Fermentația glucozei este una dintre principalele reacții prin care este posibilă prepararea băuturilor alcoolice. Poate fi realizat în diferite moduri, în fiecare dintre ele se formează produse individuale. Acest proces joacă un rol esențial în multe domenii ale vieții noastre, de la gătit și fabricarea produselor de vin și vodcă până la reacțiile care au loc în corpul nostru.
Istorie
Procesul de fermentare a glucozei și a altor zaharuri a fost folosit de oamenii antici. Au mâncat alimente ușor fermentate. O astfel de mâncare era mai sigură, deoarece conținea alcool, în care au murit multe bacterii dăunătoare. În Egiptul antic și în Babilon, oamenii știau deja să fermenteze multe băuturi dulci și lapte. Când oamenii de la sfârșitul secolului al XVIII-lea au reușit să studieze mai bine acest proces, tipurile și posibilitățile sale de îmbunătățire, industrii precum kvasul, fabricarea berii și vin-vodca au crescut foarte calitativ.
Tipuri de fermentație
Destul de ciudat, dar acest proces este diferit. Și există tipuri de fermentare a glucozei prin produse finite. Astfel, există acid lactic, alcool, acid citric, acetonă, butiric și câteva altele. Să vorbim puțin despre fiecare tip deseparat. Fermentarea acidului lactic a glucozei este procesul principal în prepararea unor produse precum iaurt, smântână, chefir, brânză de vaci. De asemenea, este folosit pentru conservarea legumelor și îndeplinește o funcție cheie în organismul nostru: în condiții de lipsă de oxigen, glucoza este transformată în produsul final - acid lactic, care provoacă dureri musculare în timpul și după antrenament.
Fermentația alcoolică este diferită prin aceea că se formează alcool etilic ca produs final. Apare cu ajutorul microorganismelor - drojdie. Și joacă un rol cheie în gătit, deoarece pe lângă produsul principal, în timpul fermentației alcoolice a glucozei se eliberează dioxid de carbon (așa explică splendoarea aluatului de drojdie).
Fermentația acidului citric are loc, după cum ați putea ghici, odată cu formarea acidului citric. Apare sub influența unui anumit tip de ciupercă și face parte din ciclul Krebs, care asigură respirația tuturor celulelor din corpul nostru.
Fermentația acetonă-butil este foarte asemănătoare cu fermentația butirică. Ca rezultat, se formează acid butiric, alcooli butilici și etilici, acetonă și dioxid de carbon. Fermentația butirică produce doar acidul purtător de nume și dioxid de carbon.
Acum ne vom uita la toate tipurile în detaliu, dar să începem cu cel mai elementar - fermentația alcoolică a glucozei. Toate reacțiile și nuanțele cursului lor vor fi analizate în detaliu.
Fermentație alcoolică
Să spunem puțin mai multe despre fermentația glucozei, a cărei ecuație este:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Ce se poate învăța din această reacție? Avem două produse: alcool etilic și dioxid de carbon. Datorită celor din urmă, observăm umflarea aluatului de drojdie. Și datorită primei, avem ocazia să obținem un gust de neuitat de vin și băuturi de vin. Dar, de fapt, aceasta este doar o ecuație simplificată. Reacția completă de fermentare a glucozei este mai complicată, așa că haideți să o descompunem puțin.
Există un astfel de proces precum glicoliza. Literal, numele său se traduce prin „despărțirea zahărului”. Apare în organism, iar produsul său secundar este acidul piruvic, iar cel principal este adenozin trifosfat (ATP), care se formează în timpul acestei reacții dintr-un alt compus. Putem spune că ATP este purtătorul de energie din organism și, de fapt, glicoliza servește la furnizarea energiei corpului nostru.
