلات الحركية ذات المعلمات الحركية لبناء تفاضل عادي

المعادلات (ODE's). يمكن بعد ذلك دمج ODE مع مرور الوقت للنموذج

التغيرات في تركيزات المستقلب. ناتج هذه النماذج الرياضية

إعطاء تغييرات في تركيزات المستقلب بمرور الوقت فيما يتعلق بالكيمياء الحيوية

نما S. cerevisiae من مخزونات الجلسرين المحفوظة في درجة حرارة -80 درجة مئوية عن طريق خطوطها

على أطباق أجار YPD (2٪ جلوكوز ، 2٪ أجار ، 2٪ مسحوق ببتون ، 1٪ خميرة

مقتطف). حضنت صفائح YPD عند 30 درجة مئوية لمدة _ 48 ساعة قبل الطوائف المفردة

تم اختيارهم للنمو في الوسائط السائلة. نمت ما قبل الثقافات في سائل YPD

الوسائط (2٪ جلوكوز ، 2٪ مسحوق ببتون ، 1٪ خلاصة الخميرة) في أقنعة إرلنماير

على حاضنة تهتز (30 درجة مئوية ، 125 دورة في الدقيقة). كثافات الخلايا في المستنبت

تم تحديد الطيف الضوئي عن طريق قياس الكثافة الضوئية (OD) عند

لوصف تخمير النبيذ الكحولي ، تخمير دفعة صغيرة الحجم

تم استكمالها بسلالة خميرة النبيذ S. cerevisiae VIN 13 على النبيذ الاصطناعي

يجب أن MS300. نمو الخميرة وكذلك الاستهلاك والإنتاج

تم رصد بروز تحت ظروف التخمير على دفعات. لقد كان هذا

تم إجراؤه باستخدام قراءات OD600 للنمو وجهاز Chromotography السائل عالي الأداء

(HPLC) عينات _uxes التمثيل الغذائي. كانت قراءات الكتلة الحيوية أيضًا

مدرج للحصول على علاقة بين OD والوزن الجاف. الاستهلاك

من الجلوكوز والفركتوز وكذلك إنتاج الإيثانول والجلسرين

مصممة مع HPLC. لمحاكاة التخمير الخمري ، تكوين السكر

يجب أن يتكون النبيذ الصناعي من 50٪ جلوكوز و 50٪ فركتوز

(50/50 تخمير). تم الانتهاء من تخمرين 50/50 وتم إنتاجهما.

يجب استخدام النبيذ الصناعي MS300 (20٪ وزن / حجم سكر هكسوز) كمتوسط

لمحاكاة عصير العنب القياسي للتخمير على دفعات [12]. المتوسط

تم الحصول على التكوين من معهد التكنولوجيا الحيوية للنبيذ ، ستيلينبوش

جامعة جنوب افريقيا. احتوت على المكونات التالية

(معبرًا عنه لكل لتر): جلوكوز 100 جم ، 100 جم سكر الفواكه ، حمض الستريك 6 جم ، D-L ماليك

حمض 6 جم ، أملاح معدنية (مجم): KH2PO4 750 ، KH2SO4 500 ، MgSO4 _ 7H2O 250 ،

CaCl2 _ 2H2O 155 ، NaCl 200 ، MnSO4 _ H2O 4 ، ZnSO4 4 ، CuSO4 _ 5H2O 1 ، فيتامينات

(ملغ): ميو-إينوزيتول 20 ، حمض النيكوتينيك 2 ، بانثوثينات الكالسيوم 1.5 ، الثيامين

هيدروكلوريد 0.25 ، بيريدوكسين هيدروكلوريد 0.25 ، بيوتين 0.003 ، لاهوائي

عوامل النمو: إرغوستيرول 15 مجم ، أوليات الصوديوم 5 مجم ، توين 80 0.5

مل ، مصدر النيتروجين: 120 ملجم / لتر نيتروجين الأمونيا (NH4Cl 0.46 جم) و

الأحماض الأمينية (ملغ): L- برولين 612.61 ، L- ألانين 145.30 ، L- حمض الجلوتاميك 120.43 ،

L- سيرين 78.54 ، L- ثريونين 75.92 ، L- ليسين 48.43 ، L- حمض الأسبارتيك 44.51 ، لفالين

44.51 ، L-phenylalanine 37.96 ، L-isoleucine 32.73 ، L- هيستيدين 32.73 ، Lmethionine

31.42 ، L- التيروزين 18.33 ، L- جلايسين 18.33 ، L- ليسين 17.02 ، L- سيستين

13.09.للتخمير باستخدام سكر سداسي واحد فقط كمصدر للكربون ، إجمالي

كانت تركيزات السكر إما 200 جم / لتر جلوكوز (تخمير الجلوكوز بنسبة 100٪)

أو 200 جم / لتر من الفركتوز (تخمير الفركتوز بنسبة 100٪). لتخمير طبيعي بنسبة 50/50 ،

كانت التركيزات 100 جم / لتر جلوكوز و 100 جم / لتر فركتوز.

تم إجراء تخمير دفعة في مفاعلات BioFlo 110 لتر واحد (نيو برونزويك)

عند 30 درجة مئوية ، 100 دورة في الدقيقة ، لاهوائية ، حتى يتم استنفاد جميع السكريات المخمرة ، وتتراوح

بين 50 و 100 ساعة. تمت مراقبة نمو الخلية بقراءات OD

تم استخدام YPD قبل الثقافة لتلقيح الوسائط الاصطناعية المخففة MS300 (50٪

ماء ، 50٪ وسط). نمت الخلايا إلى منتصف المرحلة الأسية (OD 600 بين

4 و 6) في YPD قبل تلقيح الثقافات البادئة الاصطناعية المخففة

مع OD600 = 0.1 (0.83- 2.5ml) ونمت في Erlenmeyer _asks (الحجم 50-

100 مل). نمت الخلايا مرة أخرى إلى المرحلة الأسية المتوسطة (OD 600 بين 4

و 6) وتستخدم لتلقيح المفاعل الحيوي إلى OD ابتدائي من 0.1 (13.3-20 مل).

كانت أحجام الوسائط الاصطناعية 800 مل في المفاعلات الحيوية.

من أجل متابعة استهلاك السكر وإنتاج الإيثانول والجلسرين

المعدلات ، يجب تحديد تركيزات المستقلب الخارجي طوال المدة

من التخمير. تم استخدام HPLC لتحديد التركيزات. ل

تم أخذ عينات من HPLC ، 2 مل من المفاعل الحيوي طوال فترة التخمير.

تم طرد العينة (14000 دورة في الدقيقة ، 5 دقائق ، 4 درجات مئوية) بعد ذلك

تم نقل 1.8 مل طاف إلى أنبوب جديد. حمض البيركلوريك (35٪) كان

تمت إضافة (108.9 _l) وتخزينها في درجة حرارة -20 درجة مئوية لاستخدامها لاحقًا. عندما تكون جاهزة ، كانت العينات

يذوب ويضاف هيدروكسيد البوتاسيوم (7 م) (99 _ لتر) ويحفظ على الثلج لمدة 10

الدقائق. بعد الطرد المركزي (14000 دورة في الدقيقة ، 5 دقائق ، 4 درجة مئوية) كان طاف

_ltered (Hydrophilic PVDF 0.45 _m Millipore millex-HV _lters) وتستخدم ل

HPLC (عمود Aminex HPX-87H من Biorad ، 65 درجة مئوية ، المرحلة المتنقلة 0.01 ن

تم فحص ما إذا كان نوع السكر له تأثير على عمليات التخمير.

تم ذلك عن طريق تغيير تركيبة السكر في النبيذ يجب أن تكون إما فقط

الجلوكوز أو الفركتوز كمصدر وحيد للكربون أثناء التخمير الكحولي.

تخمير دفعة مع 100٪ جلوكوز (100٪ تخمير جلوكوز) و 100٪

تم إجراء الفركتوز (تخمير الفركتوز بنسبة 100٪) في نسختين وبروليد

بنفس طريقة التخمير الطبيعي.

أسفرت المؤلفات عن معلمات حركية لخطوات النقل والفسفرة

ل S. cerevisiae في ظروف مختلفة. [مراجع] لهذه الدراسة المعلمات الحركية ل

تم تحديد امتصاص السكريات عبر غشاء البلازما باستخدام الكائنات الحية

الخلايا. تم تحديد المعلمات الحركية للفسفرة في المختبر باستخدام الخلية

تم إجراء فحوصات امتصاص الجلوكوز والفركتوز كما وصفها Walsh et al.

