5 primjena fermentacije

Fermentacija je kemijski postupak kojim se ugljikohidrati, poput škroba i glukoze, anaerobno razgrađuju. Fermentacija ima brojne zdravstvene prednosti i koristi se u proizvodnji alkoholnih pića, kruha, jogurta, kiselog kupusa, jabučnog octa i kombuhe. Također se koristi u industriji za proizvodnju etanola kao izvora biogoriva.

Tijekom ljudske povijesti rađale su se različite kulture fermentirani napitci ostavljanjem žitarica i voća u pokrivenim posudama, bez razumijevanja zašto je recept djelovao.

Tek kad je Joseph Louis Gay-Lussac eksperimentirao s metodom za održavanje fermentacije soka od grožđa dugo vremena, otkrio je da je kvasac neophodan za alkoholnu fermentaciju. Pasteur je međutim pokazao da je kvasac odgovoran za transformaciju glukoze u etanol u fermentiranim pićima. Također je otkrio mikroorganizme koji uzrokuju kiselost mlijeka, što je kasnije utvrđeno kao djelovanje bakterija u fermentaciji mliječne kiseline.

Fermentacija je a

Riječ "ferment" potječe od latinske riječi "fervere", što znači kuhati. Znanost o fermentaciji poznata je pod nazivom zimologija, s grčkog "rad fermentacije", a proučava biokemijski proces fermentacije i njegovu primjenu.

Fermentacija se događa pod anaerobni uvjeti (odsutnost kisika), uz djelovanje mikroorganizama (kvasci, bakterije i plijesni) koji iz procesa izvlače energiju.

Neke vrste kvasca, kao što su Saccharomyces cerevisiae, preferira fermentaciju od aerobnog disanja, čak i kada je kisika u izobilju, sve dok postoji odgovarajuća opskrba šećerom. Fermentacija nije ograničena na kvasac, već se može provesti i u mišićima, u kojima mišići kataliziraju pretvorbu glukoze u laktat.

Glikoliza, koji je metabolički put koji pretvara glukozu u piruvat, prvi je korak u fermentaciji. Tijekom procesa glikolize, jedna molekula glukoze, šest ugljikovih šećera, razgrađuje se na dvije molekule piruvata. Ova egzotermna reakcija oslobađa energiju za fosforilaciju ADP u ATP i pretvorbu NAD + u NADH.

U prisutnosti kisika, piruvat se tada može oksidirati kroz ciklus trikarboksilne kiseline, postupak poznat kao aerobno disanje. Suprotno tome, piruvat se u procesu fermentacije može reducirati na alkohol, mliječnu kiselinu ili druge proizvode u nedostatku kisika.

Postoje mnoge vrste fermentacije koje se razlikuju uglavnom po krajnjim proizvodima. Dvije najvažnije i najčešće korištene vrste su etanol / alkoholna fermentacija i fermentacija mliječne kiseline.

Fermentacija etanolom koristi se u proizvodnji alkoholnih pića. Mliječnokiselinska fermentacija koristi se za aromu ili konzerviranje mliječnih proizvoda i povrća. Fermentacija mliječne kiseline također se javlja u mišićnim stanicama pod napornim aktivnostima. U tom slučaju mišići troše energiju (ATP) brže nego što se kisik može opskrbiti, što rezultira anaerobnim okolišem, a time i nakupljanje mliječne kiseline i bolnim mišićima.

Postoje i druge vrste fermentacije poput fermentacije octene kiseline, fermentacije aceton-butanol-etanol i fermentacije mješovite kiseline.

Fermentacija etanolom definirana je kao biološki postupak koji šećer (glukozu, fruktozu i saharozu) pretvara u etanol, ugljični dioksid i energiju.

Nakon početnog koraka glikolize koji pretvara jednu molekulu glukoze u dvije molekule piruvata, piruvat molekule se dalje razlažu na dvije molekule acetaldehida i dvije molekule ugljičnog dioksida, korak kataliziran piruvatom dekarboksilaza. Alkohol dehidrogenaza tada olakšava pretvorbu dviju molekula acetaldehida u dvije molekule etanola, koristeći energiju i vodik iz NADH.

