5 χρήσεις ζύμωσης

Η ζύμωση είναι μια χημική διαδικασία με την οποία οι υδατάνθρακες, όπως το άμυλο και η γλυκόζη, αναλύονται αναερόβια. Η ζύμωση έχει πολλά οφέλη για την υγεία και χρησιμοποιείται στην παραγωγή αλκοολούχων ποτών, ψωμιού, γιαουρτιού, λάχανο λάχανο, ξίδι μηλίτη μήλου και kombucha. Χρησιμοποιείται επίσης στη βιομηχανία για την παραγωγή αιθανόλης ως πηγή βιοκαυσίμων.

Κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης ιστορίας, έχουν δημιουργηθεί διαφορετικοί πολιτισμοί ποτά που έχουν υποστεί ζύμωση αφήνοντας κόκκους και φρούτα σε καλυμμένα δοχεία, χωρίς να καταλάβουμε γιατί λειτούργησε η συνταγή.

Μόλις ο Joseph Louis Gay-Lussac πειραματίστηκε με μια μέθοδο για τη διατήρηση του χυμού σταφυλιών χωρίς ζύμωση για μεγάλο χρονικό διάστημα, βρήκε ότι η μαγιά ήταν απαραίτητη για αλκοολική ζύμωση. Ωστόσο, ο Pasteur έδειξε ότι η μαγιά είναι υπεύθυνη για τον μετασχηματισμό της γλυκόζης σε αιθανόλη σε ποτά που έχουν υποστεί ζύμωση. Ανακάλυψε επίσης μικροοργανισμούς που προκαλούν το γάλα ξινό, το οποίο αργότερα βρέθηκε να είναι η δράση των βακτηρίων στη ζύμωση γαλακτικού οξέος.

Η ζύμωση είναι α μεταβολική διαδικασία στην οποία η δραστηριότητα των μικροοργανισμών επιφέρει μια επιθυμητή αλλαγή σε ένα φαγητό ή ένα ποτό. Για παράδειγμα, στην παραγωγή αλκοολούχων ποτών ή όξινων γαλακτοκομικών προϊόντων. Σε αυτήν τη χημική διαδικασία, μόρια όπως η γλυκόζη διασπώνται υπό αναερόβιες συνθήκες.

Η λέξη «ζύμωση» προέρχεται από τη λατινική λέξη «fervere», που σημαίνει να βράσει. Η επιστήμη της ζύμωσης είναι γνωστή ως ζυμολογία, από τα ελληνικά για «τη λειτουργία της ζύμωσης», και είναι μια μελέτη της βιοχημικής διαδικασίας της ζύμωσης και των εφαρμογών της.

Η ζύμωση γίνεται κάτω αναερόβιες καταστάσεις (απουσία οξυγόνου), με τη δράση μικροοργανισμών (ζύμες, βακτήρια και καλούπια) που εξάγουν ενέργεια από τη διαδικασία.

Μερικά είδη ζύμης, όπως Saccharomyces cerevisiae, προτιμά τη ζύμωση στην αερόβια αναπνοή, ακόμα και όταν το οξυγόνο είναι άφθονο, αρκεί να υπάρχει επαρκής ποσότητα ζάχαρης. Η ζύμωση δεν περιορίζεται στη μαγιά αλλά μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί σε μύες, στους οποίους οι μύες καταλύουν τη μετατροπή της γλυκόζης σε γαλακτικό.

Γλυκόλυση, η οποία είναι η μεταβολική οδός που μετατρέπει τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό, είναι το πρώτο βήμα στη ζύμωση. Κατά τη διαδικασία της γλυκόλυσης, ένα μόριο γλυκόζης, ένα σάκχαρο έξι άνθρακα, διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού. Αυτή η εξώθερμη αντίδραση απελευθερώνει ενέργεια για τη φωσφορυλίωση του ADP σε ATP και τη μετατροπή του NAD + σε NADH.

Παρουσία οξυγόνου, το πυροσταφυλικό μπορεί στη συνέχεια να οξειδωθεί μέσω του κύκλου τρικαρβοξυλικού οξέος, μια διαδικασία γνωστή ως αερόβια αναπνοή. Αντιστρόφως, το πυροσταφυλικό μπορεί να αναχθεί σε αλκοόλη, γαλακτικό οξύ ή άλλα προϊόντα απουσία οξυγόνου, κατά τη διαδικασία ζύμωσης.

