5 употреби на ферментация

Ферментацията е химичен процес, при който въглехидратите като нишесте и глюкоза се разграждат анаеробно. Ферментацията има много ползи за здравето и се използва при производството на алкохолни напитки, хляб, кисело мляко, кисело зеле, ябълков оцет и комбуча. Също така се използва в промишлеността за производство на етанол като източник на биогориво.

В хода на човешката история са създадени различни култури ферментирали напитки като оставяте зърна и плодове в покрити съдове, без да разберете защо рецептата работи.

Едва когато Джоузеф Луис Гей-Люсак експериментира с метод за поддържане на гроздов сок дълго време неферментирал, той установява, че дрождите са необходими за алкохолната ферментация. Пастьор обаче показа, че дрождите са отговорни за трансформацията на глюкозата в етанол във ферментиралите напитки. Той също така открива микроорганизми, които карат млякото да вкисва, което по-късно е установено, че е действието на бактериите при млечнокиселата ферментация.

Ферментацията е a метаболитен процес при които активността на микроорганизмите води до желана промяна в храната или напитката. Например при производството на алкохолни напитки или кисели млечни продукти. В този химичен процес молекули като глюкоза се разграждат при анаеробни условия.

Думата „фермент“ произлиза от латинската дума „fervere“, което означава да кипнете. Науката за ферментацията е известна като zymology, от гръцки за „работата на ферментацията“ и представлява изследване на биохимичния процес на ферментация и неговите приложения.

Ферментацията настъпва под анаеробни условия (липса на кислород), с действието на микроорганизми (дрожди, бактерии и плесени), които извличат енергия от процеса.

Някои видове дрожди, като напр Saccharomyces cerevisiae, предпочита ферментацията пред аеробното дишане, дори когато кислородът е в изобилие, стига да има достатъчно количество захар. Ферментацията не се ограничава до дрожди, но може да се извърши и в мускулите, при които мускулите катализират превръщането на глюкозата в лактат.

Гликолиза, който е метаболитният път, който превръща глюкозата в пируват, е първата стъпка във ферментацията. По време на процеса на гликолиза, една молекула глюкоза, шест въглеродна захар, се разпада на две молекули пируват. Тази екзотермична реакция освобождава енергия за фосфорилиране на ADP до ATP и превръщане на NAD + в NADH.

След това в присъствието на кислород пируватът може да се окисли чрез цикъла на трикарбоновата киселина, процес, известен като аеробно дишане. Обратно, пируватът може да бъде редуциран до алкохол, млечна киселина или други продукти при липса на кислород в процеса на ферментация.

Има много видове ферментация, отличаващи се главно от крайните продукти. Два от най-важните и често използвани видове са етанолова / алкохолна ферментация и млечнокисела ферментация.

Етанолна ферментация се използва в производството на алкохолни напитки. Млечнокисела ферментация се използва за ароматизиране или консервиране на млечни продукти и зеленчуци. Млечнокиселата ферментация също се случва в мускулните клетки при усилена активност. В този случай мускулите консумират енергия (АТФ) по-бързо, отколкото може да се достави кислород, което води до анаеробна среда и по този начин натрупване на млечна киселина и възпаление на мускулите.

Съществуват и други видове ферментация като ферментация с оцетна киселина, ферментация на ацетон-бутанол-етанол и ферментация със смесена киселина.

Етаноловата ферментация се определя като биологичен процес, който превръща захарта (глюкоза, фруктоза и захароза) в етанол, въглероден диоксид и енергия.

След началния етап на гликолиза, който превръща една молекула глюкоза в две молекули пируват, пируватът молекулите се разграждат допълнително на две ацеталдехидни и две молекули въглероден диоксид, стъпка, катализирана от пируват декарбоксилаза. След това алкохолната дехидрогеназа улеснява превръщането на двете ацеталдехидни молекули в две етанолови молекули, използвайки енергията и водорода от NADH.

