Fermentatie: het oudste biotechnologische hulpmiddel van de mensheid (2023)

Abstract

Fermentatie is een proces waarbij suikers worden omgezet in een nieuw product door chemische reacties die worden uitgevoerd door micro-organismen. Sinds de oudheid hebben mensen geprofiteerd van het natuurlijke fermentatieproces om veel producten te ontwikkelen, waaronder voedsel, medicijnen en brandstoffen. In dit artikel gaan we dieper in op de geschiedenis van fermentatie en laten we zien waarom dit natuurlijke proces het oudste biotechnologische hulpmiddel van de mens is. Dit artikel helpt je de verschillende soorten fermentatie en de huidige toepassingen van het fermentatieproces te begrijpen.

Het belang van gisting in de menselijke beschaving

Fermentatie is een natuurlijk proces dat suikers omzet in producten die nuttig kunnen zijn voor de mens. De geschiedenis van fermentatie begint al in 10.000 v.G.T., toen de eerste menselijke beschaving ontstond in een regio die de vruchtbare halve maan wordt genoemd (het huidige Midden-Oosten). Mensen hadden toen nog niet de wetenschappelijke kennis van nu, maar ze waren nog steeds in staat om de wereld te analyseren en technologie te ontwikkelen. Carl Sagan, een beroemde wetenschapper, zei ooit dat elk kind begint als een geboren wetenschapper. Dat betekent dat iedereen tools kan ontwikkelen die het menselijk leven kunnen verbeteren! Is dat niet ongelooflijk? Oude mensen hebben deze bewering bewezen, geïllustreerd door hun ontwikkeling van een van de belangrijkste hulpmiddelen in de biologie: fermentatie.

Sinds die oudheid wordt fermentatie voornamelijk gebruikt als hulpmiddel voor het bewaren van voedsel. Vanaf ongeveer 5000 v.Chr. produceerden Sumeriërs en Egyptenaren veel voedsel met behulp van fermentatie, zoals brood, wijn en bier. Ze hadden niet de kennis om precies uit te leggen hoe die producten werden gemaakt, noch waarom fermentatie plaatsvond. Daarom beschouwden ze fermentatie gewoonlijk als een wonder dat door hun goden was geleverd. Kun je je een wereld voorstellen met zo weinig verklaringen? In de negentiende eeuw stelde de wetenschapper Louis Pasteur voor dat fermentatie plaatsvindt door de aanwezigheid vanmicro-organismen. Micro-organismen, waaronder bacteriën en gisten, zijn kleine levende cellen die we niet met het blote oog kunnen zien. Pasteur ontdekte ook dat verschillende bacteriën verschillende soorten fermentatie uitvoeren. Op basis daarvan is het mogelijk om verschillende eindproducten te verkrijgen, zoals zal blijken in de derde sessie van dit artikel.

Het gebruik van fermentatie is een van de belangrijkste bijdragen aan de ontwikkeling van de mensheid. In feite kan het worden beschouwd als het allereerste gebruik vanbiotechnologie. Biotechnologie is het gebruik van levende systemen of levende organismen om een ​​technologie te ontwikkelen. Fermentatie laat ons zien dat micro-organismen een geweldige biotechnologische hulpbron kunnen zijn. Tegenwoordig blijft fermentatie essentieel voor veel van de industrieën die de menselijke samenleving ondersteunen, net zoals het was in 10.000 v.G.T.! Door de groeiende wereldbevolking is er een vraag naar voedsel ontstaan, waardoor fermentatie op veel grotere schaal is toegepast om aan de nieuwe voedselbehoefte te voldoen. Sinds de tijd dat het voor het eerst werd ontwikkeld, is de fermentatietechnologie aanzienlijk vooruitgegaan en extreem belangrijk geworden voor de voedselketen van de wereld [1].

Hoe vindt fermentatie plaats?

Heb je er ooit over nagedacht wat het betekent om te ademen? Ademen is hoe de cellen de energie krijgen om in leven te blijven, met behulp van zuurstof (O2). Het is moeilijk om na te denken over leven zonder te ademen, nietwaar? Nou, dit is het geval voor sommige kleine wezens! Veel micro-organismen kunnen groeien en leven zonder O2, en dit is mogelijk dankzij fermentatie. Fermentatie is een proces waarbij suikers worden gebruikt om energie op te wekken voor levende cellen. Bovendien wordt deze energie verkregen zonder de noodzaak van O2, aangezien het eenanaerobe route. Het vertegenwoordigt dus een alternatieve manier om aan energie te komen! Fermenterende micro-organismen en hun bijproducten bepalen het fermentatietype. Er zijn twee hoofdsoorten fermentatie, genaamdmelkzuur fermentatieEnalcoholische gisting(Figuur 1) [2]. Beide soorten fermentatie zijn essentieel voor vele doeleinden die nuttig zijn voor de mens. Het begrijpen van deze fermentatieprocessen is dus van fundamenteel belang voor het verbeteren van de productie van veel waardevolle producten [3].