Υπάρχουν πολλοί τύποι ζύμωσης, που διακρίνονται κυρίως από τα τελικά προϊόντα. Δύο από τους πιο σημαντικούς και συνήθως χρησιμοποιούμενους τύπους είναι η ζύμωση αιθανόλης / αλκοολικού και η ζύμωση γαλακτικού οξέος.

Ζύμωση αιθανόλης χρησιμοποιείται στην παραγωγή αλκοολούχων ποτών. Ζύμωση γαλακτικού οξέος χρησιμοποιείται για τη γεύση ή τη διατήρηση γαλακτοκομικών και λαχανικών. Η ζύμωση γαλακτικού οξέος συμβαίνει επίσης σε μυϊκά κύτταρα υπό έντονη δραστηριότητα. Σε αυτήν την περίπτωση, οι μύες καταναλώνουν ενέργεια (ΑΤΡ) γρηγορότερα από ό, τι μπορεί να τροφοδοτηθεί οξυγόνο, με αποτέλεσμα ένα αναερόβιο περιβάλλον και συνεπώς συσσώρευση γαλακτικού οξέος και πονόλαιμους.

Υπάρχουν άλλοι τύποι ζύμωσης όπως ζύμωση οξικού οξέος, ζύμωση ακετόνης-βουτανόλης-αιθανόλης και ζύμωσης μικτού οξέος.

Η ζύμωση αιθανόλης ορίζεται ως η βιολογική διαδικασία που μετατρέπει το σάκχαρο (γλυκόζη, φρουκτόζη και σακχαρόζη) σε αιθανόλη, διοξείδιο του άνθρακα και ενέργεια.

Μετά το αρχικό στάδιο της γλυκόλυσης που μετατρέπει ένα μόριο γλυκόζης σε δύο πυροσταφυλικά μόρια, το πυροσταφυλικό Τα μόρια διασπώνται περαιτέρω σε δύο μόρια ακεταλδεΰδης και δύο διοξειδίου του άνθρακα, ένα στάδιο που καταλύεται από πυροσταφυλικό αποκαρβοξυλάση. Η αφυδρογονάση αλκοόλης στη συνέχεια διευκολύνει τη μετατροπή των δύο μορίων ακεταλδεΰδης σε δύο μόρια αιθανόλης, χρησιμοποιώντας την ενέργεια και το υδρογόνο από το NADH.

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

Η ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι ένας άλλος τύπος ζύμωσης και περιγράφεται ως η μεταβολική διαδικασία που μετατρέπει το σάκχαρο σε γαλακτικό και ενέργεια μεταβολίτη. Είναι η μόνη διαδικασία αναπνοής που δεν παράγει αέριο και εμφανίζεται σε ορισμένα βακτήρια (όπως γαλακτοβακίλλια) και μυϊκά κύτταρα.

Αυτός ο τύπος ζύμωσης μετατρέπει τα δύο μόρια πυροσταφυλικού από γλυκόλυση σε δύο μόρια γαλακτικού οξέος και αναγεννά το NAD⁺ στη διαδικασία, συνεχίζοντας τον κύκλο. Αυτή η αντίδραση οξειδοαναγωγής καταλύεται από αφυδρογονάση γαλακτικού οξέος.

Τα βακτηρίδια γαλακτικού οξέος μπορούν να πραγματοποιήσουν είτε ομολακτική ζύμωση, όπου το γαλακτικό οξύ είναι το κύριο προϊόν, ή ετερολακτική ζύμωση, όπου κάποιο γαλακτικό μεταβολίζεται περαιτέρω σε αιθανόλη, διοξείδιο του άνθρακα και άλλα υποπροϊόντα.

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

Πλούσιο σε προβιοτικά, τα τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση περιέχουν μικροοργανισμούς που μπορούν να βοηθήσουν στη διατήρηση ενός υγιούς συστήματος του εντέρου, οπότε μπορεί να εξαγάγει θρεπτικά συστατικά από τα τρόφιμα πιο αποτελεσματικά. Είναι ευεργετικά για την ανθρώπινη υγεία με διάφορους τρόπους.

Τα προβιοτικά, τα ένζυμα και το γαλακτικό οξύ σε ζυμωμένα τρόφιμα μπορούν να διευκολύνουν την πρόσληψη βιταμινών και μετάλλων από τον οργανισμό. Η ζύμωση αυξάνει τις βιταμίνες Β και C και ενισχύει το φολικό οξύ, τη ριβοφλαβίνη, τη νιασίνη, τη θειαμίνη και τη βιοτίνη, καθιστώντας τις πιο προσιτές για απορρόφηση.

