Miksi käymisessä on puskureita?

Ihmiset ovat käyttäneet etanolia - viineissä, oluissa ja muissa alkoholijuomissa - virkistyslääkkeinä esihistoriasta lähtien. Viime aikoina etanolista on tullut tärkeä vaihtoehto myös polttoaineena. Olipa kyseessä ihmisravinnoksi tai polttaminen autoissa, etanolia tuotetaan käyttämällä hiivaa, mikrobeja, jotka käyvät sokereita ja vapauttavat etanolia jätteenä. Puskureita lisätään tämän prosessin aikana pH: n stabiloimiseksi.

Vakaan pH: n tai vetyionipitoisuuden ylläpitäminen on ratkaisevan tärkeää hyvän fermentaation saannon saavuttamiseksi. Tämä johtuu siitä, että sokereita käyvä hiiva on eläviä organismeja, ja niiden biokemia toimii hyvin vain tietyllä pH-alueella, aivan kuten sinun. Jos sinut upotettaisiin esimerkiksi rikkihappokylpyyn, se joko tappaisi sinut tai vahingoittaisi sinua pahasti. Sama pätee hiivaan: jos pH on niin korkea tai matala, että se jää niiden toleranssialueen ulkopuolelle, se voi estää niiden kasvua tai jopa tappaa ne.

Hiivan käymisprosessilla on joitain yhtäläisyyksiä käymisprosessiin, joka tapahtuu lihassoluissasi, kun niissä on vähän happea - esimerkiksi kun sprintit. Solusi vapauttavat hiilidioksidia ja maitohappoa käymisestä; hiiva sen sijaan vapauttaa hiilidioksidia ja etanolia. Itse asiassa hiilidioksidi on syy, miksi käytät hiivaa leivän nostamiseen; loukkuun jäänyt kaasu luo taikinaan laajenevia kuplia.

Käymissäiliössä CO2-pitoisuus liuoksessa on normaalia korkeampi käymisaktiivisuuden vuoksi. Suuri osa tästä ylimääräisestä CO2-kuplasta irtoaa. Se tekee happamaksi myös liuoksen, koska liuennut CO2 yhdistyy veteen hiilihapon muodostamiseksi. Jos liuos tulee liian happamaksi, se voi estää hiivan kasvua. Hiiva pitää parempana pH-arvoa 4 - 6, joten leipurit, panimot ja muut käymiseen luottavat teollisuudenalat käyttävät puskureita pitääkseen pH: n optimaalisella alueella.

Kun pH nousee, nopeus, jolla puskuriyhdiste menettää vetyioneja (protoneja), kasvaa ja vaikka suurempi osa puskuriyhdisteestä on menettänyt protoninsa, liuoksen pH vain muuttuu hieman. Kun pH laskee, tapahtuu päinvastainen prosessi; suurempi osa puskurimolekyyleistä on hyväksynyt protoneja, ja puskuri taas hillitsee pH: n muutosta. Pohjimmiltaan puskuriyhdiste auttaa "imemään" ylimääräistä happamuutta tai emäksisyyttä. PH alkaa muuttua merkittävästi vasta sen jälkeen, kun suurin osa puskuriyhdisteestä on neutraloitu tai "käytetty".