•••Променено от https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration

Млечнокиселата ферментация е друг вид ферментация и се описва като метаболитен процес, който превръща захарта в метаболита лактат и енергия. Това е единственият процес на дишане, който не произвежда газ и се среща при някои бактерии (като лактобацили) и мускулни клетки.

Този тип ферментация превръща двете молекули пируват от гликолиза в две молекули на млечна киселина и регенерира NAD⁺ в процеса, продължавайки цикъла. Тази окислително-редукционна реакция се катализира от млечнокиселата дехидрогеназа.

Млечнокиселите бактерии могат да извършват хомолактична ферментация, където млечната киселина е основният продукт, или хетеролактична ферментация, където някои лактати се метаболизират допълнително в етанол, въглероден диоксид и други странични продукти.

•••Променено от https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration

Богат на пробиотици, ферментиралите храни съдържат микроорганизми, които могат да помогнат за поддържането на здрава чревна система, така че да могат да извличат хранителни вещества от храната по-ефективно. Те са полезни за човешкото здраве по редица начини.

Пробиотиците, ензимите и млечната киселина във ферментиралите храни могат да улеснят приема на витамини и минерали от организма. Ферментацията увеличава витамините В и С и подобрява фолиевата киселина, рибофлавин, ниацин, тиамин и биотин, което ги прави по-достъпни за усвояване.

Ферментацията може също така да неутрализира фитиновата киселина, вещество в зърнените храни, ядките, семената и бобовите растения, което причинява недостиг на минерали. Фитатите, йонизираната форма на фитиновата киселина, също правят нишестето, протеините и мазнините по-малко смилаеми.

Микроорганизмите или пробиотиците във ферментиралата храна могат да помогнат за поддържането на здрави черва при производството на антибиотик, антивирусни, противогъбични и противотуморни средства, както и създаване на кисела среда, в която патогените не процъфтяват в.

Ферментацията се използва широко за производството на алкохолни напитки, например вино от плодови сокове и бира от зърнени храни. Картофите, богати на нишесте, също могат да бъдат ферментирани и дестилирани, за да се получат джин и водка.

Ферментацията също се използва широко в приготвяне на хляб. Когато захарта, маята, брашното и водата се комбинират, за да образуват тесто, маята разгражда захарта и отделя въглероден диоксид, което кара хляба да втаса. Специалният хляб като закваска използва както мая, така и лактобацили. Тази комбинация придава на тестото разтеглива текстура и отличителен кисел вкус.

Млечнокиселата ферментация се използва за ароматизиране или консервиране на млечни продукти и зеленчуци, например кисело мляко, кисело зеле, кисели краставички и кимчи.

Ферментацията с оцетна киселина може също да се използва за превръщане на нишестета и захарите от зърнени култури и плодове в оцет и подправки с кисел вкус, включително ябълков оцет и комбуча.

Ферментацията се използва в индустрията за генериране етанол за производството на биогорива. Това е привлекателен възобновяем ресурс, тъй като произхожда от суровини, включително зърнени култури и култури като царевица, захарна тръстика, захарно цвекло и маниока. Може да произхожда и от дървета, треви, селскостопански и горски остатъци.

В Съединените щати, които са най-големият производител на етанолово гориво, основната суровина за етаноловото гориво е царевицата предвид нейното изобилие и ниска цена. От един килограм царевица може да се получи приблизително 0,42 литра етанол. Вторият по големина производител е Бразилия и по-голямата част от етаноловото гориво идва от захарна тръстика. Повечето автомобили в Бразилия работят с чист етанол или смес от бензин и етанол.

Ферментацията също е способна да произвежда водороден газ, например в Clostridium pasteurianum, където глюкозата се превръща в бутират, ацетат, въглероден диоксид и водороден газ. При ацетон-бутанол-етанолова ферментация въглехидратите като нишесте и глюкоза се разграждат от бактериите, за да се получат ацетон, n-бутанол и етанол. Този процес е разработен от Хаим Вайцман като основен метод за получаване на ацетон през Първата световна война.