[95] من طريقة Bisson Fraenkel الأصلية [20]. نمت الخلايا فيها

وسائط النبيذ الاصطناعية MS300 (50٪ جلوكوز ، 50٪ فركتوز) إلى متوسط ​​الأسي

مرحلة النمو (OD600 بين 5 و 6) في Erlenmeyer _ مهام في شاكر دوار

(30 درجة مئوية ، 125 دورة في الدقيقة). تم طرد الخلايا المستنبتة ، عادة 200 مل من المزرعة ، بالطرد المركزي

(5000 دورة في الدقيقة ، 5 دقائق ، 4 درجات مئوية) في أنابيب 50 مل ، يتم التخلص من المادة الطافية وتعليقها

في بوير فوسفات البوتاسيوم 100 ملي (درجة الحموضة 6.5). تم تكرار خطوة الغسيل هذه

مرتين. تم بعد ذلك إعادة تعليق الحبيبات في bu_er إلى حجم نهائي قدره 1 مل.

تم أخذ قراءات الكتلة الحيوية للخلايا المزروعة في وسط اصطناعي. أحجام

20 مل ترشح على مليبور لتر (تجفف وتزن) وتشطف بمادة

الماء ، وتجفف في مجفف لمدة يومين قبل وزنها.

تم قياس الامتصاص بتركيزات الجلوكوز والفركتوز التي تتراوح من 1.25

إلى 120 ملي مولار في حجم اختبار القياس (نشاط إشعاعي محدد ، 111 غيغابايت كسل_مول. 1 إلى

1،156 غيغابايت q._mol. 1). خليط موسوم إشعاعيًا (10 _ لتر) وخلايا خميرة (30 _ لتر)

تم تحضينها مسبقًا عند درجة حرارة الفحص (30 درجة مئوية) ثم خلطها وتحضينها

لمدة 5 ثوانٍ (تقاس بساعة التوقف). تم إنهاء امتصاص الخلايا للسكريات

عن طريق التبريد باستخدام 15 مل من فوسفات البوتاسيوم 100 ملي مولار (درجة الحموضة 6.5)

يحتوي على 500 ملي سكر غير موسوم (سواء الجلوكوز أو الفركتوز) محفوظ في درجة حرارة

أقل من -5 درجة مئوية على خليط الملح والثلج. تم جمع الخلايا على مرشحات بامتداد

15 مل محلول تبريد إضافي. تم نقل المرشحات إلى التلألؤ

قوارير تحتوي على 5 مل التلألؤ _ تم قياس النشاط الإشعاعي مع a

عداد وميض السائل. تتألف السيطرة من السكر المسمى يضاف إلى

محلول التبريد في نفس الوقت مع خلايا الخميرة.

تم إجراء كل تجربة تركيز سكر في ثلاث نسخ. اثنان من التجارب

أجريت مع عينات مأخوذة من مزارع الخلايا من دفعة واحدة

التخمير ، وتخمير واحد مع الخلايا المستنبتة من تخمير مختلف.

كانت hexokinases (hexokinase 1 و hexokinase 2 و glucokinase) حركيًا

تتميز من حيث قيمتها ومعدلها الأقصى لكل من الجلوكوز

والفركتوز كركيزة. تم تحليل إنزيمات iso الثلاثة معًا و

وبالتالي فإن المعلمات المحددة هي المتوسطات الموزونة للكينازات الفردية.

تمت زراعة الخلايا في وسط YPDF (1٪ جلوكوز ، 1٪ فركتوز ، 2٪ مسحوق ببتون ،

1٪ مستخلص الخميرة) ، عادةً 100 مل من حجم الثقافة ، إلى منتصف الأسي

المرحلة وتدور لأسفل (5 دقائق ، 5000 دورة في الدقيقة ، 4 درجة مئوية) على جهاز طرد مركزي. كريات الخلية

تم تعليقه في 2 مل مستخلص يحتوي على 20 ملي مولار KH2PO4 (الرقم الهيدروجيني 7)

و 1 ملي PMSF المحضرة حديثًا (مثبط الأنزيم البروتيني ، المخزون: 0.1 M PMSF in

DMSO). تم تحضير حبات زجاجية (0.25 - 0.55 مم) بالتنظيف طوال الليل في

5.8 م حمض الهيدروكلوريك ويغسل 5 مرات في H2O ويجفف طوال الليل عند 30 درجة مئوية. غرام واحد

تمت إضافة حبات الزجاج النظيف إلى 1 مل من معلق الخلية. كانت العينات

دوامة لمدة 30 ثانية وظل على الجليد لمدة 30 ثانية بالتناوب لمدة 8 دورات.

تم طرد العينات بعد ذلك (10 دقائق ، 14000 دورة في الدقيقة ، 4 درجة مئوية) وطاف

أبقى على الجليد لفحوصات الإنزيم. تم إجراء فحوصات في Bu_er المقايسة

تحتوي على أنابيب (50 ملي مولار) ، بوكل (0.1 م) ، MgSO4 (5 ملي مول) و KH2PO4 (50

مم). تم ضبط الأس الهيدروجيني على 7. تم إجراء فحوصات إنزيم مرتبط بـ NADP / NADPH

لتحديد قيم Vmax و Km لخطوة hexokinase لأي منهما

الجلوكوز أو الفركتوز كركيزة. تم إجراء الاختبارات في OD340 في 96

ألواح الآبار (Greiner bio-one _في الألواح الدقيقة السفلية) على مقياس طيف ضوئي

(قارئ صفيحة ميكروسكوبية VarioSkan ، شركة Thermo Electron). كان Hexokinase

يقاس بـ 2 ملي NADP ، 1.5 ملي ATP ، 2.8 يو / مل جلوكوز 6-فوسفات ديهيدروجينيز

(G6PDH) وتركيزات الركيزة الجلوكوز تتراوح بين

0-10 ملم. للفركتوز كركيزة بتركيزات تتراوح بين 0-10

مم ، تمت إضافة 2 U / ml PGI. تم عمل جميع الكواشف وتخفيفات الإنزيم

تم تحديد تركيزات البروتين في الخلية المحللة باستخدام برادفورد

طريقة [28]. تم تكييف البروتوكول للاستخدام في 96 لوحة جيدة ، حيث

تمت إضافة 190 _L من كاشف برادفورد إلى 5 _ لتر من العينة أو المعيار وحضنتها

لمدة 15 دقيقة قبل قراءة الامتصاصية عند 595 نانومتر. المعيار

كان منحنى معايرة BSA في حدود 0-1 مجم / مل.

لكل تركيز ركيزة ، تم تحديد معدلات التفاعل القصوى الأولية

خلال مدة لا تقل عن دقيقة واحدة باستخدام منحدر المعدل الأقصى

(R2 & gt 0.90) وصيغة الانقراض لـ NADPH (6.22 لتر .1 مول .1 سم. 1)

مع قانون بير لامبرت. طول مسار حجم عمل المقايسة 100 _l

تم أخذها لتكون 3.0419 ملم [71]. عن طريق التآمر على تركيز الركيزة

مقابل المعدلات القصوى المقابلة وتطبيع لتركيز البروتين ،

تم الحصول على منحنى. تم تحليل المنحنى باستخدام الانحدار غير الخطي ،

Michaelis-Menten ، للحصول على قيم الربط و Vmax.

تهدف النماذج الحركية إلى أن تكون تمثيلات افتراضية للتفاعلات المحفزة بالإنزيم

من الخلايا الحية ، وإعادة إنتاج التمثيل الغذائي في السيليكو. هذا إنجاز

من خلال بناء نظام من المعادلات التفاضلية المترابطة وفقًا لـ

خصائص المسار وإنزيماته.

تم وصف تخمير النبيذ من خلال بناء نموذج حركي.

بالنسبة لهذا المشروع ، تمت إعادة نموذج سابق لنمذجة الامتصاص بشكل منفصل

من الفركتوز والجلوكوز وليس ككيان واحد. يهدف النموذج إلى أن يكون

قادرة على حساب التباين في استهلاك السكريات.

