Fermentacija je postopek, ki se uporablja za proizvodnjo vina, piva, jogurt in drugih izdelkov. Tu je pogled na kemični postopek, ki se zgodi med fermentacijo.
Definicija fermentacije
Fermentacija je presnovni proces, v katerem organizem pretvarja ogljikov hidrat, kot je škrob ali a sladkorja, v an alkohol ali kislina. Na primer, kvas izvaja fermentacijo, da pridobi energijo s pretvorbo sladkorja v alkohol. Bakterije izvajajo fermentacijo in pretvarjajo ogljikove hidrate v mlečno kislino. Študija fermentacije se imenuje zimologija.
Zgodovina fermentacije
Izraz "ferment" izvira iz latinske besede goreč, kar pomeni "vreti." Fermentacijo so opisali alkimisti poznega 14. stoletja, vendar ne v modernem smislu. Kemični proces fermentacije je postal predmet znanstvenih raziskav okoli leta 1600.
Fermentacija je naraven proces. Ljudje so uporabili fermentacijo za pripravo izdelkov, kot so vino, medica, sir in pivo, veliko preden je bil biokemični postopek razumljen. V 1850-ih in 1860-ih
Louis Pasteur postal prvi zymurgist ali znanstvenik za preučevanje fermentacije, ko je pokazal, da so fermentacijo povzročile žive celice. Vendar Pasteur ni bil uspešen v svojih poskusih, da bi iz celic kvasovk izvlekel encim, odgovoren za fermentacijo. Leta 1897 je nemški kemik Eduard Buechner zmlel kvasovke, iz njih odvzel tekočino in ugotovil, da lahko tekočina fermentira sladkorno raztopino. Buechnerjev poskus velja za začetek znanosti o biokemiji, s čimer je zaslužil leta 1907 Nobelova nagrada za kemijo.Primeri izdelkov, ki nastanejo s fermentacijo
Večina ljudi se zaveda hrane in pijač, ki so fermentacijski proizvodi, vendar morda ne pozna več pomembnih industrijskih izdelkov, ki izhajajo iz fermentacije.
- Pivo
- Vino
- Jogurt
- Sir
- Določena kisla hrana, ki vsebuje mlečno kislino, vključno z zeljo, kimchi in feferoni
- Krušno kvašenje s kvasovkami
- Čiščenje odplak
- Nekatera industrijska proizvodnja alkohola, na primer za biogoriva
- Vodikov plin
Fermentacija etanola
Kvas in nekatere bakterije izvajajo fermentacijo etanola, kjer se piruvat (iz presnove glukoze) razbije v etanol in ogljikov dioksid. Neto kemijska enačba za proizvodnjo etanola iz glukoze je:
C6H12O6 (glukoza) → 2 C2H5OH (etanol) + 2 CO2 (ogljikov dioksid)
Etanol s fermentacijo uporablja za proizvodnjo piva, vina in kruha. Omeniti velja, da fermentacija ob visoki koncentraciji pektina povzroči nastanek majhnih količin metanola, ki je strupen, če ga uživamo.
Fermentacija mlečne kisline
Molekule piruvata zaradi presnove glukoze (glikolize) lahko fermentirajo v mlečno kislino. Fermentacija mlečne kisline se uporablja za pretvorbo laktoze v mlečno kislino v proizvodnji jogurta. Pojavlja se tudi v živalskih mišicah, kadar tkivo potrebuje energijo hitreje, kot ga lahko priskrbi kisik. Naslednja enačba za proizvodnjo mlečne kisline iz glukoze je:
C6H12O6 (glukoza) → 2 CH3CHOHCOOH (mlečna kislina)
Proizvodnja mlečne kisline iz laktoze in vode je mogoče povzeti kot:
C12H22O11 (laktoza) + H2O (voda) → 4 CH3CHOHCOOH (mlečna kislina)
Proizvodnja vodika in metana
Pri postopku fermentacije lahko pride do plina vodika in metana.
Metanogena arheja je izpostavljena disproporcionalni reakciji, v kateri se en elektron prenese iz a karbonil skupine karboksilne kisline v metilno skupino ocetne kisline, da dobimo metan in ogljikov dioksid plina.
Mnoge vrste fermentacije dajejo vodikov plin. Zdravilo lahko uporablja zdravilo za obnavljanje NAD+ iz NADH. Plin vodik lahko kot substrat uporabljamo sulfatni reduktorji in metanogeni. Ljudje doživljamo proizvodnjo vodikovega plina iz črevesnih bakterij, proizvaja ploskev.
Dejstva fermentacije
- Fermentacija je anaerobni postopek, kar pomeni, da ne potrebuje kisika, da bi prišlo. Kljub temu, da je kisika v izobilju kisline, imajo kvasne celice raje fermentacijo kot aerobno dihanje, če je na voljo zadostna zaloga sladkorja.
- Fermentacija se pojavi v prebavnem sistemu ljudi in drugih živali.
- V redkem zdravstvenem stanju, imenovanem sindrom fermentacije črevesja ali sindrom avto-pivovarstva, fermentacija v človeškem prebavnem traktu vodi do zastrupitve s proizvodnjo etanola.
- Fermentacija se pojavi v človeških mišičnih celicah. Mišice lahko trošijo ATP hitreje, kot je mogoče zagotoviti kisik. V tej situaciji se ATP proizvaja z glikolizo, ki ne uporablja kisika.
- Čeprav je fermentacija običajna pot, to ni edina metoda, ki jo organizmi pridobivajo anaerobno. Nekateri sistemi uporabljajo sulfat kot končni sprejemnik elektronov v elektronska transportna veriga.
Dodatne reference
- Hui, Y. H. (2004). Priročnik za ohranjanje in predelavo zelenjave. New York: M. Dekker. str. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
- Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobiologija (6. izd.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
- Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). Življenje, znanost o biologiji (7. izd.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. pp 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
- Steinkraus, Keith (2018). Priročnik avtohtone fermentirane hrane (2. izd.). CRC Pritisnite. ISBN 9781351442510.