Am atins acest proces pentru un motiv. De fapt, fermentația este foarte asemănătoare cu glicoliza, deoarece prima etapă este exact aceeași pentru ei. Se poate spune chiar că fermentația alcoolică a glucozei este o continuare a glicolizei. Piruvatul (ionul acidului piruvic) format în cursul acestuia din urmă este transformat în acetaldehidă (CH3-C(O)H) cu eliberare de dioxid de carbon ca produs secundar. După aceea, produsul rezultat este redus de coenzima NADH conținută în bacterii. Reducerea duce la formarea de alcool etilic.
Astfel, reacția de fermentație a glucozei la alcoolul etilic arată astfel:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH servește ca catalizator pentru reacție, iar ionul NAD+joacă un rol cheie în stadiul incipient al glicolizei și, format la sfârșitul fermentației alcoolice, revine la proces.
Să trecem la următorul tip de reacție aflat în studiu.
Fermentația acidului lactic a glucozei
Această specie diferă de alcool prin faptul că apare nu sub influența drojdiei, ci cu ajutorul bacteriilor de acid lactic. Prin urmare, avem produse complet diferite. Fermentația acidului lactic are loc și în mușchii noștri atunci când muncim din greu și ne lipsește oxigenul.
Există două tipuri de acest proces. Prima este fermentația homofermentativă. Dacă ați auzit vreodată prefixul „homo”, atunci probabil că înțelegeți ce înseamnă. Fermentația homofermentativă este un proces care implică o singură enzimă. În prima etapă are loc glicoliza și se formează acid piruvic. Apoi piruvatul rezultat (în soluție acest acid poate exista doar sub formă de ioni) este supus hidrogenării folosind NADH+H și lactat dehidrogenază. Ca urmare, produsul de reducere este acidul lactic, care reprezintă aproximativ 90% din toți produsele obținute în timpul reacției. Acest compus, totuși, poate fi format și sub formă de doiizomeri diferiți: D și L. Aceste tipuri diferă prin faptul că sunt imagini în oglindă unul ale celuil alt și, ca urmare, ne afectează corpul în moduri diferite. Care izomer se va forma într-o măsură mai mare determină structura lactat dehidrogenazei.
Să trecem la al doilea tip de fermentație a acidului lactic - heterofermentativă. Acest proces implică mai multe enzime și urmează o cale mai complexă. Din această cauză, în timpul reacției se formează mai mulți produși diferiți: pe lângă acidul lactic, acolo putem găsi acid acetic și alcool etilic.
Deci am luat în considerare fermentația acidului lactic. Acesta este procesul prin care ne putem bucura de gustul brânzei de vaci, al laptelui coagulat, al laptelui copt fermentat și al chefirului. Să rezumam și să scriem reacția generală a fermentației acidului lactic a glucozei: C6H12O6=2 C 3H6O3. Desigur, aceasta este o diagramă simplificată a procesului de fermentație homofermentativă, deoarece chiar și diagrama unui proces de fermentație heterofermentativă va fi foarte complexă. Chimiștii încă studiază fermentația lactică a glucozei și elucidează întregul mecanism al acesteia, așa că mai este loc de îmbunătățire.
Fermentarea acidului citric
Reacțiile acestui tip de fermentație apar, ca și în cazul alcoolului, sub acțiunea ciupercilor dintr-o anumită tulpină. Mecanismul complet al acestei reacții nu este încă pe deplin înțeles și ne putem baza doar pe câteva simplificări. Cu toate acestea, există sugestii că etapa inițială a procesului este glicoliza. Apoi acidul piruvic este transformat înse transformă în diverși acizi și ajunge la citric. Datorită acestui mecanism, în mediul de reacție se acumulează alți acizi - produse ale oxidării incomplete a glucozei.
Acest proces are loc sub influența oxigenului și, în termeni generali, poate fi scris ca următoarea ecuație: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Înainte de a fi descoperit acest tip de fermentație, oamenii extrageau acidul citric exclusiv prin presarea fructelor arborelui corespunzător. Cu toate acestea, acest acid nu este mai mare de 15% în lămâie, așa că această metodă s-a dovedit a fi nepractică, iar după descoperirea acestei reacții, tot acidul a început să fie obținut prin fermentație.