Η ζύμωση μπορεί επίσης να εξουδετερώσει το φυτικό οξύ, μια ουσία σε σπόρους, ξηρούς καρπούς, σπόρους και όσπρια που προκαλεί ανεπάρκεια ορυκτών. Τα φυτικά άλατα, η ιονισμένη μορφή φυτικού οξέος, καθιστούν επίσης το άμυλο, τις πρωτεΐνες και τα λίπη λιγότερο εύπεπτα.

Οι μικροοργανισμοί, ή τα προβιοτικά, σε ζυμωμένα τρόφιμα μπορούν να βοηθήσουν στη διατήρηση ενός υγιούς εντέρου στην παραγωγή αντιβιοτικών, αντιιικούς, αντιμυκητιασικούς και αντικαρκινικούς παράγοντες, καθώς και τη δημιουργία ενός όξινου περιβάλλοντος που τα παθογόνα δεν ευδοκιμούν σε.

Η ζύμωση χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή αλκοολούχων ποτών, για παράδειγμα, κρασί από χυμούς φρούτων και μπύρα από δημητριακά. Οι πατάτες, πλούσιες σε άμυλο, μπορούν επίσης να υποστούν ζύμωση και απόσταξη για την παραγωγή τζιν και βότκας.

Η ζύμωση χρησιμοποιείται επίσης εκτενώς στο παρασκευή ψωμιού. Όταν η ζάχαρη, η μαγιά, το αλεύρι και το νερό συνδυάζονται για να σχηματίσουν ζύμη, η μαγιά διασπά τη ζάχαρη και εκπέμπει διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο προκαλεί την αύξηση του ψωμιού. Το ειδικό ψωμί, όπως η μαγιά, χρησιμοποιεί μαγιά και γαλακτοβάκιλλους. Αυτός ο συνδυασμός δίνει στη ζύμη την ελαστική υφή και τη χαρακτηριστική ξινή γεύση.

Η ζύμωση γαλακτικού οξέος χρησιμοποιείται για τη γεύση ή τη διατήρηση γαλακτοκομικών προϊόντων και λαχανικών, για παράδειγμα γιαούρτι, λάχανο τουρσί, τουρσί και κιμκί.

Η ζύμωση οξικού οξέος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να μετατρέψει τα άμυλα και τα σάκχαρα από τα δημητριακά και τα φρούτα σε ξίδι ξινό γεύσης και καρυκεύματα, συμπεριλαμβανομένου του ξιδιού μήλου και του kombucha.

Η ζύμωση χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για την παραγωγή αιθανόλη για την παραγωγή βιοκαυσίμων. Είναι ένας ελκυστικός ανανεώσιμος πόρος επειδή προέρχεται από πρώτες ύλες που περιλαμβάνουν δημητριακά και καλλιέργειες όπως καλαμπόκι, ζαχαροκάλαμο, ζαχαρότευτλα και μανιόκα. Μπορεί επίσης να προέρχεται από δέντρα, χόρτα, γεωργικά και δασικά υπολείμματα.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, που είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός καυσίμου αιθανόλης, η κύρια πρώτη ύλη για καύσιμο αιθανόλης είναι το καλαμπόκι, δεδομένης της αφθονίας και της χαμηλής τιμής του. Περίπου 0,42 λίτρα αιθανόλης μπορούν να παραχθούν από ένα κιλό καλαμποκιού. Ο δεύτερος μεγαλύτερος παραγωγός είναι η Βραζιλία και το μεγαλύτερο μέρος του καυσίμου αιθανόλης προέρχεται από ζαχαροκάλαμο. Τα περισσότερα αυτοκίνητα στη Βραζιλία χρησιμοποιούν καθαρή αιθανόλη ή μείγμα βενζίνης και αιθανόλης.

Η ζύμωση είναι επίσης ικανή να παράγει αέριο υδρογόνο, για παράδειγμα στο Clostridium pasteurianum, όπου η γλυκόζη μετατρέπεται σε βουτυρικό, οξικό, διοξείδιο του άνθρακα και αέριο υδρογόνο. Στη ζύμωση ακετόνης-βουτανόλης-αιθανόλης, υδατάνθρακες όπως άμυλο και γλυκόζη διασπώνται από βακτήρια για την παραγωγή ακετόνης, η-βουτανόλης και αιθανόλης. Αυτή η διαδικασία αναπτύχθηκε από τον Chaim Weizmann ως βασική μέθοδο για την παραγωγή ακετόνης στον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο.