تعريف التخمر وأنواعه وأهميته

تعريف التخمر

التخمر هو عملية استقلابية محفزة بالإنزيم حيث تقوم الكائنات الحية بتحويل النشا أو

السكر

إلى كحول أو حمض يطلق طاقة لاهوائية، بهدف الحفاظ على الأغذية صالحة أو إضافة نكهة أو توفير فوائد صحية لها.

وقد تم اكتشاف عملية التخمير لأول مرة في عام 1857م بواسطة

العالم

لويس باستير.

ويسمى علم التخميرzymology، والتخمر هو عملية كيميائية تتم في غياب الأكسجين (لا هوائية) تمر بعدة مراحل.

والمبدأ الأساسي لعملية التخمر هو الحصول على الطاقة من الكربوهيدرات في حالة عدم وجود الأكسجين

لأن الكائنات الحية الدقيقة تحتاج للطاقة والتي تحصل عليها من مواد عضوية تسمى الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) .

لذلك تكون المرحلة الأولى في عملية التخمر هي نفس عملية التنفس الخلوي وفيها يتم تكوين حمض البروفيك عن طريق تحلل السكر، مع تجديد المعاون الإنزيمي  في الخلايا الذي يشارك في تحلل السكر لتصنيع

جزيئات ATP

الصافية.

في المرحلة الثانية يتم اختزال حمض البروفيك إلى حمض اللاكتيك أو الإيثانول أو أي منتج أخر ناتج من عملية التخمر.

أنواع التخمر

عند وضع ناتج عملية التخمر في الاعتبار يمكن تقسيم عملية التخمر إلى:

تخمر حمض اللاكتيك

هذه هي طريقة التخمير التي تستخدمها الحيوانات وبعض

البكتيريا

مثل تلك الموجودة في

الزبادي

.

ويستخدم هذا النوع من التخمير بشكل روتيني في خلايا

الدم

الحمراء في الثدييات وفي العضلات الهيكلية التي لا تحتوي على كمية كافية من الأكسجين للسماح باستمرار التنفس الهوائي.

وخلال هذه العملية يتم تحويل جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من أحماض البيروفيك، ويتم تحويل جزيئين من أحماض البيروفيك إلى جزيئين من أحماض اللاكتيك.

تخمر الكحول

تخمير

الكحل

هو نوع التخمر الثاني الأكثر استخدامًا، وينتج عنه الإيثانول والكحول، وهناك نوعان رئيسيان من التخمر الكحولي:

الأول يتم تحفيزه بواسطة إنزيم حشوي يسمى  بيروفات ديكاربوكسيلاز مع أنزيم من بيروفوسفات الثيامين مشتق من فيتامين ب، وفي هذا التفاعل تتم إزالة مجموعة الكربوكسيل من حمض البيروفيك، مما يؤدي لإطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون.

ويتم يتم تحفيز التفاعل الثاني بواسطة نازعة هيدروجين الكحول، لأكسدة ثنائي نوكليوتيد الأدنين  NADH (المعاون الإنزيمي في اللايا) إلى NAD  واختزال الأسيتالديهيد إلى إيثانول.

التخمر في البكتريا

تحدث طرق التخمير الأخرى في البكتيريا، وفي بعض أنواع بدائيات النوى اللاهوائية بشكل اختياري، وهذا يعني أنها تستطيع التبديل بين التنفس الهوائي والتخمير اعتمادًا على توفر الأكسجين.

بعض بدائيات النوى مثل كلوستريديا تستخدم اللاهوائية فقط أي أنها تعيش وتنمو في غياب الأكسجين الجزيئي، حيث يعتبر الأكسجين بمثابة السم لهذه الكائنات الدقيقة، حيث يقتلها عند التعرض لها.

وتجدر الإشارة إلى أن جميع أنواع تفاعلات التخمر ينتج عنها

غازات

، ما عدا تخمر حمض اللاكتيك.

ويتم الكشف على تخمر بعض أنواع الكربوهيدرات عن طريق الكشف عن إطلاق غازات معينة، وهذا يساهم في

تحديد

أنواع البكتريا في المختبر.[1]

فوائد التخمير

هناك الكثير من التطبيقات التي نستخدم فيها عملية التخمير ولذلك فإن عملية التخمير من العمليات الأساسية في حياة البشر، ومن تلك التطبيقات:

• 
  في إنتاج الزبادي (الألبان)
  

تعمل نوعان اثنان من البكتيريا تخمر

الحليب

لإنتاج اللبن (الزبادي)، وهذه البكتيريا هي Streptococcus lactis و Lactobacillus bulgaricus أو Lactobacillus acidophilus.

