5 použití kvašení

Fermentace je chemický proces, při kterém se uhlohydráty, jako je škrob a glukóza, rozkládají anaerobně. Fermentace má mnoho zdravotních výhod a používá se při výrobě alkoholických nápojů, chleba, jogurtů, zelí, jablečného octa a kombuchy. Používá se také v průmyslu k výrobě etanolu jako zdroje biopaliva.

V průběhu lidských dějin vznikly různé kultury kvašené nápoje tím, že necháte zrna a ovoce v zakrytých nádobách, aniž byste pochopili, proč recept fungoval.

Teprve poté, co Joseph Louis Gay-Lussac experimentoval s metodou, jak udržet hroznový džus dlouho nefermentovaný, zjistil, že kvasinky jsou pro alkoholové kvašení nepostradatelné. Byl to však Pasteur, kdo prokázal, že kvasinky jsou odpovědné za transformaci glukózy na ethanol ve fermentovaných nápojích. Objevil také mikroorganismy, které způsobují zakysání mléka, což se později ukázalo jako působení bakterií při fermentaci kyselinou mléčnou.

Fermentace je a metabolický proces ve kterém aktivita mikroorganismů přináší požadovanou změnu v potravinách nebo nápojích. Například při výrobě alkoholických nápojů nebo kyselých mléčných výrobků. V tomto chemickém procesu se molekuly, jako je glukóza, rozkládají za anaerobních podmínek.

Slovo „fermentovat“ pochází z latinského slova „fervere“, což znamená vařit. Věda o fermentaci je známá jako zymologie, z řečtiny pro „fungování fermentace“, a je studiem biochemického procesu fermentace a jeho aplikací.

Kvašení probíhá pod anaerobní podmínky (nepřítomnost kyslíku), působením mikroorganismů (kvasinek, bakterií a plísní), které získávají energii z procesu.

Některé druhy kvasinek, jako např Saccharomyces cerevisiae, dává přednost fermentaci před aerobním dýcháním, i když je kyslík bohatý, pokud je dostatečný přísun cukru. Fermentace se neomezuje pouze na kvasinky, ale lze ji provádět také ve svalech, ve kterých svaly katalyzují přeměnu glukózy na laktát.

Glykolýza, což je metabolická cesta, která přeměňuje glukózu na pyruvát, je prvním krokem fermentace. Během procesu glykolýzy se jedna molekula glukózy, šest uhlíkových cukrů, rozpadne na dvě molekuly pyruvátu. Tato exotermická reakce uvolňuje energii pro fosforylaci ADP na ATP a konverzi NAD + na NADH.

V přítomnosti kyslíku může být pyruvát oxidován cyklem trikarboxylové kyseliny, což je proces známý jako aerobní dýchání. Naopak může být pyruvát ve fermentačním procesu redukován na alkohol, kyselinu mléčnou nebo jiné produkty v nepřítomnosti kyslíku.

Existuje mnoho druhů kvašení, které se vyznačují hlavně konečnými produkty. Dva z nejdůležitějších a běžně používaných typů jsou ethanolová / alkoholová fermentace a fermentace kyselinou mléčnou.

Kvašení ethanolu se používá při výrobě alkoholických nápojů. Kvašení kyselinou mléčnou se používá k aromatizaci nebo konzervování mléčných výrobků a zeleniny. Kvašení kyselinou mléčnou probíhá také ve svalových buňkách při namáhavé činnosti. V tomto případě svaly spotřebovávají energii (ATP) rychleji, než může být dodán kyslík, což má za následek anaerobní prostředí a tím hromadění kyseliny mléčné a bolest svalů.

Existují i ​​jiné typy fermentace, jako je fermentace kyselinou octovou, fermentace aceton-butanol-ethanol a směsná kyselá fermentace.

Kvašení ethanolu je definováno jako biologický proces, který přeměňuje cukr (glukózu, fruktózu a sacharózu) na ethanol, oxid uhličitý a energii.

Po počátečním kroku glykolýzy, který převádí jednu molekulu glukózy na dvě molekuly pyruvátu, pyruvát molekuly se dále rozpadají na dvě molekuly acetaldehydu a dvě molekuly oxidu uhličitého, což je krok katalyzovaný pyruvátem dekarboxyláza. Alkohol dehydrogenáza pak usnadňuje přeměnu dvou molekul acetaldehydu na dvě molekuly ethanolu s využitím energie a vodíku z NADH.

