Az erjedés olyan kémiai folyamat, amelynek során a szénhidrátokat, például a keményítőt és a glükózt anaerob módon bontják le. Az erjesztés számos egészségügyi előnnyel jár, és alkoholtartalmú italok, kenyér, joghurt, savanyú káposzta, almaecet és kombucha előállításához használják. Az iparban is használják etanol, mint bioüzemanyag előállítására.
Az erjesztés rövid története
Az emberi történelem során különböző kultúrák születtek erjesztett italok szemeket és gyümölcsöket fedett edényekben hagyva, anélkül, hogy megértenék, miért működött a recept.
Csak akkor, amikor Joseph Louis Gay-Lussac kísérletezett egy módszerrel a szőlőlé sokáig nem erjesztve tartására, úgy találta, hogy az élesztő nélkülözhetetlen az alkoholos erjedéshez. Pasteur volt az, aki kimutatta, hogy az élesztő felelős a glükóz etanollá történő átalakulásáért erjesztett italokban. Felfedezte a tej savanyítását okozó mikroorganizmusokat is, amelyről később kiderült, hogy a baktériumok a tejsav erjedésében működnek.
Az erjesztés meghatározása
Az erjesztés a anyagcsere folyamat amelyben a mikroorganizmusok aktivitása kívánatos változást eredményez egy ételben vagy italban. Például alkoholos italok vagy savas tejtermékek gyártása során. Ebben a kémiai folyamatban az olyan molekulákat, mint a glükóz, anaerob körülmények között bontják le.
Az „erjedés” szó a latin „fervere” szóból ered, ami forralást jelent. Az erjesztés tudománya zimológia néven ismert, görögül az „erjedés működését” jelenti, és az erjedés biokémiai folyamatának és alkalmazásainak tanulmányozása.
Az erjedés alatt történik anaerob körülmények (oxigén hiánya), a folyamatból energiát kivonó mikroorganizmusok (élesztő, baktériumok és penészgombák) hatására.
Néhány élesztőfaj, mint pl Saccharomyces cerevisiae, inkább az erjedést, mint az aerob légzést, még akkor is, ha oxigén bőséges, mindaddig, amíg megfelelő a cukorellátás. Az erjesztés nem korlátozódik az élesztőre, hanem elvégezhető az izmokban is, amelyekben az izmok katalizálják a glükóz laktáttá történő átalakulását.
Biokémiai nézet
Glikolízis, amely az anyagcsere út, amely a glükózt piruváttá alakítja, az fermentáció első lépése. A glikolízis folyamata során egy glükózmolekula, hat szénacukor két piruvátmolekulára bomlik. Ez az exoterm reakció energiát szabadít fel az ADP ATP -vé történő foszforilezéséhez és a NAD + NADH-vá történő átalakulásához.
Oxigén jelenlétében a piruvátot ezután a trikarbonsav-ciklus révén oxidálhatjuk, ezt az eljárást aerob légzésnek nevezzük. Ezzel szemben a piruvát az erjedési folyamat során oxigén hiányában alkoholokká, tejsavvá vagy más termékekké redukálódhat.
Az erjesztés típusai
Az erjesztésnek számos fajtája létezik, elsősorban a végtermékekkel megkülönböztetve. A két legfontosabb és leggyakrabban használt típus az etanol / alkoholos fermentáció és a tejsav fermentáció.
Etanol fermentáció alkoholos italok gyártásához használják. Tejsav fermentáció tejtermékek és zöldségek ízesítésére vagy tartósítására szolgál. A tejsav fermentáció az izomsejtekben is megerőltető aktivitás alatt történik. Ebben az esetben az izmok gyorsabban fogyasztják az energiát (ATP), mint az oxigénellátás, ami anaerob környezetet eredményez, ezáltal a tejsav felhalmozódása és az izmok fájása.
Vannak más típusú fermentációk, például ecetsav fermentáció, aceton-butanol-etanol fermentáció és vegyes sav fermentáció.
Etanol-fermentáció
Az etanol fermentációja az a biológiai folyamat, amely a cukrot (glükóz, fruktóz és szacharóz) etanollá, szén-dioxiddá és energiává alakítja.
A kezdeti glikolízis lépés után, amely egy glükózmolekulát két piruvátmolekulává, a piruváttá alakít át a molekulák tovább bomlanak két acetaldehid és két széndioxid molekulára, ezt a lépést piruvát katalizálja dekarboxiláz. Az alkohol-dehidrogenáz ezután megkönnyíti a két acetaldehid-molekula átalakulását két etanol-molekulává, a NADH energiájának és hidrogénjének felhasználásával.
