5 Käymisen käyttö

Käyminen on kemiallinen prosessi, jossa hiilihydraatit, kuten tärkkelys ja glukoosi, hajoavat anaerobisesti. Käymisellä on monia terveysvaikutuksia, ja sitä käytetään alkoholijuomien, leivän, jogurtin, hapankaalin, omenaviinietikan ja kombuchan valmistuksessa. Sitä käytetään myös teollisuudessa etanolin tuottamiseen biopolttoaineiden lähteenä.

Ihmiskunnan historian aikana eri kulttuurit ovat tuottaneet fermentoidut juomat jättämällä jyvät ja hedelmät peitettyihin astioihin ymmärtämättä miksi resepti toimi.

Vasta Joseph Louis Gay-Lussac kokeili menetelmää rypäleen mehun pitämiseksi käymättömänä pitkään, ja hän huomasi hiivan olevan välttämätön alkoholikäymiselle. Pasteur kuitenkin osoitti, että hiiva on vastuussa glukoosin muuttumisesta etanoliksi käymisissä juomissa. Hän löysi myös maitoa happamaksi aiheuttavat mikro-organismit, joiden myöhemmin todettiin olevan bakteerien vaikutus maitohappokäymisessä.

Käyminen on a metabolinen prosessi jossa mikro-organismien aktiivisuus saa aikaan toivotun muutoksen ruokaan tai juomaan. Esimerkiksi alkoholijuomien tai happamien maitotuotteiden valmistuksessa. Tässä kemiallisessa prosessissa molekyylit, kuten glukoosi, hajotetaan anaerobisissa olosuhteissa.

Sana "käyminen" johtuu latinankielisestä sanasta "fervere", joka tarkoittaa kiehumista. Käymisen tiede tunnetaan nimellä zymologia, kreikan kielestä "käymisen toiminta", ja se on tutkimus biokemiallisesta käymisen prosessista ja sen sovelluksista.

Fermentaatio tapahtuu anaerobiset olosuhteet (hapen puuttuminen) mikro-organismien (hiivat, bakteerit ja homeet) vaikutuksesta, jotka poimivat energiaa prosessista.

Jotkut hiivalajit, kuten Saccharomyces cerevisiae, mieluummin käyminen kuin aerobinen hengitys, myös silloin, kun happea on runsaasti, kunhan sokeria on riittävästi. Käyminen ei rajoitu hiivaan, vaan se voidaan suorittaa myös lihaksissa, joissa lihakset katalysoivat glukoosin muuntumista laktaatiksi.

Glykolyysi, joka on metabolinen reitti, joka muuttaa glukoosin pyruvaatiksi, on fermentaation ensimmäinen vaihe. Glykolyysin aikana yksi glukoosimolekyyli, kuusi hiilisokeria, hajoaa kahteen pyruvaattimolekyyliin. Tämä eksoterminen reaktio vapauttaa energiaa ADP: n fosforyloimiseksi ATP: ksi ja NAD +: n muuntamiseksi NADH: ksi.

Hapen läsnä ollessa pyruvaatti voidaan sitten hapettaa trikarboksyylihapposyklin kautta, prosessi, joka tunnetaan nimellä aerobinen hengitys. Päinvastoin, pyruvaatti voidaan pelkistää alkoholiksi, maitohapoksi tai muiksi tuotteiksi happipitoisuuden puuttuessa käymisprosessissa.

Käymismenetelmiä on monenlaisia, jotka erotetaan pääasiassa lopputuotteista. Kaksi tärkeintä ja yleisimmin käytettyä tyyppiä ovat etanoli / alkoholi-käyminen ja maitohappokäyminen.

Etanolin käyminen käytetään alkoholijuomien valmistuksessa. Maitohappokäyminen käytetään mausteen ja vihannesten maustamiseen tai säilyttämiseen. Maitohappofermentaatiota esiintyy myös voimakkaan toiminnan alla olevissa lihassoluissa. Tällöin lihakset kuluttavat energiaa (ATP) nopeammin kuin happea voidaan syöttää, mikä johtaa anaerobiseen ympäristöön ja siten maitohapon kertymiseen ja kipeisiin lihaksiin.

Käymismenetelmiä on muitakin tyyppejä, kuten etikkahappofermentaatio, asetoni-butanoli-etanolifermentaatio ja sekahappofermentaatio.

Etanolikäyminen määritellään biologiseksi prosessiksi, joka muuttaa sokerin (glukoosi, fruktoosi ja sakkaroosi) etanoliksi, hiilidioksidiksi ja energiaksi.

Ensimmäisen glykolyysivaiheen jälkeen, joka muuntaa yhden glukoosimolekyylin kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi, pyruvaatiksi molekyylit hajoavat edelleen kahdeksi asetaldehydi- ja kahdeksi hiilidioksidimolekyyliksi, vaiheen, jota katalysoi pyruvaatti dekarboksylaasi. Alkoholidehydrogenaasi helpottaa sitten kahden asetaldehydimolekyylin muuttumista kahdeksi etanolimolekyyliksi hyödyntämällä NADH: n energiaa ja vetyä.