Fermentatie: het oudste biotechnologische hulpmiddel van de mensheid (1)

Melkzuurfermentatie begint met een suiker genaamd lactose (Figuur 1A). Sommige micro-organismen, bekend als melkzuurbacteriën, gebruiken lactose om energie te verkrijgen. Fermentatie van één molecuul lactose produceert twee moleculen melkzuur, twee moleculen vanATP(de meest bruikbare energiebron in levende wezens), en twee watermoleculen. Bacteriën beldenLactobacilluszijn de meest voorkomende soorten die in industrieën worden gebruikt voor melkzuurfermentatie. Weet je nog hoe we zeiden dat mensen in de oudheid fermentatie gebruikten om voedsel te bewaren? Tegenwoordig weten we dat dit mogelijk is door de productie van melkzuur, dat de groei van andere micro-organismen remt en voorkomt dat ongewenste bacteriën het voedsel gaan rotten.

Alcoholische gisting wordt gebruikt door gisten, schimmels en sommige bacteriën. Het gebruikt een suiker genaamd glucose (Figuur 1B). Fermentatie van één molecuul glucose produceert twee moleculen ATP, twee moleculen van de alcohol genaamdethanol, twee moleculen CO2, en twee moleculen water. Het meest voorkomende micro-organisme dat in industrieën wordt gebruikt voor alcoholische gisting is de gistSaccharomyces cerevisiae. Een merkwaardig feit over alcoholische gisting is dat de productie van CO2gas tijdens alcoholische gisting is wat dit proces zijn naam gaf. Het woord "fermentatie" komt van het Latijnse woord "fervere", wat koken betekent. De bubbels van CO2geproduceerd tijdens het fermentatieproces zorgen ervoor dat de vloeistof eruitziet alsof hij kookt. Je kunt thuis fermentatie observeren met het eenvoudige experiment beschreven inFiguur 2.

Fermentatie: het oudste biotechnologische hulpmiddel van de mensheid (2)

Biotechnologische toepassingen voor fermentatie

Realiseer je je dat fermentatie overal is (figuur 3)? Dankzij dit oeroude biotechnologische proces kunnen we luchtig brood of heerlijke yoghurt eten. Er zijn veel voedselgerelateerde toepassingen voor fermentatie. Je hebt misschien wel eens gehoord van kefir, een zuivelproduct dat wordt geproduceerd door fermentatie van melk. Het wordt gedaan met behulp van specifieke soorten micro-organismen, die een romig product produceren dat op yoghurt lijkt. Het is ook gebruikelijk om groenten te fermenteren, zoals de kool in zuurkool en kimchi, en dit kan verbazingwekkende nieuwe smaken opleveren. Ten slotte omvat de productie van kaas, waar veel mensen van houden, fermentatie als een fundamentele stap [4].

Fermentatie: het oudste biotechnologische hulpmiddel van de mensheid (3)

Er zijn drie hoofdredenen waarom fermentatie belangrijk is voor voedselproductie: transformerende aspecten, gezondheidsproblemen en het behagen van onze smaakpapillen. Met transformatieve aspecten bedoelen we de verandering van één ding - meel bijvoorbeeld - in een product dat mensen willen, zoals brood. Als een bakker zou proberen brood te maken zonder gist te gebruiken, zou het eindproduct een harde, zware consistentie hebben in plaats van luchtig te zijn, zoals we van brood verwachten. De CO2gas geproduceerd door fermentatie is fundamenteel voor de textuur en smaak van het brood. Heb je ooit gedacht dat sommige micro-organismen ons gezonder kunnen maken? Goed,probioticazijn producten die precies dat kunnen. Probiotica zijn micro-organismen die het welzijn en de darmgezondheid kunnen verbeteren. Door het voedsel in onze darmen te fermenteren, kunnen deze vriendelijke bacteriën groeien en remmenziekteverwekkergroei, wat resulteert in een gezonder maag-darmkanaal. Ten slotte kan fermentatie een lust zijn voor onze smaakpapillen, omdat dit proces nieuwe en complexe smaken creëert, zoals die van yoghurt en kaas [5].

Naast toepassingen in de voedselverwerking heeft fermentatie nog vele andere biotechnologische toepassingen. Wetenschappers gebruiken fermentatie om enkele van de medicijnen te produceren die we nemen als we ziek worden, zoals medicijnen die de groei van schadelijke bacteriën en virussen kunnen vernietigen of remmen (antibiotica en antivirale middelen). Het is bijvoorbeeld tijdens het fermentatieproces dat schimmels van het geslachtPenicilliumproduceerde een van de eerste ontdekte antibiotica, penicilline, die vele duizenden levens heeft gered [6].