وتقوم تلك البكتريا بامتصاص اللاكتوز من الحليب وتكثف الحليب ، وتنتج مواد كيميائية مثل حمض اللاكتيك والأسيتالديهيد التي تجعل الزبادي لذيذًا للغاية.

• 
  أساسي في صناعة الخبز
  

عند إضافة كمية صغيرة من السكر والخميرة إلى عجينة الخبز ، يتم تخمير السكر ويتكون غاز ثاني أكسيد الكربون، ويتولى إنزيم الخميرة هذه العملية.

ويزيد ثاني أكسيد الكربون المتكون من كثافة الخبز وقوامه، كما يمكن أن  تضاف أنواع مختلفة من البكتيريا إلى عملية التخمير لإعطاء النكهة المرغوبة للمنتجات الغذائية.

• 
  يستخدم في إنتاج فيتامين سي
  

فيتامين ج أو حمض الأسكوربيك من العناصر الغذائية الأساسية للغاية للإنسان، ويتم إنتاج فيتامين سي في خطوتين من خلال عملية التخمير. يتم تحويل D- السوربيتول إلى L- سوربوز ويتم تحويل L- سوربوز إلى حمض L- أسكوربيك (فيتامين ج).

وتعمل بكتريا البكتيريا الغلُوكُونيَّة Gluconobacter oxydans كوسيط في تلك العملية، وهذا هو سبب أهمية التخمير في إنتاج فيتامين سي.

• 
  يستخدم في إنتاج الوقود
  

إن التخمير ينتج أساسًا كحول الإيثيل أو الإيثانول، ويستخدم هذا الإيثانول في إنتاج Gasohol  البنزين الكحولي، وهو مزيج من

البنزين

والكحول.

ويستخدم Gasohol كوقود للسيارات في الولايات المتحدة، وهو يساعد في تقليل تلوث الهواء.

أيضًا يتم إنتاج عن طريق التخمير من خلال عمل بكتريا ميثانية رزمية Methonosarcina و Methanothrix، حيث تقوم هذه السلالات بتحويل الأسيتات أو الفورمات إلى ميثان. [2]

• 
  معالجة مياه الصرف الصحي
  

تلعب عملية التخمير دورًا مهمًا في معالجة مياه الصرف الصحي، في عملية الحمأة المنشطة ، تقوم البكتيريا الهوائية بإذابة المواد العضوية في مياه الصرف من خلال عملية التخمير.

• 
  التطبيقات الطبية للتخمر
  

يستخدم التخمر لإنتاج عدة أنواع من العقاقير والمستحضرات الصيلانية الهامة، منها:

• الأنسولين
• هرمونات النمو
• المضادات الحيوية
• إنتاج اللقاحات
• إنتاج الانترفيرون

الفوائد الصحية للتخمر

إن تناول المواد الغذائية التي تم صنعها بواسطعة عملية التخمر له عدة فوائد صحية هامة، منها:

• 
  تكون غنية بالبروبوبيوتك
  

ويمكن أن تساعد البروبيوتك على إستعادة توازن البكتريا النافعة في الأمعاء وهذا يساعد في تحسين صحة الجهاز الهضمي وحل بعض مشاكله.

• 
  يجعل
  
  الطعام
  
  أسهل في الهضم
  

تساعد عملية التخمر في تكسير العناصر الغذائية الموجودة في الطعام، مما يجعل هضمها أسهل من نظيراتها غير المختمرة، على سبيل المثال ، يتم تكسير اللاكتوز وهو السكر الطبيعي الموجود في الحليب أثناء التخمر إلى سكريات أبسط  مثل الجلوكوز والجالاكتوز

• 
  تقوي جهاز
  
  المناعة
  
  

نظرًا لأن الأطعمة المخمرة تحتوي على نسبة عالية من البروبيوتيك فإن تناولها يساعد في تعزيز جهاز المناعة وتقلل من خطر الإصابة بعدوى مثل نزلات البرد.[3]