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

Mliječnokiselinska fermentacija je druga vrsta fermentacije i opisuje se kao metabolički proces koji transformira šećer u metabolit laktat i energiju. To je jedini proces disanja koji ne stvara plin i javlja se kod nekih bakterija (kao što je laktobacili) i mišićne stanice.

Ova vrsta fermentacije pretvara dvije molekule piruvata iz glikolize u dvije molekule mliječne kiseline i regenerira NAD⁺ u procesu, nastavljajući ciklus. Ova redoks reakcija je katalizirana dehidrogenazom mliječne kiseline.

Bakterije mliječne kiseline mogu provesti bilo homolaktičku fermentaciju, gdje je mliječna kiselina glavni proizvod, ili heterolaktička fermentacija, gdje se dio laktata dalje metabolizira u etanol, ugljični dioksid i drugo nusproizvodi.

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

Bogat probiotici, fermentirana hrana sadrži mikroorganizme koji mogu pomoći u održavanju zdravog crijevnog sustava, tako da učinkovitije može izvlačiti hranjive sastojke iz hrane. Oni su korisni za ljudsko zdravlje na više načina.

Probiotici, enzimi i mliječna kiselina u fermentiranoj hrani mogu olakšati unos vitamina i minerala u tijelo. Fermentacija povećava vitamine B i C i pojačava folnu kiselinu, riboflavin, niacin, tiamin i biotin, čineći ih dostupnijima za apsorpciju.

Fermentacija također može neutralizirati fitinsku kiselinu, tvar u žitaricama, orašastim plodovima, sjemenkama i mahunarkama koja uzrokuje nedostatak minerala. Fitati, ionizirani oblik fitinske kiseline, također čine škrob, proteine ​​i masti manje probavljivim.

Mikroorganizmi ili probiotici u fermentiranoj hrani mogu pomoći u održavanju zdravih crijeva u proizvodnji antibiotika, antivirusna, antifungalna i antitumorska sredstva, kao i stvaranje kiselog okruženja u kojem patogeni ne uspijevaju u.

Fermentacija se široko koristi za proizvodnju alkoholnih pića, na primjer, vina od voćnih sokova i piva od žitarica. Krumpir, bogat škrobom, također se može fermentirati i destilirati kako bi se dobio džin i votka.

Fermentacija se također intenzivno koristi u izrada kruha. Kad se šećer, kvasac, brašno i voda spoje u tijesto, kvasac razgrađuje šećer i daje ugljični dioksid, zbog čega kruh raste. Specijalistički kruh poput kiselog tijesta koristi i kvasac i laktobacile. Ova kombinacija tijestu daje rastegljivu teksturu i prepoznatljiv kiselkasti okus.

Mliječnokiselinska fermentacija koristi se za aromu ili konzerviranje mliječnih proizvoda i povrća, na primjer jogurta, kiselog kupusa, kiselih krastavaca i kimchija.

Octena kiselinska fermentacija također se može koristiti za pretvaranje škroba i šećera iz žitarica i voća u ocat i začine kiselog okusa, uključujući jabučni ocat i kombuhu.

Fermentacija se koristi u industriji za stvaranje etanol za proizvodnju biogoriva. Atraktivan je obnovljivi resurs jer potječe iz sirovina, uključujući žitarice i usjeve poput kukuruza, šećerne trske, šećerne repe i kasave. Također može potjecati od drveća, trava, poljoprivrednih i šumskih ostataka.

U Sjedinjenim Državama, koje su najveći proizvođač etanolskog goriva, glavna sirovina za etanolsko gorivo je kukuruz s obzirom na njegovo obilje i nisku cijenu. Iz jednog kilograma kukuruza može se proizvesti približno 0,42 litre etanola. Drugi najveći proizvođač je Brazil, a većina etanolskog goriva dolazi iz šećerne trske. Većina automobila u Brazilu radi na čistom etanolu ili mješavini benzina i etanola.

Fermentacija je također sposobna stvoriti plinoviti vodik, na primjer u Clostridium pasteurianum, gdje se glukoza pretvara u butirat, acetat, ugljični dioksid i plinoviti vodik. U fermentaciji aceton-butanol-etanol, bakterije razgrađuju ugljikohidrate poput škroba i glukoze, dajući aceton, n-butanol i etanol. Ovaj postupak razvio je Chaim Weizmann kao primarnu metodu za dobivanje acetona u Prvom svjetskom ratu.