จุลินทรีย์ทีÉใช้ในการผลิตอาหาร · Definition FSN 321 Fermentation เป...

จุลินทรีย์ทีใช้ในการผลิตอาหาร

ธนัท อมาตยกุล

FSN 321

Outline

FSN 321

จุลินทรีย์กับอาหาร

ตัวอย่างประวัติศาสตร์การใช้เชื อจุลินทรีย์ในอาหาร

ประเภทของเชื อจุลินทรีย์ทีใช้ในการผลิตอาหาร

กลไกหลักของเชื อจุลินทรีย์ทีใช้ในการผลิตอาหาร

เชื อจุลินทรีย์ทีมีประโยชน์ในระบบทางเดินอาหาร

Definition

FSN 321

Fermentation

เปนกระบวนการเปลี่ยนแปลงของสารอนิทรียซึ่งสามารถเกดิไดท้ังในสภาวะ

Anaerobic-alcoholic fermentation/lactic acid fermentation

Aerobic-acetic acid fermentation

ไมมีเช้ือจุลินทรีย-starch hydrolysis

Food Fermentation

กระบวนการเปล่ียนแปลงของสารอนิทรียซึ่งจะไดผลผลิตหรือผลพลอยไดเปนอาหาร

ประโยชน

ช่วยรักษาอาหารให้อยู่ได้นานขึ น, มีอาหารในยามขาดแคลน, เพิ มคุณค่าทางอาหาร, ป้องกัน

การปนเปือนของเชื อโรคอืน, กลินรสทีดี

Fermented food

FSN 321

ตองมเีชื้อจุลนิทรยีเขามาเก่ียวของ

อาจเปนกระบวนการที่ใชเพยีงแคเอ็นไซม

ผลติภัณฑไดจากการเปลี่ยนแปลงทางชวีเคมี

ทําใหอาหารมีคุณคาทางโภชนาการมากขึ้น ปลอดภัยมากขึ้น มรีสชาติดี

ขึ้น

สรางกรด/สารใหกลิ่น/แอลกอฮอล/ใชแหลงอาหารสําหรับเชื้อปนเปอน

เปนกระบวนการที่เกิดขึ้นโดยความบังเอิญในอดตี เชน

cheese/yogurt/wine/beer/bread/soy sauce etc.

มักจะเปน art มากกวา science

ประวัติศาสตร์ของอาหารหมัก

FSN 321

อาหารหมักเกิดเองในธรรมชาติ โดยเฉพาะในอดีต (นมเปรี ยว ไวน์)

การค้นนพบมักเกิดโดยบังเอิญ

Wine เป็นอาหารหมักทีมีหลักฐานการค้นพบเป็นอาหารหมักแรก เกิดขึ นประมาณ

8500-4000 ปีก่อนคริสตกาล

การเกิดขึ นของอาหารหมักในประเทศแถบตะวันออกก็เกิดขึ นในเวลาใกล้เคียงกัน

FSN 321

Food Fermentation

FSN 321

ในกระบวนการหมักแบบธรรมชาตนิั้นเชื้อจุลินทรยีที่เจรญิเตบิโตไดกอนมักจะ

เปนเชื้อ lactic acid bacteria ซึ่งจะสรางกรดอนิทรยีและสาร antibacterial

ปองกัน harmful bacterial

จากนั้นเชื้ออื่นๆเชน ยีสต จะเจรญิตามมาในชวงหลัง

เชื้อราจะเจรญิเตบิโตไดดีในที่ที่ม ีoxygen และที่มคีวามชื้นที่เหมาะสมเทานั้น

Microorganisms in Food Fermentation

FSN 321

มกีารเตมิลงไป หรือ เปนเชื้อท่ีมอียูแลวในธรรมชาติ

อยางไรก็ตามการผลติอาหารหมักในปจจุบันมักใชเชื้อบรสิุทธิเ์พราะควบคุมงาย

ไดผลติภัณฑตามตองการ

FSN 321

FSN 321

FSN 321

Microbial metabolism

FSN 321

เชื้อจุลนิทรยีตองการสารอาหารเพื่อเปลี่ยนเปนพลังงานใชในกระบวนการตางๆ

แตกตางกันตามชนิดของเชื้อจุลนิทรยี Phototrophs: ใชแสงเปนแหลงของพลังงาน/CO2 เปน c-source

Lithotrophs: oxidation of inorganics

Chemotrophs: ไดพลังงานจาก oxidation of chemicals

Organotrophs: ไดพลังงานจาก oxidation of organic molecules กรดอะมิโน, เปปไทด, โปรตีน

