Co to jest fermentacja w chemii?

Fermentacja jest procesem stosowanym do produkcji wina, piwa, Jogurt i inne produkty. Oto spojrzenie na proces chemiczny zachodzący podczas fermentacji.

Fermentacja to proces metaboliczny, w którym organizm przekształca węglowodany, takie jak skrobia lub a cukier, w alkohol lub kwas. Na przykład drożdże przeprowadzają fermentację w celu uzyskania energii poprzez przekształcenie cukru w ​​alkohol. Bakterie przeprowadzają fermentację, przekształcając węglowodany w kwas mlekowy. Badanie fermentacji nazywa się zymologia.

Termin „ferment” pochodzi od łacińskiego słowa fervere, co oznacza „gotować”. Fermentację opisali alchemicy z końca XIV wieku, ale nie w nowoczesnym tego słowa znaczeniu. Proces chemiczny fermentacji stał się przedmiotem badań naukowych około 1600 roku.

Fermentacja jest procesem naturalnym. Ludzie stosowali fermentację do wytwarzania produktów takich jak wino, miód pitny, ser i piwo na długo przed poznaniem procesu biochemicznego. W latach 50. i 60. XIX wieku

Większość ludzi zdaje sobie sprawę z jedzenia i napojów, które są produktami fermentacji, ale może nie zdawać sobie sprawy, że wiele ważnych produktów przemysłowych powstaje w wyniku fermentacji.

• piwo
• Wino
• Jogurt
• Ser
• Niektóre kwaśne potrawy zawierające kwas mlekowy, w tym kapusta kiszona, kimchi i pepperoni
• Chleb zakwasiony przez drożdże
• Oczyszczanie ścieków
• Niektóre przemysłowe produkcje alkoholu, takie jak biopaliwa
• Wodór

Drożdże i niektóre bakterie przeprowadzają fermentację etanolu, w której pirogronian (z metabolizmu glukozy) jest rozkładany na etanol i dwutlenek węgla. Równanie chemiczne netto dla produkcji etanolu z glukozy jest następujące:

do₆H.₁₂O₆ (glukoza) → 2 ° C₂H.₅OH (etanol) + 2 CO₂ (dwutlenek węgla)

Fermentacja etanolem wykorzystywała produkcję piwa, wina i chleba. Warto zauważyć, że fermentacja w obecności wysokiego poziomu pektyny powoduje wytwarzanie niewielkich ilości metanolu, który jest toksyczny po spożyciu.

Cząsteczki pirogronianu z metabolizmu glukozy (glikolizy) można fermentować do kwasu mlekowego. Fermentacja kwasu mlekowego służy do przekształcania laktozy w kwas mlekowy w produkcji jogurtu. Występuje również w mięśniach zwierząt, gdy tkanka wymaga energii szybciej, niż można dostarczyć tlen. Kolejnym równaniem do produkcji kwasu mlekowego z glukozy jest:

do₆H.₁₂O₆ (glukoza) → 2 CH₃CHOHCOOH (kwas mlekowy)

Wytwarzanie kwasu mlekowego z laktozy i wody można podsumować następująco:

do₁₂H.₂₂O₁₁ (laktoza) + H₂O (woda) → 4 CH₃CHOHCOOH (kwas mlekowy)

Proces fermentacji może dać wodór i metan.

Archae metanogenne ulegają reakcji nieproporcjonalnej, w której jeden elektron jest przenoszony z karbonyl grupy kwasu karboksylowego do grupy metylowej kwasu octowego z wytworzeniem metanu i dwutlenku węgla gaz.

Wiele rodzajów fermentacji daje wodór. Produkt może być wykorzystywany przez organizm do regeneracji NAD⁺ z NADH. Wodór może być stosowany jako substrat przez reduktory siarczanów i metanogeny. Ludzie doświadczają produkcji wodoru przez bakterie jelitowe, produkując flatus.

• Fermentacja jest procesem beztlenowym, co oznacza, że ​​nie wymaga tlenu, aby wystąpić. Jednak nawet gdy jest dużo tlenu, komórki drożdży wolą fermentację niż oddychanie tlenowe, pod warunkiem, że dostępna jest wystarczająca ilość cukru.
• Fermentacja zachodzi w układzie pokarmowym ludzi i innych zwierząt.
• W rzadkich schorzeniach zwanych syndromem fermentacji jelit lub syndromem auto-browarnictwa fermentacja w przewodzie pokarmowym człowieka prowadzi do zatrucia produkcją etanolu.
• Fermentacja zachodzi w ludzkich komórkach mięśniowych. Mięśnie mogą wydatkować ATP szybciej niż tlen może być dostarczony. W tej sytuacji ATP powstaje w wyniku glikolizy, która nie wykorzystuje tlenu.
• Chociaż fermentacja jest powszechną ścieżką, nie jest to jedyna metoda stosowana przez organizmy w celu uzyskania energii beztlenowej. Niektóre systemy używają siarczanu jako końcowego akceptora elektronów w łańcuch transportu elektronów.

• Hui, Y. H. (2004). Podręcznik konserwacji i przetwórstwa warzyw. Nowy Jork: M. Dekker. p. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobiologia (Wydanie 6). Nowy Jork: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). Życie, nauka o biologii (Wydanie 7). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates. pp. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Podręcznik miejscowej żywności fermentowanej (Wydanie drugie). CRC Press. ISBN 9781351442510.