•••Módosítva innen: https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration
Tejsav fermentáció
A tejsav-fermentáció egy másik típusú fermentáció, amelyet metabolikus folyamatként írnak le, amely a cukrot laktát-metabolittá és energiává alakítja. Ez az egyetlen légzési folyamat, amely nem termel gázt, és néhány baktériumban előfordul (pl laktobacillusok) és izomsejtek.
Ez a fajta fermentáció a piruvát két molekuláját átalakítja a glikolízisből két tejsavmolekulává, és regenerálja a NAD-ot.+ közben folytatja a ciklust. Ezt a redox reakciót a tejsav-dehidrogenáz katalizálja.
A tejsavbaktériumok vagy homolaktikus fermentációt hajthatnak végre, ahol a tejsav a fő termék, vagy heterolaktikus fermentáció, ahol a laktát egy része tovább metabolizálódik etanollá, szén-dioxiddá és egyéb anyagokká melléktermékek.
•••Módosítva innen: https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration
Az erjesztés fontossága és előnyei
Gazdag valamiben probiotikumok, az erjesztett ételek olyan mikroorganizmusokat tartalmaznak, amelyek hozzájárulhatnak az egészséges bélrendszer fenntartásához, így hatékonyabban tudják kivonni a tápanyagokat az élelmiszerekből. Számos szempontból hasznosak az emberi egészség számára.
Az erjesztett élelmiszerekben található probiotikumok, enzimek és tejsav megkönnyíthetik a vitaminok és ásványi anyagok szervezetbe jutását. Az erjesztés növeli a B- és C-vitamin szintjét, és fokozza a folsavat, a riboflavint, a niacint, a tiamint és a biotint, ezáltal könnyebben hozzáférhetővé teszi őket a felszívódáshoz.
Az erjesztés semlegesítheti a fitinsavat, a szemekben, a diófélékben, a magvakban és a hüvelyesekben található anyagot, amely ásványi anyaghiányt okoz. A fitátok, a fitinsav ionizált formája szintén kevésbé emészthetővé teszik a keményítőt, a fehérjéket és a zsírokat.
Az erjesztett élelmiszerekben található mikroorganizmusok vagy probiotikumok hozzájárulhatnak az egészséges bél fenntartásához az antibiotikumok előállításában, vírusellenes, gombaellenes és daganatellenes szerek, valamint olyan savas környezet kialakítása, amelyben a kórokozók nem fejlődnek ban ben.
Az erjesztés napi felhasználása
Az erjesztést széles körben használják alkoholtartalmú italok, például gyümölcsléből származó bor és szemekből készült sör előállítására. A keményítőben gazdag burgonya erjeszthető és desztillálható gin és vodka készítéséhez.
Az erjesztést szintén széles körben alkalmazzák kenyérkészítés. Ha a cukrot, az élesztőt, a lisztet és a vizet tésztává alakítják, az élesztő lebontja a cukrot és szén-dioxidot bocsát ki, ami a kenyér emelkedését okozza. A speciális kenyér, például a kovász élesztőt és laktobacillust egyaránt használ. Ez a kombináció nyújtja a tésztának a textúráját és jellegzetes savanyú ízét.
A tejsavfermentációt tejtermékek és zöldségek, például joghurt, savanyú káposzta, savanyúság és kimchi ízesítésére vagy tartósítására használják.
Az ecetsav-fermentáció felhasználható a szemekből és gyümölcsökből származó keményítők és cukrok savanyú ízű ecetté és ételízesítőkké alakítására, beleértve az almaecetet és a kombuchát is.
Az erjesztés ipari alkalmazása
Az erjesztést az iparban használják előállítására etanol bioüzemanyag előállítására. Vonzó megújuló erőforrás, mert olyan alapanyagokból származik, beleértve a szemeket és a növényeket, mint a kukorica, a cukornád, a cukorrépa és a manióka. Fákból, füvekből, mezőgazdasági és erdészeti maradványokból is származhat.
Az Egyesült Államokban, amely a legnagyobb etanol-üzemanyag-előállító, az etanol-üzemanyag fő alapanyaga a kukorica, mivel annak bősége és alacsony ára van. Körülbelül 0,42 liter etanolt lehet előállítani egy kilogramm kukoricából. A második legnagyobb gyártó Brazília, és etanol-üzemanyagának nagy része cukornádból származik. Brazíliában a legtöbb autó tiszta etanollal vagy benzin és etanol keverékével működik.
Az erjesztés képes hidrogéngáz előállítására is, például Clostridium pasteurianum, ahol a glükóz butiráttá, acetáttá, szén-dioxiddá és hidrogéngázzá alakul. Az aceton-butanol-etanol fermentációban a szénhidrátokat, például a keményítőt és a glükózt baktériumok bontják, hogy acetont, n-butanolt és etanolt állítsanak elő. Ezt a folyamatot Chaim Weizmann fejlesztette ki az első világháborúban az aceton előállításának elsődleges módszereként.