น้ําตาล, โพล่ีแซคาไรด, แปง

ไขมัน

วติามิน

Microbial and nutrients

FSN 321

สารอาหารจําเปนตองถูกถายทอดเขาไปในเซลของเชื้อจุลินทรยี

จําเปนตองถูกยอยดวยเอ็นไซมกอนถาโมเลกุลมีขนาดใหญมาก

ถูกนําเขาโดย Passive transport (not good ขึ้นกับความตางของความเขมขน)

ถูกนําเขาโดย permease (จะถูกสรางเม่ือตองการ) และ Active transport (ใชพลังงาน

ในการนําเขาหรือเอาออก)

Metabolic events

FSN 321

โดยท่ัวไปจะประกอบดวยกระบวนการยอยสลาย (catabolism) เพื่อใหได

พลังงานมาใชในข้ันตอนการผลิตสาร (anabolism)

Breakdown

Proteins to Amino Acids, Starch to Glucose

Synthesis

Amino Acids to Proteins, Glucose to Starch

Catabolism

Anabolism

FSN 321

Catabolisms

FSN 321

Catabolism of sugar : Embden-Meyerhof-Parnas (EMP)

Dihydroxyacetone phosphateGlucose (C6)

Glucose-6-phosphate (C6)

Fructose-6-phosphate (C6)

Fructose-1,6-phosphate (C6)

Glyceraldehyde 3-phosphate (2C3)

1,3 Diphosphoglyceric acid (2C3)

3 Phosphoglyceric acid (2C3)

2 Phosphoglyceric acid (2C3)

Phospho-enolpyruvic acid (2C3)

Pyruvic acid (2C3)

2 ADP

2 ATP

H2O

2 ADP

2 ATP

2-Phosphate2 NAD

2 NADH + 2H+ATP

ADP

ATP

ADP

Catabolism

FSN 321

Entner-Denduroff pathway

Glucose 6-phosphate

6-Phosphogluconolactone

6-Phosphogluconate

2-Keto-3-deoxy 6-phosphogluconate

Pyruvate Glyceraldehyde 3-phosphate

EMP pathway

NADP

NADPH

H2O

H2O

FSN 321

Catabolism

FSN 321

เชื้อจุลินทรยีจะเปล่ียนน้ําตาลเปนสารที่มโีมเลกุลเล็กลงโดยจะปลอยพลังงาน

ออกมากในกระบวนการ นอกจากนี้ยังใช NAD เปล่ียนเปน NADH

ระหวางกระบวนการ Glycolysis หรอื EMP pathway จะทําใหไดพลังงาน

ท้ังหมด 2 ATP

ในเชื้อจุลินทรยีบางชนดิ จะใช pathway อื่นๆ เชน Entner Denduroff

pathway

อยางไรก็ตามเชื้อตองการการ recycling ของ NAD

Catabolism

FSN 321

Kreb’s cycle / Tricarboxylic acid cycle

เกิดในกรณีท่ีมี oxygen ใหพลังงานสูงในกรณีท่ีตองการเพิ่มจํานวนเซลลในปรมิาณ

มาก เกิดจากการถายทอดโปรตรอนบริเวณผนังของ mitochondria (Eu)/Plasma

membrane (Pro)

Pyruvate

FSN 321

Anabolism

FSN 321

Pyruvate จะถูกเปล่ียนเปนสาร macromolecule

FSN 321

Probiotics

• Live micro-organisms (single or mixed culture) which

when administered in adequate number confer a health

benefit on the host (FAO/WHO 2001)

• Functional foods:

FSN 321

Benefits from ingestion of probiotics

• Improving the intestine microbial balance

• Producing lactase (lactose intolerance)

• Strengthening the immune system

• Reducing risk of colon cancer in human

• Aiding in treatment of food allergies

• Lowering blood cholesterol levels

• Reducing blood pressure

• Treatment of diarrhoea

FSN 321

• New evidence inactive MO. Can provide health benefit

• 2 requirement for MO. to be classified as probiotics

– Safety

– Specific health claim

• The suggested concentration for probiotic bacteria is 106 CFU/g of a product (throughout shelf-life of product)

• Human origin

• Mostly found in gut, specifically large intestine

• Approximately 30-50% of gut content are bacteria

• Some 500 species

Probiotics

FSN 321

http://sgugenetics.pbworks.com/w/page/79141487/Factors%20Affecting%20Gut%20Microbiome

FSN 321

http://www.precisionnutrition.com/research-review-gut-bacteria

FSN 321

FSN 321