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

Kvašení kyselinou mléčnou je dalším typem fermentace a je popsáno jako metabolický proces, který přeměňuje cukr na metabolit laktát a energii. Je to jediný dýchací proces, který neprodukuje plyn a vyskytuje se u některých bakterií (např laktobacily) a svalové buňky.

Tento typ fermentace převádí dvě molekuly pyruvátu z glykolýzy na dvě molekuly kyseliny mléčné a regeneruje NAD⁺ v procesu, pokračování cyklu. Tato redoxní reakce je katalyzována dehydrogenázou kyseliny mléčné.

Bakterie mléčného kvašení mohou provádět buď homolaktickou fermentaci, kde je hlavním produktem kyselina mléčná, nebo heterolaktická fermentace, při které je část laktátu dále metabolizována na ethanol, oxid uhličitý a další vedlejší produkty.

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

Bohatý na probiotika, fermentované potraviny obsahují mikroorganismy, které pomáhají udržovat zdravý střevní systém, takže mohou účinněji extrahovat živiny z potravy. Jsou prospěšné pro lidské zdraví mnoha způsoby.

Probiotika, enzymy a kyselina mléčná ve fermentovaných potravinách mohou tělu usnadnit příjem vitamínů a minerálů. Fermentace zvyšuje vitamíny B a C a zvyšuje kyselinu listovou, riboflavin, niacin, thiamin a biotin, čímž je zvyšuje vstřebatelnost.

Fermentace může také neutralizovat kyselinu fytovou, látku v obilí, ořechech, semenech a luštěninách, která způsobuje nedostatek minerálů. Fytáty, ionizovaná forma kyseliny fytové, také snižují stravitelnost škrobu, bílkovin a tuků.

Mikroorganismy nebo probiotika ve fermentovaných potravinách mohou pomáhat udržovat zdravé střevo při výrobě antibiotik, antivirové, antifungální a protinádorové látky a také vytvářejí kyselé prostředí, které patogeny neprospívají v.

Fermentace se široce používá k výrobě alkoholických nápojů, například vína z ovocných šťáv a piva z obilovin. Brambory, bohaté na škrob, lze také fermentovat a destilovat na gin a vodku.

Fermentace je také značně používána v výroba chleba. Když se z cukru, droždí, mouky a vody vytvoří těsto, droždí rozloží cukr a uvolní oxid uhličitý, což způsobí kynutí chleba. Speciální chléb, jako je kvásek, používá jak droždí, tak laktobacily. Tato kombinace dává těstu pružnou strukturu a výraznou kyselou chuť.

Kvašení kyselinou mléčnou se používá k aromatizaci nebo konzervování mléčných výrobků a zeleniny, například jogurtu, zelí, okurky a kimči.

Fermentaci pomocí kyseliny octové lze také použít k přeměně škrobů a cukrů ze zrn a ovoce na oct s kyselou chutí a koření, včetně jablečného octa a kombuchy.

Fermentace se v průmyslu používá ke generování ethanol pro výrobu biopaliva. Jedná se o atraktivní obnovitelný zdroj, protože pochází ze surovin včetně obilovin a plodin, jako je kukuřice, cukrová třtina, cukrová řepa a maniok. Může také pocházet ze stromů, trav, zbytků ze zemědělství a lesnictví.

Ve Spojených státech, které jsou největším výrobcem etanolového paliva, je hlavní surovinou pro výrobu etanolového paliva kukuřice vzhledem k jejímu množství a nízké ceně. Z jednoho kilogramu kukuřice lze vyrobit přibližně 0,42 litru ethanolu. Druhým největším producentem je Brazílie a většina jeho ethanolového paliva pochází z cukrové třtiny. Většina automobilů v Brazílii pracuje na čistém etanolu nebo směsi benzínu a ethanolu.

Fermentace je také schopná produkovat plynný vodík, například v Clostridium pasteurianum, kde se glukóza převádí na butyrát, acetát, oxid uhličitý a plynný vodík. Při fermentaci aceton-butanol-ethanol se sacharidy, jako je škrob a glukóza, rozkládají bakteriemi, aby se vytvořil aceton, n-butanol a ethanol. Tento proces vyvinul Chaim Weizmann jako primární způsob výroby acetonu v první světové válce.