Had je ooit gedacht dat microben zouden worden gebruikt om brandstoffen te produceren? Wanneer mensen ethanol in hun auto stoppen, genieten ze nog een voordeel van microbiële fermentatie. Ethanolbrandstof isbiobrandstof, een alternatief voor benzine dat wordt beschouwd als een hernieuwbare energiebron. Dat wil zeggen, het kan snel en oneindig worden bijgevuld zonder dat er naar olie als bron hoeft te worden geboord. Dusisethanol gemaakt van? Ethanol kan worden gemaakt van een breed scala aan planten, zoals maïs, suikerriet of suikerbieten. Dit komt omdat deze planten suikers bevatten die door sommige gisten en bacteriën kunnen worden gebruikt om energie te leveren. Wanneer de micro-organismen de suikers onder een laag zuurstofgehalte afbreken, worden deze suikers door fermentatie omgezet in ethanol [7].

Fermentatie: Spread the Word!

In dit artikel heb je geleerd wat fermentatie is en het belang van dit biotechnologische hulpmiddel tijdens de ontwikkeling van de mensheid. Je hebt ook geleerd over verschillende belangrijke producten die zijn gemaakt met behulp van fermentatie, zowel in oude als moderne samenlevingen. De volgende keer dat u een product ziet of gebruikt dat is gemaakt met behulp van fermentatie, moet u deze informatie delen met uw familie en vrienden, zodat ook zij het enorme nut van het oudste biotechnologische hulpmiddel van de mensheid kunnen waarderen.

Woordenlijst

Micro-organismen:Organismen die niet met het blote oog te zien zijn, hebben een microscoop nodig.

Biotechnologie:De wetenschap van het maken van nieuwe of gewijzigde producten met behulp van levende organismen.

Anaerobe route:Biochemische reacties die geen aanwezigheid van zuurstof vereisen.

Melkzuurfermentatie:Biologisch proces waarbij suiker wordt omgezet in lactaat en cellulaire energie (ATP).

Alcoholische gisting:Biologisch proces waarbij suiker wordt omgezet in ethanol en cellulaire energie (ATP).

ATP:Belangrijkste energiemunt gebruikt door levende wezens.

Ethanol:Het is de meest voorkomende alcohol in ons leven.

Probiotisch:Een meestal zuivelproduct of een voedingssupplement dat micro-organismen bevat die de nuttige bacteriën die normaal in het maagdarmkanaal aanwezig zijn, vervangen of aanvullen.

ziekteverwekker:Ziekte kunnen veroorzaken.

Biobrandstof:Een type brandstof gemaakt van levend of eens levend materiaal, zoals plantaardig materiaal, dat kan dienen als vervanging voor op aardolie gebaseerde brandstoffen zoals benzine.

Belangenverstrengeling

De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd zonder commerciële of financiële relaties die kunnen worden opgevat als een mogelijk belangenconflict.

Referenties

[1]Paul Ross, R., Morgan, S., en Hill, C. 2002. Bewaring en gisting: verleden, heden en toekomst.Int. J. Voedsel Microbiol.79:3-16. doi: 10.1016/S0168-1605(02)00174-5

[2]Nelson, DL, en Cox, MM 2013.Lehninger Principes van de biochemie. 6e druk. New York, NY: WH Freeman and Company.

[3]Marco, ML, Heeney, D., Binda, S., Cifelli, CJ, Cotter, PD, Foligné, B, et al. 2017. Gezondheidsvoordelen van gefermenteerd voedsel: microbiota en meer.Curr. mening. Biotechnologie.44:94–102. doi: 10.1016/j.copbio.2016.11.010

[4]Sanlier, N., Gökcen, B. B., en Sezgin, A.C. 2019. Gezondheidsvoordelen van gefermenteerd voedsel.Crit. Eerw. Voedsel Sci. Nutr.59:506–27. doi: 10.1080/10408398.2017.1383355

[5]Zhao, C. J., Schieber, A., en Gänzle, M. G. 2016. Vorming van smaakactieve aminozuren, aminozuurderivaten en peptiden in voedselfermentaties - een overzicht.Voedsel Res. Int.89:39-47. doi: 10.1016/j.foodres.2016.08.042

[6]Rahman, M. 2013. Medische toepassingen van fermentatietechnologie.Adv. zaak. Res.810:127-57. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.810.127

[7]Sebayang, A.H., Masjuki, H.H., Ong, H.C., Dharma, S., Silitonga, A.S., Mahlia, T.M.I., et al. 2016. Een perspectief op de productie van bio-ethanol uit biomassa als alternatieve brandstof voor motoren met elektrische ontsteking.RSC Adv.6:14964-92. doi: 10.1039/C5RA24983J

Top Articles
Latest Posts
Article information

Author: Tuan Roob DDS

Last Updated: 29/08/2023

Views: 5509

Rating: 4.1 / 5 (62 voted)

Reviews: 93% of readers found this page helpful

Author information

Name: Tuan Roob DDS

Birthday: 1999-11-20

Address: Suite 592 642 Pfannerstill Island, South Keila, LA 74970-3076

Phone: +9617721773649

Job: Marketing Producer

Hobby: Skydiving, Flag Football, Knitting, Running, Lego building, Hunting, Juggling

Introduction: My name is Tuan Roob DDS, I am a friendly, good, energetic, faithful, fantastic, gentle, enchanting person who loves writing and wants to share my knowledge and understanding with you.