תסיסה היא תהליך כימי לפיו פחמימות, כמו עמילן וגלוקוז, מתפרקות באופן אנאירובי. לתסיסה יתרונות בריאותיים רבים ומשמשים לייצור משקאות אלכוהוליים, לחם, יוגורט, כרוב כבוש, חומץ תפוחים וקומבוצ'ה. הוא משמש גם בתעשייה לייצור אתנול כמקור לדלק ביולוגי.
היסטוריה קצרה של תסיסה
במהלך ההיסטוריה האנושית נוצרו תרבויות שונות משקאות מותססים על ידי השארת דגנים ופירות במיכלים מכוסים, מבלי להבין מדוע המתכון עובד.
רק לאחר שג'וזף לואי גיי לוסאק התנסה בשיטה לשמירת מיץ ענבים במשך זמן רב, הוא מצא שמרים הכרחיים לתסיסה אלכוהולית. אולם פסטר היה זה שהוכיח כי שמרים אחראים על הפיכת הגלוקוז לאתנול במשקאות מותססים. הוא גילה גם מיקרואורגניזמים הגורמים לחלב לחמצמץ, שנמצא מאוחר יותר כפעולה של חיידקים בתסיסה של חומצת חלב.
הגדרת תסיסה
תסיסה היא א תהליך מטבולי שבו פעילות המיקרואורגניזמים מביאה לשינוי רצוי במזון או במשקה. לדוגמא, בייצור משקאות אלכוהוליים או מוצרי חלב חומציים. בתהליך כימי זה, מולקולות כמו גלוקוז מתפרקות בתנאים אנאירוביים.
המילה "תסיסה" נובעת מהמילה הלטינית "fervere", שפירושה רתיחה. מדע התסיסה ידוע בשם זימולוגיה, מיוונית עבור "פעולות התסיסה", והוא מחקר על התהליך הביוכימי של התסיסה ויישומיו.
תסיסה מתרחשת תחת תנאים אנאירוביים (היעדר חמצן), עם פעולת מיקרואורגניזמים (שמרים, חיידקים ותבניות) המפיקים אנרגיה מהתהליך.
מינים מסוימים של שמרים, כגון Saccharomyces cerevisiae, מעדיף תסיסה על פני נשימה אירובית, גם כאשר חמצן נמצא בשפע, כל עוד יש אספקה מספקת של סוכר. התסיסה אינה מוגבלת לשמרים אלא יכולה להתבצע גם בשרירים, בהם השרירים מזרזים את הפיכת הגלוקוז ללקטט.
מבט ביוכימי
גליקוליזה, שהוא המסלול המטבולי שממיר גלוקוז לפירובט, הוא הצעד הראשון בתסיסה. במהלך תהליך הגליקוליזה, מולקולה אחת של גלוקוז, שישה סוכר פחמן, מתפרקת לשתי מולקולות פירובט. תגובה אקסותרמית זו משחררת אנרגיה לזרחת ADP ל- ATP ולהמרה של NAD + ל- NADH.
בנוכחות חמצן, ניתן לחמצן את פירובט באמצעות מחזור החומצה הטריקרבוקסילית, תהליך המכונה נשימה אירובית. לעומת זאת, הפירובט יכול להיות מופחת לאלכוהול, חומצה לקטית או מוצרים אחרים בהיעדר חמצן, בתהליך התסיסה.
סוגי תסיסה
ישנם סוגים רבים של תסיסה, המובחנים בעיקר במוצרי הקצה. שניים מהסוגים החשובים והנפוצים ביותר הם תסיסה אתנול / אלכוהולי ותסיסה של חומצה לקטית.
תסיסת אתנול משמש לייצור משקאות אלכוהוליים. תסיסה של חומצה לקטית משמש לטעם או לשימור חלב וירקות. תסיסה של חומצה לקטית מתרחשת גם בתאי שריר הנמצאים בפעילות מאומצת. במקרה זה, השרירים צורכים אנרגיה (ATP) מהר יותר מכפי שניתן לספק חמצן, וכתוצאה מכך נוצרת סביבה אנאירובית ובכך הצטברות חומצת חלב ושרירים כואבים.
ישנם סוגים אחרים של תסיסה כמו תסיסה של חומצה אצטית, תסיסה של אצטון-בוטנול-אתנול ותסיסה של חומצה מעורבת.
תסיסה אתנול
תסיסת אתנול מוגדרת כתהליך הביולוגי ההופך את הסוכר (גלוקוז, פרוקטוז וסוכרוז) לאתנול, פחמן דו חמצני ואנרגיה.
לאחר שלב הגליקוליזה הראשוני הממיר מולקולת גלוקוז אחת לשתי מולקולות פירובט, פירובט מולקולות מתפרקות עוד יותר לשתי מולקולות של אצטאלדהיד ושתי מולקולות דו-חמצניות, שלב המזרז על ידי פירובט דקארבוקסילאז. אלכוהול דהידרוגנאז מאפשר את ההמרה של שתי מולקולות האצטאלדהיד לשתי מולקולות אתנול, תוך שימוש באנרגיה ובמימן מ- NADH.
•••שונה מ https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration
תסיסה של חומצה לקטית
תסיסה של חומצה לקטית היא סוג אחר של תסיסה ומתוארת כתהליך חילוף החומרים ההופך את הסוכר למטבוליט לקטט ולאנרגיה. זהו תהליך הנשימה היחיד שאינו מייצר גז ומתרחש אצל חיידקים מסוימים (כגון לקטובצילי) ותאי שריר.
סוג תסיסה זה ממיר את שתי מולקולות הפירובט מגליקוליזה לשתי מולקולות חומצת חלב ומחדש את ה- NAD+ בתהליך, המשך המחזור. תגובת חמצון זו מזורזת על ידי חומצה לקטית דהידרוגנאז.
חיידקי חומצה לקטית יכולים לבצע תסיסה הומולקטית, כאשר חומצה לקטית היא המוצר העיקרי, או תסיסה הטרולקטית, שבה חלק מהחומרים לקטטים עוברים חילוף חומרים נוסף לאתנול, פחמן דו חמצני ואחרים תוצרי לוואי.
•••שונה מ https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration
החשיבות והיתרונות של תסיסה
עשיר ב פרוביוטיקה, מזון מותסס מכיל מיקרואורגניזמים שיכולים לסייע בשמירה על מערכת מעיים בריאה, כך שהוא יכול להפיק חומרים מזינים מהמזון בצורה יעילה יותר. הם מועילים לבריאות האדם במספר דרכים.
הפרוביוטיקה, האנזימים וחומצת החלב במזונות מותססים יכולים להקל על צריכת ויטמינים ומינרלים על ידי הגוף. תסיסה מגבירה את ויטמיני B ו- C ומשפרת את החומצה הפולית, הריבופלאבין, הניאצין, התיאמין והביוטין, מה שהופך אותם לנגישים יותר לספיגה.
תסיסה יכולה גם לנטרל חומצה פיטית, חומר בדגנים, אגוזים, זרעים וקטניות הגורם לחסרים במינרלים. פיטטים, הצורה המיוננת של חומצה פיטית, הופכים גם עמילן, חלבונים ושומנים לעיכול פחות.
המיקרואורגניזמים, או הפרוביוטיקה, במזון מותסס יכולים לסייע בשמירה על מעי בריא בייצור אנטיביוטיקה, חומרים אנטי-ויראליים, אנטי-פטרייתיים ואנטי-גידולים, כמו גם יצירת סביבה חומצית שהפתוגנים אינם משגשגים ב.
שימושים יומיים בתסיסה
תסיסה נמצאת בשימוש נרחב לייצור משקאות אלכוהוליים, למשל יין ממיצי פירות ובירה מדגנים. תפוחי אדמה עשירים בעמילן ניתנים לתסיסה ולזיקוק להכנת ג'ין וודקה.
בתסיסה נעשה שימוש נרחב גם ב עשיית לחם. כשמאחדים סוכר, שמרים, קמח ומים ליצירת בצק, השמרים מפרקים את הסוכר ומוציאים פחמן דו חמצני, מה שגורם לתפיחת הלחם. לחם מיוחד כמו מחמצת משתמש בשמרים וגם בקטובצילי. שילוב זה מעניק לבצק את מרקמו הנמתח וטעמו החמצמץ הייחודי.
תסיסה של חומצה לקטית משמשת לטעם או לשימור מוצרי חלב וירקות, למשל יוגורט, כרוב כבוש, חמוצים וקימצ'י.
ניתן להשתמש בתסיסה של חומצה אצטית גם כדי להפוך עמילנים וסוכרים מדגנים ופירות לחומץ בטעם חמוץ ותבלינים כולל חומץ תפוחים וקומבוצ'ה.
יישום תעשייתי של תסיסה
תסיסה משמשת בתעשייה להפקה אתנול לייצור דלק ביולוגי. זהו משאב מתחדש אטרקטיבי מכיוון שמקורו במוצרי מזון כולל דגנים ויבולים כגון תירס, קנה סוכר, סלק סוכר וקסאווה. זה יכול לבוא גם מעצים, עשבים, שאריות חקלאיות וייעור.
בארצות הברית, שהיא יצרנית דלק האתנול הגדולה ביותר, חומרי המזון העיקריים לדלק אתנול הם תירס בהתחשב בשפע ובמחיר נמוך. ניתן לייצר כ- 0.42 ליטר אתנול מקילוגרם אחד של תירס. היצרנית השנייה בגודלה היא ברזיל, ורוב דלק האתנול שלה מגיע מקנה סוכר. מרבית המכוניות בברזיל פועלות על אתנול טהור או על תערובת של בנזין ואתנול.
תסיסה מסוגלת גם לייצר גז מימן, למשל ב Clostridium pasteurianum, שם מומר גלוקוז לבוטיראט, אצטט, פחמן דו חמצני וגז מימן. בתסיסה של אצטון-בוטנול-אתנול, פחמימות כמו עמילן וגלוקוז מתפרקות על ידי חיידקים לייצור אצטון, n-בוטנול ואתנול. תהליך זה פותח על ידי חיים ויצמן כשיטה ראשונית לייצור אצטון במלחמת העולם הראשונה.