Fermentație butirică
Să trecem la următorul tip. Acest tip de fermentație are loc sub acțiunea bacteriilor acidului butiric. Sunt răspândite, iar procesul pe care îl provoacă joacă un rol cheie în ciclurile importante din punct de vedere biologic. Cu ajutorul acestor bacterii are loc descompunerea organismelor moarte. Acidul butiric format în timpul reacțiilor atrage captatorii cu mirosul său.
Acest tip de fermentație este folosit în industrie. După cum ați putea ghici, primesc acid butiric. Esterii săi sunt folosiți pe scară largă în parfumerie și au un miros plăcut, spre deosebire de ei. Cu toate acestea, fermentația butirică nu este întotdeauna benefică. Poate strica legumele, conservele, laptele și alte produse. Dar acest lucru se poate întâmpla numai dacă bacteriile de acid butiric au intrat în produs.
Să analizăm mecanismul butiriculuifermentarea glucozei. Reacția lui arată astfel: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Ca urmare, se generează și energie, care asigură activitatea vitală a bacteriilor butirice.
Fermentație cu acetonă-butil
Acest tip este foarte asemănător cu butiric. Nu numai glucoza, ci și glicerolul și acidul piruvic pot fermenta în acest fel. Acest proces poate fi împărțit în două etape: prima (numită uneori acidă) este de fapt fermentația butirică. Cu toate acestea, pe lângă acidul butiric, se eliberează și acidul acetic. Ca urmare a fermentației glucozei în acest fel, obținem produse care trec în a doua etapă (acetonobutil). Întrucât întreg acest proces are loc și sub acțiunea bacteriilor, atunci când mediul este acidulat (creșterea concentrației de acizi), enzime speciale sunt eliberate de bacterii. Acestea induc conversia produselor de fermentare a glucozei în n-butanol (alcool butilic) și acetonă. În plus, poate fi produs și etanol.
Alte tipuri de fermentație
Pe lângă cele cinci tipuri de acest proces enumerate, mai există câteva. De exemplu, aceasta este fermentația acetică. De asemenea, apare sub acțiunea multor bacterii. Acest tip de fermentație poate fi folosit în scopuri utile la decapare. Protejează alimentele de bacteriile patogene și periculoase. Există și fermentații alcaline sau metanice. Spre deosebire de tipurile anterioare, acest tipfermentația poate fi efectuată pentru majoritatea compușilor organici. Ca rezultat al unui număr mare de reacții complexe, substanțele organice sunt împărțite în metan, hidrogen și dioxid de carbon.
Rol biologic
Fermentația este cea mai veche modalitate de a obține energie de către organismele vii. Unele creaturi produc substante organice, primind energie pe parcurs, in timp ce altele distrug aceste substante, primind si energie. Întreaga noastră viață este construită pe asta. Și în fiecare dintre noi, fermentația are loc într-o formă sau alta. După cum am spus mai sus, fermentația acidului lactic are loc în mușchi în timpul antrenamentului intens.
Ce altceva de citit?
Dacă sunteți interesat de biochimia acestui proces foarte interesant, ar trebui să începeți cu manuale școlare de chimie și biologie. Multe manuale universitare sunt atât de detaliate încât, după ce le citești, poți deveni doar un expert în acest domeniu.
Concluzie
Aici ajungem la final. Am analizat toate tipurile de fermentație a glucozei și principiile generale ale acestor procese, care joacă un rol foarte important atât în funcționarea organismelor vii, cât și în industria noastră. Este posibil ca în viitor să descoperim mai multe tipuri din acest proces străvechi și să învățăm cum să le folosim în avantajul nostru, așa cum am făcut cu cele deja cunoscute nouă.
