Kaj je fermentacija? Definicija in primeri

Definicija, zgodovina in primeri fermentacije

Dodajanje kvasa za pivo za začetek fermentacije. William Reavell / Getty Images

Fermentacija je postopek, ki se uporablja za proizvodnjo vina, piva,jogurtin drugi izdelki. Tukaj je pogled na kemični proces, ki se pojavi med fermentacijo.

Ključni zaključki: fermentacija

• Fermentacija je biokemična reakcija, ki pridobiva energijo iz ogljikovih hidratov brez uporabe kisika.
• Organizmi uporabljajo fermentacijo za življenje, poleg tega pa ima veliko komercialnih aplikacij.
• Možni produkti fermentacije vključujejo etanol, vodikov plin in mlečno kislino.

Definicija fermentacije

Fermentacija je presnovni proces, pri katerem organizem pretvori ogljikov hidrat , kot je škrob ali a sladkor , v an alkohol ali kislino. Kvas na primer izvaja fermentacijo za pridobivanje energije s pretvorbo sladkorja v alkohol. Bakterije izvajajo fermentacijo in pretvarjajo ogljikove hidrate v mlečno kislino. Študija fermentacije se imenuje zimologija .

Zgodovina fermentacije

Izraz 'ferment' izhaja iz latinske besede zavreti , kar pomeni 'vreti'. Fermentacijo so opisali alkimisti poznega 14. stoletja, vendar ne v sodobnem smislu. Kemični proces fermentacije je okoli leta 1600 postal predmet znanstvenih raziskav.

Znanstvenik Louis Pasteur. Hulton Deutsch/Sodelavec/Getty Images

Fermentacija je naraven proces. Ljudje so s fermentacijo izdelovali izdelke, kot so vino, medica, sir in pivo, dolgo preden so razumeli biokemični proces. V petdesetih in šestdesetih letih 19. stoletja Louis Pasteur postal prvi zimurgist ali znanstvenik za preučevanje fermentacije, ko je dokazal, da fermentacijo povzročajo žive celice. Vendar pa Pasteur ni bil uspešen v svojih poskusih, da bi iz celic kvasovk izločil encim, odgovoren za fermentacijo. Leta 1897 je nemški kemik Eduard Buechner zmlel kvasovke, iz njih izvlekel tekočino in ugotovil, da lahko tekočina fermentira sladkorno raztopino. Buechnerjev eksperiment velja za začetek znanosti o biokemiji in mu je leta 1907 prinesel nagrado Nobelova nagrada za kemijo .

Primeri izdelkov, ki nastanejo s fermentacijo

Večina ljudi pozna hrano in pijačo, ki sta produkt fermentacije, vendar se morda ne zaveda, da je veliko pomembnih industrijskih proizvodov rezultat fermentacije.

• Pivo
• Vino
• Jogurt
• sir
• Nekatera kisla živila, ki vsebujejo mlečno kislino, vključno s kislim zeljem, kimčijem in feferoni
• Vzhajanje kruha s kvasom
• Čiščenje odplak
• Nekatera industrijska proizvodnja alkohola, na primer za biogoriva
• Plin vodik

Fermentacija etanola

Kvasovke in nekatere bakterije izvajajo etanolno fermentacijo, kjer se piruvat (iz presnove glukoze) razgradi v etanol in ogljikov dioksid . Neto kemijska enačba za proizvodnjo etanola iz glukoze je:

C₆H₁₂O₆(glukoza) → 2 C_dvaH₅OH (etanol) + 2 CO_dva(ogljikov dioksid)

Fermentacija etanola je bila uporabljena za proizvodnjo piva, vina in kruha. Treba je omeniti, da fermentacija v prisotnosti visokih ravni pektina povzroči proizvodnjo majhnih količin metanola, ki je ob zaužitju strupen.

Mlečnokislinska fermentacija

Molekule piruvata iz presnove glukoze (glikoliza) lahko fermentirajo v mlečno kislino. Mlečnokislinska fermentacija se uporablja za pretvorbo laktoze v mlečno kislino pri proizvodnji jogurta. Pojavi se tudi v živalskih mišicah, ko tkivo potrebuje energijo hitreje, kot je lahko dobavljen kisik. Naslednja enačba za proizvodnjo mlečne kisline iz glukoze je:

C₆H₁₂O₆(glukoza) → 2 CH₃CHOHCOOH (mlečna kislina)

Proizvodnja mlečne kisline iz laktoze in vode se lahko povzame kot:

C₁₂H₂₂O_enajst(laktoza) + H_dvaO (voda) → 4 CH₃CHOHCOOH (mlečna kislina)

Proizvodnja vodika in metana

V procesu fermentacije lahko nastaneta plin vodik in metan.

Metanogene arheje so podvržene reakciji disproporcioniranja, pri kateri se en elektron prenese iz karbonilne skupine karboksilne kisline v metilno skupino ocetne kisline, da nastaneta metan in plin ogljikov dioksid.

Mnoge vrste fermentacije dajejo vodikov plin. Izdelek lahko organizem uporabi za regeneracijo NAD⁺iz NADH. Vodikov plin lahko kot substrat uporabijo sulfatni reduktorji in metanogeni. Ljudje izkusimo proizvodnjo vodikovega plina iz črevesnih bakterij,ki proizvajajo eksplozije.

Fermentacijska dejstva

• Fermentacija je anaerobni proces, kar pomeni, da za potek ne potrebuje kisika. Tudi če je kisika v izobilju, imajo celice kvasovk raje fermentacijo kot aerobno dihanje, če je na voljo zadostna količina sladkorja.
• Fermentacija poteka v prebavnem sistemu ljudi in drugih živali.
• V redkem zdravstvenem stanju, imenovanem sindrom črevesne fermentacije ali sindrom avto-pivovarne, fermentacija v človeškem prebavnem traktu povzroči zastrupitev s proizvodnjo etanola.
• Fermentacija poteka v človeških mišičnih celicah. Mišice lahko porabijo ATP hitreje, kot je mogoče dovajati kisik. V tem primeru ATP nastane z glikolizo, ki ne uporablja kisika.
• Čeprav je fermentacija običajna pot, ni edina metoda, ki jo uporabljajo organizmi za anaerobno pridobivanje energije. Nekateri sistemi uporabljajo sulfat kot končni sprejemnik elektronov v transportna veriga elektronov .

Dodatne reference

• Hui, Y. H. (2004). Priročnik za konzerviranje in predelavo zelenjave .. . New York: M. Dekker. str. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobiologija (6. izdaja). 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. izdaja). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates. strani 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Priročnik avtohtonih fermentiranih živil (2. izdaja). CRC Press. ISBN 9781351442510.