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

Maitohappofermentaatio on toinen fermentointityyppi, ja sitä kuvataan metabolisena prosessina, joka muuttaa sokerin metaboliitiksi laktaatiksi ja energiaksi. Se on ainoa hengitysprosessi, joka ei tuota kaasua ja esiintyy joissakin bakteereissa (kuten laktobasillit) ja lihassolut.

Tämän tyyppinen käyminen muuntaa kaksi pyruvaatin molekyyliä glykolyysistä kahdeksi maitohappomolekyyliksi ja regeneroi NAD: n.⁺ prosessissa jatkamalla sykliä. Tätä redoksireaktiota katalysoi maitohappodehydrogenaasi.

Maitohappobakteerit voivat suorittaa joko homolaktisen fermentaation, jossa maitohappo on päätuote, tai heterolaktinen käyminen, jossa osa laktaatista metaboloituu edelleen etanoliksi, hiilidioksidiksi ja muuksi sivutuotteet.

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

Rikas probiootit, fermentoidut elintarvikkeet sisältävät mikro-organismeja, jotka voivat auttaa ylläpitämään terveellistä suolistojärjestelmää, joten se voi poimia ravinteita ruoasta tehokkaammin. Ne ovat hyödyllisiä ihmisten terveydelle monin tavoin.

Fermentoitujen elintarvikkeiden probiootit, entsyymit ja maitohappo voivat helpottaa vitamiinien ja kivennäisaineiden saantia kehossa. Fermentointi lisää B- ja C-vitamiineja ja lisää foolihappoa, riboflaviinia, niasiinia, tiamiinia ja biotiinia, mikä tekee niistä helpommin imeytyviä.

Käyminen voi myös neutraloida fytiinihapon, jyvissä, pähkinöissä, siemenissä ja palkokasveissa olevan aineen, joka aiheuttaa mineraalipuutteita. Fytaatit, fytiinihapon ionisoitu muoto, tekevät myös tärkkelyksestä, proteiineista ja rasvoista vähemmän sulavia.

Fermentoiduissa elintarvikkeissa olevat mikro-organismit tai probiootit voivat auttaa ylläpitämään tervettä suolistoa antibioottien, antiviraaliset, sienilääkkeet ja kasvainten vastaiset aineet sekä luomalla happaman ympäristön, jossa taudinaiheuttajat eivät kukoistu sisään.

Fermentointia käytetään laajalti alkoholijuomien, esimerkiksi hedelmämehuista peräisin olevan viinin ja jyvistä valmistetun oluen, valmistamiseen. Tärkkelyspitoiset perunat voidaan myös käydä ja tislata ginin ja vodkan valmistamiseksi.

Fermentointia käytetään myös laajasti leivänvalmistus. Kun sokeri, hiiva, jauhot ja vesi yhdistetään taikinaksi, hiiva hajottaa sokerin ja vapauttaa hiilidioksidia, mikä saa leivän nousemaan. Erikoisleipä, kuten hapanta, käyttää sekä hiivaa että laktobasillia. Tämä yhdistelmä antaa taikinalle sen joustavan tekstuurin ja erottuvan hapan maun.

Maitohappofermentointia käytetään maitotuotteiden ja vihannesten, esimerkiksi jogurtin, hapankaalin, suolakurkun ja kimchin, maustamiseen tai säilyttämiseen.

Etikkahappofermentaatiota voidaan käyttää myös muuttamaan tärkkelykset ja sokerit jyvistä ja hedelmistä hapanmakuiseksi etikaksi ja mausteiksi, mukaan lukien omenaviinietikka ja kombucha.

Fermentointia käytetään teollisuudessa tuottamaan etanoli biopolttoaineiden tuotantoon. Se on houkutteleva uusiutuva luonnonvara, koska se on peräisin raaka-aineista, mukaan lukien jyvät ja viljelykasvit, kuten maissi, sokeriruoko, sokerijuurikkaat ja maniokki. Se voi myös tulla puista, ruohoista, maa- ja metsätalouden jäännöksistä.

Yhdysvalloissa, joka on suurin etanolipolttoaineiden tuottaja, etanolipolttoaineiden tärkein raaka-aine on maissi sen runsauden ja alhaisen hinnan vuoksi. Yhdestä kilogrammasta maissia voidaan tuottaa noin 0,42 litraa etanolia. Toiseksi suurin tuottaja on Brasilia, ja suurin osa sen etanolipolttoaineesta tulee sokeriruo'osta. Suurin osa autoista Brasiliassa ajaa puhtaalla etanolilla tai bensiinin ja etanolin seoksella.

Fermentaatio pystyy tuottamaan myös vetykaasua, esimerkiksi Clostridium pasteurianum, jossa glukoosi muuttuu butyraatiksi, asetaatiksi, hiilidioksidiksi ja vetykaasuksi. Asetoni-butanoli-etanoli-käymisessä bakteerit hajottavat hiilihydraatit, kuten tärkkelyksen ja glukoosin, asetonin, n-butanolin ja etanolin tuottamiseksi. Chaim Weizmann kehitti tämän prosessin ensisijaisena menetelmänä asetonin valmistamiseksi ensimmäisessä maailmansodassa.