لامتصاص hexose وخطوات الفسفرة hexokinase كانت قيم تجريبيا

تحدد بالجلوكوز أو الفركتوز كركائز. حركية أخرى

تم أخذ المعلمات من العمل السابق بواسطة Teusink و Van Nuland و Abrie

[91 ، 68 ، 1]. تم إنشاء النموذج الحركي في Wolfram Mathematica 8.0.

يعد التحقق من صحة النموذج جزءًا مهمًا من النمذجة الحركية. شيد

يستخدم النموذج معلمات الإنزيمات التي تم وصفها بمعزل عن

توقع استهلاك وإنتاج بعض الأيضات بمرور الوقت

مدى التخمير دفعة. من خلال مقارنة القيم المتوقعة

مع استهلاك وإنتاج الدُفعات المحددة تجريبياً

_uxes ، يمكن للمرء أن يختبر بشكل نقدي ما إذا كانت الآلية المقترحة يمكن أن تشرح

ومع ذلك ، فإن هذا النموذج ليس عامًا تمامًا ، حيث يحتاج إلى مدخلات محددة للنمو

معدلات وحجم الخلية وتركيزات المستقلب في نقطة زمنية معينة من

التخمير. يتم تحديد هذه القيم المتغيرة تجريبية أثناء الدُفعة

في هذا الفصل نتائج التحقيق التجريبي والنمذجة

يتم تقديم تخمير النبيذ. يتم عرض النتائج في ثلاثة أجزاء من النبيذ

التخمير وتقدير المعلمات الحركية والنمذجة الرياضية.

في المجموع ، يجب أن يتم تخمير ست دفعات مع النبيذ الصناعي ، بتلقيح S.

cerevisiae VIN 13. أثناء تخمير النبيذ ، الكتلة الحيوية

وتم قياس تركيزات المستقلب الخارجي.

في عصير العنب ، يوجد الجلوكوز والفركتوز بتركيزات متساوية. ال

التخمر بنسبة 50/50 مع 100 جم / لتر من الجلوكوز و 100 جم / لتر من الفركتوز بمثابة منتجنا

شرط مرجعي. تم الانتهاء من عمليتي تخمير على دفعات 50/50 وتمييزها

مثل التخمير 1.1 والتخمير 1.2

تم رصد نمو خلايا الخميرة أثناء التخمير بالكثافة البصرية

قياسات. تم ربط منحنى أسي بالبيانات التجريبية

النقاط التي تصف النمو الأسي في مقياس اللوغاريتمات. معدل النمو النوعي (_) من

1.1 كان التخمير _ = 0.131 ساعة. 1 وللتخمير 1.2 _ = 0.125 ساعة. 1.

كانت مرحلة النمو الأسي ما بين 10 و 15 ساعة تقريبًا ، مع

توقف النمو بعد حوالي 40 ساعة.

معدل استهلاك السكريات السداسية وإنتاج كليهما

تم قياس الإيثانول والجلسرين للتخمير على دفعتين (الشكل 4.2

و 4.3). وصل كل من التخمير إلى الجفاف (استهلك كل السكريات) بينهما

50 و 70 ساعة ، يستغرق وقتًا أطول قليلاً لاستهلاك كل ما هو متاح

الفركتوز. كلا التخمرين كان لهما استهلاك أسرع للجلوكوز على الفركتوز ،

تخالف الطابع السكري لخميرة النبيذ S.cerevsiae VIN 13.

بدءاً من تراكيز السكر الكلية كانت 1043 و 1130 ملي مولار ، والإيثانول النيتروجيني

تركيزات 1906 و 1932 ملي مولار للتخمير 1.1 و 1.2 على التوالي.

توازن الكربون في عمليتي التخمير ، مع مراعاة إنتاج الجلسرين ،

أظهر الحفاظ على الكربون بنسبة 88 ٪ للتخمير 1.1 و 94 ٪ ل

استهلاك الركيزة المحددة ومعدلات تكوين الإنتاج لكلا التخمير

كانت متشابهة جدًا (الشكل 4.4 و 4.5). خلال الأسي

في مرحلة النمو (من 10 إلى 15 ساعة) تم استهلاك السكريات والإيثانول بسرعة

تشكلت بسرعة. مع تقدم التخمير استهلاك وإنتاج معين

بالإضافة إلى التخمير بنسبة 50/50 ، قمنا أيضًا بفحص قدرة الخميرة

لاستهلاك السكريات الفردية بمعزل عن غيرها. كانت التخمير الكحولي

تم الانتهاء من تخمير دفعتين مع 200 جم / لتر جلوكوز (تخمير

2.1 والتخمير 2.2) ودفعتين من التخمر مع 200 جم / لتر من الفركتوز

تم اختبار قياسات الكثافة الضوئية بمعادلة أسية لتحديدها

معدل النمو النوعي للتخمير المختلف (الشكل 4.6).

كان للتخمير 2.1 و 2.2 نموًا محددًا قدره 0.136 ساعة. 1 و 0.122 ساعة. 1 و

التخمير 3.1 و 3.2 زيادات محددة تبلغ 0.133 ساعة. 1 و 0.124 ساعة. 1 على التوالي.

كانت معدلات النمو المحددة هذه قابلة للمقارنة مع التخمير بنسبة 50/50.

كان معدل استهلاك الجلوكوز و / أو الفركتوز وإنتاج الإيثانول

رصد للتخمير المختلفة. في هذه التجارب حققنا فيها

قدرة الخميرة على استهلاك الجلوكوز أو الفركتوز إذا كانت هي المستهلكة الوحيدة

هدية السكر. كانت التغيرات في تركيز المستقلب أثناء التخمير

مراقب (الشكل 4.8 و 4.9). كلا التخمر مع 100٪ جلوكوز و

استهلك الفركتوز 100٪ جميع السكريات في 120 ساعة تقريبًا. هنالك

لا يوجد فرق ملحوظ في معدلات النمو أو عمليات التخمير بينهما

تخمير سكر واحد.

أظهرت تخمير السكر الفردي (جلوكوز الفركتوز) نموًا مشابهًا جدًا

المنحنيات و pro_les التخمير. ومع ذلك ، عندما يتخمر السكر واحد

تمت مقارنة التخمير بنسبة 50/50 ، والاختلافات في كل من النمو و

_ux لوحظت أنماط. أظهرت التخمر بسكر واحد فقط الكثير

معدلات تخمير أبطأ ، حيث تستغرق أكثر من ضعف الوقت من البداية حتى الجفاف

مقارنة بتخمير 50/50. فرق آخر بين التخمير

التي تحتوي على نسبة 50/50 سكريات والتخمير الأحادي للسكر هي الخلية العامة

الكثافات التي يتم الوصول إليها أثناء التخمير الكحولي (الشكل 4.10). ال

الحد الأقصى للكثافة البصرية المقاسة للتخمير 50/50 بين 16 و

19 وللتخمير مع قراءات الجلوكوز أو الفركتوز فقط قصوى OD

وتجدر الإشارة إلى أنه في المراحل الأولى من التخمر تصل إلى 20

ساعة ، معدل النمو النوعي للسكر المنفرد والتخمير 50/50 هو

مشابه جدا. ومع ذلك ، بعد 20 ساعة هناك فرق ملحوظ في تباين الكتلة الحيوية

لوحظ بين نوعي التخمير. الكتلة الحيوية السفلية

التركيز وأوقات التخمير الأطول تثير التساؤل عما إذا كان

معدلات استهلاك الركيزة المحددة ومعدلات تكوين المنتج مختلفة

بين نوعي التخمير.

تم حساب الإنتاج النوعي للإيثانول والاستهلاك المحدد للسكر

بأخذ المشتق الزمني للركيزة / تركيزات المنتج

مقسومًا على الكثافة الضوئية عند نقاط زمنية مختلفة (مم / ساعة / OD). خاص

_c تم حساب معدلات الإنتاج من التغير في تركيز السكر الكلي

مقسومة على الكثافة البصرية. وبالمثل تم حساب معدلات الإنتاج من

التغير في تركيزات الإيثانول مقسومًا على الكثافة البصرية. تلك البيانات

كشف عن اتجاهات متشابهة جدًا لجميع التخمير (الشكل 4.11 و 4.12).

وهكذا ، فإن تطبيع كثافة الخلايا يظهر ذلك ، على الرغم من تركيز الكتلة الحيوية

يختلف عن أنواع التخمير الثلاثة ، حال السكر

من خلال كل خلية قابلة للمقارنة.

لتقدير المعلمات الحركية للإنزيم من النقل والفسفرة

خطوات الجلوكوز والفركتوز ، تم إجراء فحوصات حركية الإنزيم على

يستخدم المصطلح المعزول للتمييز بين التجارب الحركية للإنزيم

دراسات التخمير في هذه التجارب.

في التجارب السريعة ، الخالية من الترانس in_ux ، الامتصاص المشع للجلوكوز و

تم قياس الفركتوز كدالة لتركيز الكربوهيدرات.

a_nity ومعدل النقل الأقصى للجلوكوز أو الفركتوز

في خلية الخميرة عن طريق إدخال معادلة Michaelis-Menten ل

البيانات التجريبية لمعدل النقل (ميومول / دقيقة / ملجم وزن جاف) مقابل

تركيزات الركيزة (مم) (الشكل 4.13). لكل تركيز ركيزة

تم جمع ثلاث نقاط بيانات اثنتين من تجربة الامتصاص من الخميرة

تم جمع الخلايا من التخمير رقم واحد ونقطة أخرى من الامتصاص

بواسطة خلايا الخميرة من تخمير دفعة ثانية. تم تحليل مجموعات البيانات

عن طريق _tting المنحنى مع الانحدار غير الخطي باستخدام ميكايليس الذي لا رجوع فيه-

معادلة مينتين للحصول على أقصى معدل امتصاص وثابت ملزم لـ

وتجدر الإشارة إلى أنه تم الحصول على أخطاء عالية جدًا من تقدير

قيم كم. على وجه التحديد لحركية الفركتوز التي كان يجب أن ندرجها

تركيزات أعلى من الركيزة. لدينا الآن نقطة واحدة فقط فوق المقدر

قيمة كم. يؤدي هذا إلى تقدير غير دقيق لقيمة Km و Vmax

كشفت قيم Vmax و Km المحددة عن معدل أقصى أعلى لـ

نقل الفركتوز مقارنة بالجلوكوز ، مع ارتفاع نسبة الجلوكوز

تم قياس حركية الفسفرة السداسية للخلايا المزروعة على 2٪ سكر

وسائط YPD. بالنسبة للخلايا المزروعة على نبيذ اصطناعي ، يجب أن يكون منحنى التشبع ممكنًا

عدم الخضوع لمقايسة فسفرة الجلوكوز. في الخلايا المزروعة على النبيذ ،

بدون إضافة الركيزة ، حدث التفاعل المقاس بحد أقصى

السرعة لفترة طويلة (GT 10 دقائق). لذلك تقرر أن

إجراء تجربة حركية فسفرة السداسيوز مع خلايا الخميرة المزروعة

في YPD لأن هذه الخلايا لم تعط نفس المشكلة.

المعلمات الحركية لفسفرة الجلوكوز والفركتوز بواسطة

تم الحصول على hexokinases من المقايسات الحركية المرتبطة NADP.

للحصول على قيم Km و Vmax للفسفرة السداسية للجلوكوز و

تم ربط المعادلات الحركية للفركتوز وميكليس مينتين بالبيانات الحركية

من معدل هيكسوكيناز (أومول / دقيقة / ملجم بروتين) لتركيز الركيزة (مم)

كشفت ملاءمة معادلة ميكايليس-مينتين على البيانات التجريبية أ

معدل قصوى أعلى و a_nity من هيكسوكيناز للجلوكوز مقارنة بالفركتوز

في القسم التالي يوجد مخطط تفصيلي للهيكل النموذجي لتحلل السكر

وكيف تم تكييفها لتخمير النبيذ دفعة واحدة. قمنا بتكييف ملف

نموذج Teusink et al. [91] ، لتشمل تركيزات الكتلة الحيوية المتغيرة.

تم بناء النموذج من معادلات معدل حركية الإنزيم و

قياس العناصر المتكافئة للمسار ، مما يؤدي إلى مجموعة من المعادلات التفاضلية العادية. ال

يمكن الحصول على النموذج الأصلي من قاعدة بيانات JWS Online

نموذج حالي لمسار تحلل السكر أنشأه Teusink et al.

[91] تم تكييفها بشكل خاص لتخمير S. cerevisiae VIN 13 على MS300

وسائط. تم بناء النموذج الحركي الحالي لوصف براعم غير متزايد

الخميرة (Koningsgist) ، في ظل ظروف لاهوائية ، للتحقق مما إذا كان في

يمكن فهم السلوك الحي لتحلل السكر بالخميرة من حيث المختبر

حركية إنزيمات حال السكر. كان لابد من دمج العديد من التغييرات

في نموذج Teusink لمحاكاة تخمير النبيذ. النموذج الموسع

كان لابد من وصف النمو وتغير الحجم ونقل المستقلبات وإدراجها

قيم Vmax و Km المحددة تجريبياً لنقل السداسي و

خطوات الفسفرة مع الجلوكوز أو الفركتوز.

تم استخدام مجموعة من المعادلات التفاضلية العادية لوصف المعتمد على الوقت

التغيرات في تركيزات المستقلب. في هذه الدراسة ، تم تمديد النموذج

لدمج الجلوكوز والفركتوز كركائز للمسار ، و

تم تكييف المعادلات التالية أو إضافتها إلى نموذج Teusink الأصلي

التكيف المهم لنموذج Teusink هو نمذجة الجلوكوز و

الفركتوز كركائزتين ، على عكس الركيزة الفردية الأصلية. العوامل

لخطوات الامتصاص والفسفرة للركائز المختلفة

تم تحديدها تجريبيا. تم تضمين قيم Vmax و Km و

كما تم دمج تركيزات المستقلب الخارجية الأولية والكتلة الحيوية.

يصف الجزء المتبقي من هذا القسم التعديلات التي تم إجراؤها على نموذج Teusink بواسطة

نولاند [68]. التغييرات تغير النموذج من وصف غير النمو

تحلل السكر الخلوي لوصف تخمير النبيذ دفعة. هذا مدمج

التغيرات في الحجم والنقل داخل وخارج خلية الركائز والمنتجات.

تركيزات المستقلب الخارجي من الجلوكوز والفركتوز والإيثانول والجلسرين ،

تم تصميمها كمتغيرات في نموذجنا ، وهذا على عكس النموذج الأصلي

حيث كانت المعلمات. حركية الحركة الجماعية لنقل المنتجات

تم اعتماده من Hynne et al. [46] نموذج. معدل الإيثانول والجلسرين

تم وصف النقل بواسطة

يمثل P تركيز المستقلب و KPT ينقل معدل ثابت.

خلال مرحلة النمو الأسي ، تغيرات في الكتلة الحيوية والحجم الداخلي

تم تضمينها في النموذج على النحو التالي:

خلال تغيرات النمو الأسي في الكتلة الحيوية يمكن وصفها بـ

بالإضافة إلى ذلك ، تم وصف معدل النمو (_) كدالة متعددة التعريفات

يساوي الصفر خلال المرحلة المتأخرة والثابتة ويساوي تحديدًا تجريبيًا

معدل النمو المحدد خلال المرحلة الأسية.

تم نمذجة إجمالي حجم العصارة الخلوية كمقصورة للمفاعل الكلي

الصوت. التغييرات في الحجم داخل الخلايا وخارجها أثناء التخمير

على غرار افتراض تيوسينك أن البروتين يشكل 50٪

من الكتلة الحيوية بالوزن الجاف ، و 1 مجم بروتين يساوي 3.75 مل من العصارة الخلوية المستخدمة

تحديد الحجم الخلوي الكلي (بالمل).

مع هذه المعلومات كان التغيير في الحجم داخل الخلايا وخارجها

متضمن. تركيز الجلوكوز الخارجي والفركتوز والجلسرين والإيثانول

تم تصميمه كدالة للحجم داخل الخلايا

يمثل P المستقلب ، A هو عامل إشارة ، مع 1 يساوي النقل إليه

الخلية و -1 للنقل خارج الخلية. معدل إنتاج السكسينات

تم تعديله أيضًا عن طريق تغيير ثابت المعدل باستخدام المعادلة المبسطة

نقل اثنين من السكريات السداسية ، الجلوكوز والفركتوز ، عبر الخلية

يحدث الغشاء عن طريق التشتيت الميسر [89 ، 61]. عكسها ميكايليس مينتين

تم استخدام المعادلات لوصف نقل الجلوكوز والفركتوز إلى

زنزانة. نفترض أن كلا الركيزتين يتم نقلهما عبر نفس الإنزيم

وأنهم يعملون كمثبطات تنافسية لبعضهم البعض.

معدل الفسفرة للجلوكوز والفركتوز بواسطة hexokinases و glucokinase

تم تصميمه باستخدام حركيات Michaelis-Menten القابلة للانعكاس. أيضا من أجل

فسفرة الجلوكوز والفركتوز نفترض أن كلا الركيزتين تعملان

كمثبطات تنافسية.

في نموذجنا ، استخدمنا قيم المعلمات المحددة تجريبياً لـ

خطوات نقل الجلوكوز / الفركتوز والفسفرة المحددة في هذا

دراسة. تم تحديد معدلات الإنزيم القصوى لبقية التحلل بشكل تجريبي

للحصول على خميرة S. cerevisiae VIN 13 بواسطة Abrie [1] (انظر الملحق أ 1).

تم استخدام قيم Vmax لنموذجنا حيث تم تحديده تحت النبيذ

ظروف التخمير. تم اعتماد قيم المعلمات الأخرى التي استخدمناها من

يعد التحقق من صحة النموذج جزءًا مهمًا من أي دراسة للنمذجة الحركية. في هذا

دراسة تم التحقق من صحة النموذج الحركي من خلال مقارنة التغيرات المقاسة في الخارج

تركيزات المستقلب مع _uxes التي تنبأ بها النموذج.

وفقا للأدب السيطرة على

من المتوقع أن يكون حال الجلوكوليتيك _ux موجودًا في الغالب في خطوة النقل السداسي.

لاختبار قدرة النموذج على التمييز بين الجلوكوز والفركتوز المستحق

إلى حركية مختلفة للركائزتين في خطوة النقل بمعدل بسيط

تم إنشاء المعادلة التي تصف خطوة النقل (انظر الملحق أ -2).

استخدام المعلمات الحركية المحددة تجريبياً لخطوة النقل

تم تصميم امتصاص الجلوكوز والفركتوز بمرور الوقت. محاكاة النموذج

تنبأ باستهلاك أسرع للفركتوز مقارنة بالجلوكوز (الشكل 4.16).

كما لوحظ في مناقشة حركية النقل المقاسة تجريبياً ،

كان هناك خطأ كبير في الكيلومتر بالنسبة للجلوكوز والفركتوز بالإضافة إلى ذلك

لم نتمكن من تقدير Vmax للفركتوز جيدًا.

لاختبار حساسية خطوة النقل للخطوة المقاسة تجريبياً

المعلمات الحركية استخدمنا محاكاة النموذج بالقيم المقاسة _ the

خطأ تجريبي. عندما استخدمنا الكيلومتر السفلي للجلوكوز (26.4 - 11.66

= 14.47 ملم) وأعلى كم للفركتوز (66.15 + 8.937 = 75.087) هناك

كان الامتصاص المفضل للجلوكوز فوق الفركتوز (الشكل 4.17). حتى عندما يكون أ

الكيلومتر المنخفض للفركتوز (66.15 - 8.937 = 57.21) كان يفضل استخدام الجلوكوز

كما أن استخدام قيم Vmax المنخفضة لنقل الفركتوز له تأثير الرائد

لامتصاص الجلوكوز المفضل. خفض معدل الامتصاص بنسبة 25٪ ملحوظ

يمكن ملاحظة الاختلاف في معدلات استهلاك الجلوكوز والفركتوز

لم تنجح قيم a_nity المحددة تجريبياً في الوصول إلى

نقل أسرع للجلوكوز. يبدو أنه على الرغم من ناقلات سداسي

ذات قيمة أعلى للجلوكوز ، كلما كان معدل الامتصاص الأقصى أسرع

الفركتوز له تأثير أكثر وضوحا.

ومع ذلك ، فإن القدرة على نمذجة امتصاص الجلوكوز الأسرع تكمن في

نطاق a_nity المقاس عند أخذ الخطأ القياسي في الاعتبار. بالنسبة إلى

مزيد من البناء لتخمير النبيذ تقرر استخدام المعلمة

القيم التي نجحت في توقع استهلاك أسرع للجلوكوز.

من المعلمات الحركية المقاسة تجريبياً للجلوكوز / الفركتوز

النقل والفسفرة فمن المتوقع أن S. cerevisiae لديها a

تفضيل الفركتوز وليس الجلوكوز. منذ خطأ تجريبي كبير نسبيا

تمت ملاحظة المعلمات الحركية لخطوات النقل التي تم تحليلها

ما إذا كانت مجموعة من قيم المعلمات موجودة ضمن الخطأ التجريبي الذي

من شأنه أن يؤدي إلى حركية نقل الكربوهيدرات مماثلة لتلك التي لوحظت في

التخمير. لهذا الغرض ، الجلوكوز والفركتوز _uxes أثناء التخمير

تم استخدام 1.1 لحساب نسب الجلوكوز إلى نقل الفركتوز أثناء

التخمير. في وقت لاحق نسبة المعادلات الحركية للجلوكوز و

تم ربط الفركتوز بنسب _ux المرصودة ، مع وجود أخطاء تجريبية مثل

يؤدي أخذ المعادلة 4.3.11 و 4.3.12 إلى الحصول على نسبة vGlc = vFrc (على افتراض أنه داخلي

تركيزات Glc و Fru التي لا تذكر مقارنة بالتركيزات الخارجية

أدى تقييد _t من هذه المعادلة إلى نسب _ux المرصودة إلى ما يلي

لاحظ أن هذا ليس حلاً فريدًا حيث يوجد المزيد من الحلول الممكنة داخله

يقيد الخطأ التجريبي أن تكون جيدة بنفس القدر. لاحظ _ux

يمكن وصف النسب بدقة باستخدام قيم المعلمات _tted:

مع النسبة المقاسة لـ _uxes في العمود الثاني ونسبة النقل

المعدلات الحركية مع قيم المعلمة _tted في العمود الثالث. في

في العمود الرابع والخامس تركيزات الجلوكوز والفركتوز في

يتم إعطاء النقاط الزمنية الخاصة في التخمير.

تمت محاكاة النموذج المصمم لتخمير النبيذ بشكل تجريبي

تحديد تركيزات المستقلب ومعدلات نمو اثنين من indepenCHAPTER

دنت التخمر (التخمر 1.1 والتخمير 1.2). تم ذلك

لاختبار قدرة النموذج على نمذجة تخمير النبيذ.

للاستخدام في النموذج ، تم تحويل قيم Vmax إلى وحدات مليمول / دقيقة / Lcytosol.

تم أخذ تركيزات المستقلب الأولية المستخدمة في المحاكاة

من البيانات التجريبية. تم تحديد معدلات النمو المحددة المستخدمة تجريبيا

والكتلة الحيوية الكلية الأولية في المفاعل الحيوي تبلغ 0.8 جم من أجل

الحجم الكلي (0.8 جم / 800 مل).

للوصول إلى قدرة النموذج على التنبؤ بدقة بتخمير الدُفعات ،

تتم مقارنة البيانات التجريبية والمحاكاة. محاكاة النموذج باستخدام المدخلات

تمت مقارنة القيم من التخمير 1.1 مع تغيرات التركيز

وقت التخمير الحقيقي. تم إجراء ذلك أيضًا للمحاكاة باستخدام الإدخال

من التخمير 1.2. تم التحقق من صحة النموذج مع البيانات من اثنين

التخمير لتقييم قدرة النموذج على نمذجة التغييرات في _uxes

بسبب التغيرات في معدلات النمو وتركيزات المستقلب الخارجية.

من الشكل 4.21 و 4.21 يمكن ملاحظة أن التغييرات التي تم إجراؤها على

مكّن نموذج Teusink نموذج تخمير النبيذ من وصف تخمير الدُفعة

ديناميات. ومع ذلك ، تم تحديد القيم تجريبيا ونمذجة

لم تتطابق قيم _ux المحددة تمامًا. على الرغم من أن العام

كان الاتجاه هو نفسه بالنسبة للمستقلبات المختلفة ، كان هناك زيادة طفيفة أو

تحت التقديرات. تم التقليل من التنبؤات النموذجية لتركيزات الإيثانول

في بداية التخمير ثم المبالغة في تقديره لاحقًا.

تم استنفاد كل من الجلوكوز والفركتوز بشكل أسرع في محاكاة النموذج. ال

نموذج أيضا مبالغ طفيفة في تقدير إنتاج الجلسرين.

اختبرنا نموذج حال السكر على نطاق أوسع من حيث دور الهيكسوز

الفسفرة والنقل والسداسي في التمييز بين الجلوكوز و

الفركتوز. تم ذلك عن طريق نمذجة تخمير النبيذ بتركيزات متساوية

من الجلوكوز والفركتوز كشرط ابتدائي (الشكل 4.22).

تغيير قيم المعلمات الحركية لخطوة الفسفرة إلى قيم متساوية

لكل من الجلوكوز والفركتوز (قيم Km و Vmax) لم يكن لهما تأثير ملحوظ

النموذج (الشكل 4.23). ومع ذلك ، عندما يتم تغيير حركية النقل

لتكون هي نفسها بالنسبة لنقل الجلوكوز والفركتوز (الشكل 4.24) فإن e_ect هو

واضح. بعد هذا التغيير لا يمكن التمييز بين الأسعار

من استهلاك الجلوكوز والفركتوز. هذا يشير إلى السيطرة على حال السكر

_ux المقيمين في خطوة النقل السداسي.

يناقش هذا الفصل المجالات الرئيسية الثلاثة لفصل النتائج تخمير النبيذ

المعلمات الحركية والنمذجة الرياضية. يعطي موجز

نظرة عامة على النهايات وخاتمة نهائية عن المشروع.

لاختبار الطابع الجلوكوفيلي من سلالات النبيذ S. cerevisiae VIN 13 we

أجرى عددًا من تخمير النبيذ الذي يعمل كحالتنا المرجعية.

تحليل معدلات استهلاك وإنتاج المستقلبات الخارجية

_Rmed تم استهلاك الطابع الغلوكوفيلي لجلوكوز الخميرة بشكل أسرع

كان للتخمير الكمي بنسبة 100٪ من الجلوكوز أو الفركتوز 100٪ غير متوقع أكثر

النتائج. أولاً ، تم استهلاك كل من الجلوكوز والفركتوز بمعدلات مماثلة.

عند استخدامها كركيزة واحدة لا يوجد فرق بين استهلاك

الجلوكوز أو الفركتوز. كانت التخمر بنسبة 100٪ أبطأ بشكل ملحوظ من التخمير

كانت هناك اختلافات ملحوظة في وقت التخمير (حتى الجفاف) بين مختلف

التخمير (حتى في التجارب المكررة) ، والقدرة على المقارنة

كان علينا العمل بمعدلات إنتاج واستهلاك محددة. حتى في

على الرغم من أن التخمير كان لها أوقات مختلفة حتى الجفاف ، إلا أن الاستهلاك المحدد

ومعدلات إنتاج جميع التخميرات المختلفة (50/50 و 100٪

الجلوكوز أو الفركتوز) يمكن مقارنته. 100٪ الجلوكوز أو الفركتوز

قد يستغرق التخمير ضعف الوقت لاستنفاد كل المواد الاستهلاكية

السكريات ، ولكن إجمالي محصول الكتلة الحيوية بلغ حوالي النصف فقط بحلول 50/50

التخمير. استغرق استهلاك جميع السكريات وقتًا أطول بسبب وجودها

أقل من خلايا الخميرة لاستهلاك السكريات. لماذا لا تنتج الخميرة نفس الشيء

الحد الأقصى للكتلة الحيوية غير واضح.

ما هو واضح هو أنه بغض النظر عن نوع التخمير ، فإن speci_c _ux

من خلال تحلل السكر هو نفسه لجميع الخلايا. انها فقط في حالة حيث

يتم إعطاء كل من الجلوكوز والفركتوز للخلايا في نفس الوقت مثل الجلوكوز

تستهلك بمعدل أسرع من الفركتوز. إجمالي استهلاك السكر للجميع

التخمير هو نفسه.

تم تمييز خطوة النقل السداسي وخطوة الفسفرة بشكل حركي.

تم تحديد السرعات القصوى و a_nities باستخدام الجلوكوز

أو الفركتوز كركائز.

القيم المحددة للمعلمات الحركية لـ a_nity المحددة هي

قابلة للمقارنة مع تلك المنشورة في الأدب (انظر مراجعة الأدب: القسم

2.4.1 للمقارنة). لوحظ نفس الاتجاه لارتفاع نسبة الجلوكوز.

قيم الأدب أقل قليلاً (كم أقل) مقارنة بالقيم التجريبية.

ومع ذلك ، فإن هذه القيم هي _rst المحددة تجريبياً Km و Vmax

يجب أن تكون قيم ناقلات الهكسوز المحددة للخلايا المزروعة في النبيذ الصناعي.

أظهرت المعلمات الحركية لنقل السداسيوز قيمة أعلى للجلوكوز ،

ولكن معدل نقل أقصى أعلى بكثير للفركتوز. تحليل

ومع ذلك ، أظهرت البيانات التجريبية هوامش خطأ عالية ، خاصة بالنسبة لـ

قيم محددة للفركتوز. تم الحصول على الرسم البياني لمعدل النقل كـ a

وظيفة تركيزات الركيزة (الشكل 4.13) فشلت في الوصول إلى حالة حيث

استقر الرسم البياني. لتكون قادرًا على تحديد المعلمة بدقة أكبر

يجب إضافة قيم أعلى تركيزات الركيزة. خاصة

يمكن أن يكون المعدل الأقصى المقدر للفركتوز مبالغة. مضيفا البيانات

قد تؤدي النقاط إلى الحصول على قيم a_nity أقل وأقصى قيم لمعدل النقل.

تم أيضًا تمييز خطوة الفسفرة بشكل حركي فيما يتعلق بـ

إما الجلوكوز أو الفركتوز كركيزة. دراسة قام بها Berthels et al [16] على

الخواص الحركية لهكسوكيناز في S. cerevisaie VIN 13 لها نهايات مماثلة لـ

a_nity من hexokinases للركائز المختلفة. في المذكور

دراسة hexokinases كان لها a_nity أعلى للجلوكوز (0.15 _ 0.01 ملي مول) مقارنة

للفركتوز (1.09 _ 0.002 ملم).

في هذه الدراسة كانت خطوات النقل والفسفرة حركية فقط

تتميز الخميرة خلال مرحلة النمو الأسي المتوسطة. يمكن ان تكون

من الممكن أن التغيير في أنماط التعبير للناقلات المختلفة و

يمكن أن تؤدي hexokinases خلال مراحل التخمير إلى مختلف a_nities و

المعدلات القصوى. ومع ذلك ، بالنسبة لهذه الدراسة ، لم تكن التغييرات في قيم المعلمات

نموذج حال السكر الأصلي بواسطة Teusink et al. [91] تم تغيير الوصف

تخمير النبيذ دفعة. تم تكييف النموذج الرياضي في مثل هذا

طريقة للتمييز بين الجلوكوز والفركتوز كركائز أثناء تخمير النبيذ.

باستخدام قيم المعلمات _ المرتبطة باستهلاك الجلوكوز والفركتوز الأولي

معدلات أثناء التخمير ، توقع النموذج الاستهلاك الأسرع

من الجلوكوز على الفركتوز. تقع قيم المعلمات _tted ضمن

هوامش الخطأ للقيم المحددة تجريبياً. حساسية

تم عرض نموذج التغيير على هذه المعلمات. بينما ال

لم تنجح تقديرات قيمة المعلمة الأصلية في التنبؤ بشكل أسرع

استهلاك الجلوكوز على الفركتوز ، فقد تبين أنه من الممكن نمذجة

الاستهلاك الأسرع للجلوكوز على الفركتوز من خلال التلاعب بها

القيم. القيم التي تم استخدامها في النموذج لا تزال تحتوي على قيمة أعلى لـ

الجلوكوز ومعدل نقل أعلى للفركتوز. على الرغم من حدسي

يبدو أنه سيتم استهلاك الفركتوز بشكل أسرع بسبب

ارتفاع معدل النقل ، هو ارتفاع a_nity من ناقلات الجلوكوز

مما يؤدي إلى استهلاك أسرع لهذا السكر في خلية الخميرة.

تم التحقق من صحة النموذج أيضًا من خلال مقارنة البرامج المتوقعة مع الدُفعة الحقيقية

التخمير. مع مدخلات من تخمير دفعة حقيقية في النموذج (مبدئي

الظروف التجريبية ، الكتلة الحيوية ، معدل النمو) الاستهلاك المتوقع و

يجب أن تكون معدلات الإنتاج هي نفسها المعدلات التي شوهدت في التخمير الحقيقي.

على الرغم من ملاحظة نفس الاتجاهات كما هو الحال مع تخمير الدُفعات الحقيقية ، إلا أن

لم تكن المعدلات المتوقعة للنموذج مماثلة تمامًا للمعدلات الحقيقية. ال

نموذج تجاوز التخمر الحقيقي _uxes ، يستهلك السكريات بالكامل

سيكون من الأفضل نمذجة دالة النمو للنموذج على أنها معادلة تصف

النمو فيما يتعلق بتركيزات الأيض الأخرى ، على سبيل المثال

الإيثانول. سيكون هذا أفضل من وظيفة متعددة التعريف ، مثل التخمير الحقيقي

النمو لا يتبع دالة متعددة التعريف. مراقبة معدلات النمو الحقيقية (في

مقياس اللوغاريتم) يوضح الانخفاض المطرد في معدل النمو مع تحولات التخمير


كيف يتم التحكم في التخمير في المنزل دون الثقافات البادئة؟ - مادة الاحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


كيفية تخمير الفاصوليا المطبوخة

تخمير الفاصوليا والبقوليات هو حقًا بسيط مثل إضافة ثقافة إلى الفاصوليا المطبوخة. يمكنك استخدام أي مما يلي:

كل هذه تحتوي على البكتيريا ، والخمائر في حالة الكومبوتشا والحليب أو ماء الكفير ، والتي يمكنها تحويل النشا في البقوليات إلى طبق فول غني بالبروبيوتيك والإنزيم.

أضف حوالي ملعقة كبيرة من الثقافة إلى كل كوب من الفاصوليا. أو ، في حالة ثقافة البودرة ، استخدم الكمية الموصى بها.

بمجرد إضافة المزرعة إلى الفاصوليا ، تحتاج إلى تكسير قشرة الفاصوليا حتى تتغلغل الثقافة في القشرة وتصل إلى النشا. يمكنك هرسها ، على غرار الفاصوليا المقلية ، أو يمكنك أن تصدمها برفق بما يكفي لكسر القشرة. ثم يمكنك نكهتها بالأعشاب أو البهارات أو البصل والثوم. يمكنك بعد ذلك السماح لهم بالزراعة في وعاء مغلق في مكان دافئ لعدة أيام.

كن حذرًا لأن عملية التخمير ستنتج غازات يجب إطلاقها.تأكد من مراقبة الجرار أو الأوعية الخاصة بك ومراقبة الأغطية البارزة ، والتي تكون مؤشرًا على تراكم الكثير من الغازات. "تجشؤ" البرطمانات يوميًا لإطلاق أي غاز في الوعاء.

يمكنك بعد ذلك تناولها كإضافة إلى سلطة الفاصوليا الباردة ، تُقدم كغمس الفول المهروس ، أو كإضافة لذيذة للسلطات.


التحكم في درجة حرارة التخمير: نصائح من المحترفين

نعلم جميعًا أنه & # 8217s صحيح ، لأنه & # 8217s مطبوعًا على جانب عبوات الخميرة - درجات حرارة التخمير مهمة. تعمل بعض الخميرة بشكل أفضل دافئة ، وبعضها بارد ، لكن هل فكرت يومًا في ما يحدث لمشروبك عندما تتقلب درجات الحرارة من دافئة إلى باردة والعودة مرة أخرى؟ لقد فعل المرشدون لدينا وقد تساعدك أفكارهم يومًا ما على الخروج من نقطة ساخنة.

برور: تود أشمان ، Titletown Brewing in Green Bay ، WI

إن فهم ما يحدث أثناء التخمير عندما تتقلب درجات الحرارة بشكل أفضل يساعد صانع البيرة على تحديد ما يجب القيام به. يجب فحص جودة البيرة وحيوية الخميرة.

تعتمد درجة حرارة نبتة نقيع الشعير على سلالة الخميرة - تبدأ بعض سلالات البيرة بشكل روتيني في التخمير حوالي 70 درجة فهرنهايت (21 درجة مئوية) ويبدأ البعض الآخر أكثر دفئًا. التخمير طارد للحرارة ، مما يعني أنه سيخلق الحرارة الخاصة به. إن امتلاك القدرة على تبريد التخمير بمجرد أن يبدأ في الإقلاع أمر حتمي. لقد سمعت عن ارتفاع درجة حرارة التخمر بمقدار 20 درجة فهرنهايت (11 درجة مئوية) في ست ساعات. الحقيقة هي أنك إذا لم تحافظ على برودة المخمرات ، فقد يكون هناك حد لما يمكن أن تتوقعه من جهود التخمير الخاصة بك. ومع ذلك ، نظرًا لأن نمو الخميرة والتخمير طارد للحرارة وبالتالي يولدان حرارة ، فاحسب أن درجة الحرارة داخل المخمر يمكن أن تصل إلى 8 درجات فهرنهايت (4 درجات مئوية) أعلى من خارج المخمر خلال الأيام الأولى للتخمير. لذا من المرجح أن تخمر البيرة التي يتم تخميرها في ثلاجات عند 65 درجة فهرنهايت (18 درجة مئوية) عند حوالي 72 درجة فهرنهايت (22 درجة مئوية).

إذا قمت بوضع النبتة على الجانب البارد (أقل من 70 درجة فهرنهايت أو 21 درجة مئوية) ، فإنك تواجه بداية بطيئة وتترك نفسك عرضة للتلوث البكتيري أو الفطريات البرية. من الواضح أن التخمير عبارة عن سلسلة من التنازلات - نوع من اللعينة إذا فعلت ذلك ، ملعونًا إذا لم تكن نوعًا من الممارسة - لذا كن مستعدًا.

إذا كان لديك تغيرات في درجة الحرارة البيئية اليومية في نطاق 65-90 درجة فهرنهايت (18-32 درجة مئوية) ، فمن المحتمل أن البيرة الخاصة بك لا تبرد في الواقع كثيرًا.

المرة الوحيدة التي قد تكون فيها تقلبات درجات الحرارة الخارجية عاملًا شرعيًا هي خلال الـ 12 ساعة الأولى من التخمير. إذا كانت درجات الحرارة تتأرجح بشكل كبير في هذه الساعات الأولى ، فقد يصبح التخمير بطيئًا وقد تتسرب كمية كبيرة من الخميرة من التعليق. الطريقة الوحيدة التي يمكنني من خلالها رؤية حدوث ذلك هي تغيير "بيئي" كبير ، مثل وضع المخمر في حمام جليدي شديد البرودة أو ثلاجة. هذا يفترض أنه تم صنع طبقة كافية من الخميرة القابلة للحياة وتم تأكسج نقيع الشعير بشكل صحيح.

توجد عدة طرق لتبريد نقيع الشعير. إذا كنت تحتاج فقط إلى خفض درجة الحرارة بضع درجات ، فحاول وضع مناشف باردة حول الدرج. إذا كنت تبحث عن المزيد من التحول ، اغمر حوالي نصف ارتفاع الدورق في حمام جليدي لتبريده.

ستؤثر درجة الحرارة أيضًا على معدل نمو الخميرة. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا ، فسيكون نمو الخميرة قويًا جدًا ، مما يؤدي إلى زيادة الطلب على العناصر الغذائية ، وسوف يتم استنفاد البيرة الخاصة بك في هذه العناصر الغذائية. يمكن أن يكون لهذا تأثير على التكييف اللاحق.

بالإضافة إلى ذلك ، وربما الأهم من ذلك ، أن ارتفاع درجة حرارة النمو سيؤدي إلى تغيير التمثيل الغذائي للخمائر ، مما ينتج عنه مجموعة مختلفة من المنتجات الثانوية ، والتي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على النكهة. إذا كانت درجة الحرارة شديدة البرودة ، فسيكون التخمير بطيئًا ، مما ينتج عنه فرصة لنمو الملوثات ، مثل الخميرة البرية والبكتيريا.

من حيث التخمير ، يتم تخمير الخمائر بشكل روتيني بين 40-54 درجة فهرنهايت (4-12 درجة مئوية) بينما يتم استخدام خميرة البيرة من 55-70 درجة فهرنهايت (13-21 درجة مئوية). تختلف درجات حرارة التخمير المثلى للخميرة اختلافًا كبيرًا.

بعض خميرة البيرة على سبيل المثال لا تعمل بشكل جيد تحت 65 درجة فهرنهايت (18 درجة مئوية). تشتهر سلالة Narragansett (Chico) بهذا ، بالإضافة إلى بعض سلالات البيرة البلجيكية والقمح. الأعراض الشائعة للتخمير شديد البرودة هي التخمر العالق ، والتوهين الضعيف (جاذبية التشطيب العالية) والنكهات غير المعبأة - خاصة ثنائي الأسيتيل.

إذا كنت تريد أن تتخمر باردًا ، فقد يكون من الضروري تأقلم المبدئ مع درجة حرارة منخفضة لمنع صدمة البرودة. يمكن القيام بذلك عن طريق خفض درجة حرارة المبدئ ببطء في اليوم السابق.

صانع الجعة: جيسي ويليامز ، مصنع الجعة الألباني الجديد في نيو ألباني ، إنديانا

إن مراقبة درجة الحرارة والاستجابة بشكل مناسب للتحولات خلال دورة التحضير ، خاصة أثناء فترة التخمير ، ستؤدي إلى تكسير الجعة أو كسرها. لذا ، نصيحتي الأولى ، إذا لم تكن تمتلك واحدًا بالفعل ، فاحصل على مقياس حرارة لنفسك! سيكون مقياس حرارة اللحوم ثنائي المعدن كافيًا ، ولكن يتوفر أيضًا العديد من الطرز الرقمية والعائمة. مهما كان مقياس الحرارة الذي تحصل عليه ، قم بمعايرته إلى 32 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية) درجة في 50/50 من الثلج والماء ، وستكون جاهزًا للانطلاق.

تعيش الخميرة وتموت حسب درجة الحرارة ، فاحذر من حرارتها! يمكن لمعظم سلالات خميرة مصانع البيرة أن تتحمل درجات حرارة تزيد عن 110 درجة فهرنهايت (43 درجة مئوية) ، ولكن ليس من الجيد ترك مشروبك يقترب من هذا الحد الأقصى. ما لم تكن سلالة الخميرة الخاصة بك موجهة لدرجات حرارة أكثر دفئًا ، يجب أن تبدأ الخطوة عند حوالي 70 درجة فهرنهايت (21 درجة مئوية) ، مع وجود الكثير من الأكسجين. يجب أن يجعلك خرطوم الحديقة الذي يتم تغذيته بالماء البارد ومبرد نقيع الشعير قريبًا من درجة الحرارة هذه.

القليل من التفكير الواضح يمكن أن يقلل درجات حرارة التخمير المتقلبة الشائعة في التخمير المنزلي. لا تترك الجعة المخمرة تحت أي ظرف من الظروف حيث يمكن أن تصل إليها الشمس. يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تشرب البيرة وهي لا تزال تخمر. يعتبر القبو المظلم أو الخزانة التي تبقى ضمن نطاق درجة حرارة معقولة مكانًا لائقًا. يمكن أن تنتج أيضًا مبيعات الفناء والإعلانات المبوبة ثلاجات قديمة صالحة للخدمة في المرآب تجعل عملية التخمير التي يتم التحكم في درجة حرارتها أكثر ملاءمة. تحتوي ثلاجات المنزل دائمًا على بعض التقلبات في درجات الحرارة ، ولكن يمكن لميزان الحرارة الصغير الثابت أن يمنحك فكرة جيدة عما يحدث هناك. أي ثلاجة تعمل بها تقلبات أقل في درجات الحرارة من أرضية المرآب الخاص بك.

حسنًا ، ما زلت لا تستطيع التحكم في درجات الحرارة ولا ترغب في إنفاق المال على ثلاجة جدتك القديمة. لديك أنت وشربك في المنزل خيار التعايش والتعاون مع الطبيعة الأم. ببساطة ، اتبع درجات الحرارة الموسمية لمناخك وقم بتخميرها وفقًا لذلك. في أشهر الصيف الدافئة ، قم بتخمير البلجيكيين المجانين (حيث يمكن للخميرة أن تتحمل درجات حرارة 80 درجة فهرنهايت / 27 درجة مئوية) وتوفر أشهر الشتاء للخمور الذين يحبونها باردة.


الفرق بين التخمر الدفعي وعملية التخمير المستمرة

Sl. لا.تخمير دفعةالتخمير المستمر
1إنه نظام مغلق.إنه نظام مفتوح.
2لا يتم تغيير الإعداد من الخارج بمجرد بدء التخمير.يتم تغيير الإعداد من الخارج أثناء عملية التخمير.
3تتوقف العملية بمجرد تشكيل المنتج.لا يتم إيقاف العملية لتجميع المنتجات ، ولكن يتم إخراجها باستمرار من المخمر.
4تُضاف العناصر الغذائية مرة واحدة فقط (في البداية) ولا تُضاف بين عملية التخمير.تُضاف المغذيات عدة مرات (في البداية وفي ما بين عملية التخمير).
5تحكم أقل في نمو الميكروبات وإنتاج المنتجات المرغوبة.مزيد من التحكم في النمو والإنتاج.
6لن تكون الظروف البيئية في المخمر ثابتة.ستبقى الحالة البيئية في المخمر ثابتة.
7معدل الدوران (تحويل المادة إلى المنتج المطلوب) أقل.معدل الدوران سيكون مرتفعا.
8يتم استخدام العناصر الغذائية في المخمر بمعدل بطيء نسبيًا.يتم استخدام العناصر الغذائية في المخمر بمعدل سريع نسبيًا.
9تظهر الميكروبات في المخمر مراحل التأخر والتسجيل والثبات.يتم الحفاظ على معدل النمو الأمثل أو الأسي للميكروبات في المخمر.
10تتم إزالة محتويات المخمر بعد عملية التخمير لعزل المنتجات.لا يتم إزالة محتويات المخمر لعزل المنتجات. يتم استخراج المنتجات من الفائض من المخمر.
11يتم غسل المخمر وتنظيفه قبل الخطوة التالية من التخمير.لا تتطلب خطوة الغسيل هذه حيث يتم إجراء الإضافة المستمرة للمغذيات والميكروبات.
12يتم استخدام مخمرات ذات حجم أكبر نسبيًا.مطلوب تخمير أصغر حجمًا ، نظرًا لأن العائد مرتفع جدًا.
13أقل قربًا من البيئة الطبيعية.أقرب إلى البيئة الطبيعية.
14تطبيق ضخم في الإنتاج الصناعي.تطبيق محدود في الإنتاج الصناعي.
15مناسبة لإنتاج المستقلبات الثانوية التي لا يرتبط إنتاجها بنمو الميكروبات. مثال: المضادات الحيوية.مناسب للمستقلبات الأولية التي يرتبط إنتاجها بنمو الكائن الحي. مثال: الأحماض العضوية والأحماض الأمينية.
16طريقة أكثر شيوعًا للإنتاج على نطاق واسع للكتلة الحيوية للخلايا والمنتجات.أقل شيوعًا للإنتاج على نطاق واسع.
17من السهل اقامة وتشغيل من الثقافة المستمرة.ليس من السهل الإعداد. تتطلب أجهزة متطورة.
18مطلوب استثمار أولي أقل.الاستثمار الأولي سيكون أكثر.
19أقل ملاءمة لإنتاج الكتلة الحيوية مثل البروتينات أحادية الخلية (SCP).أكثر ملاءمة لإنتاج الكتلة الحيوية (SCP).
20الطلب على العمل أقل.الطلب على العمل أكثر.
21فرصة التلوث أقل.فرصة التلوث أكثر
22طرق تحكم سهلة وسريعة.طرق التحكم أكثر تعقيدًا.

الدراسة دون اتصال بالإنترنت (بدون إنترنت)

الآن انت تستطيع تحميل ال بي دي إف من هذا المنصب بحرية مطلقة !

الرجاء الضغط على رابط التحميل / زر أدناه لحفظ المنشور كملف PDF واحد. سيتم فتح ملف PDF في نافذة جديدة في المتصفح نفسه. انقر بزر الماوس الأيمن على ملف PDF وحدد & # 8216حفظ باسم& # 8216 خيار حفظ الملف على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

لو سمحت شارك ملف PDF مع أصدقائك وأقاربك وطلابك وزملائك & # 8230


شاهد الفيديو: الخميرة البلدية أسرار وعجائب مع طريقة التحضير (شهر فبراير 2023).