Dwa najczęstsze rodzaje fermentacji to alkoholowy i fermentacja kwasu mlekowego.
Chociaż fermentacja alkoholowa może być najbardziej znana (i jest obserwowana w wielu produktach spożywczych i napojach, np. jak wino, piwo, sfermentowane herbaty, chleb i kiełbaski) uważa się, że fermentacja mlekowa jest najstarszy. Produkty fermentowane, takie jak sery, jogurty, kefiry, kiszona kapusta i marynowane produkty spożywcze zostały znalezione w prawie każdej kulturze na całym świecie, od tysięcy lat.
Aby porównać i skontrastować fermentację kwasu mlekowego i fermentację alkoholową, obie są reakcje utleniania-redukcji i obejmują glikolizę.
Fermentacja alkoholowa występuje w mikroorganizmach, takich jak drożdże i przekształca glukozę w energię, która jest uwalniana jako dwutlenek węgla. Powstały produkt uboczny nazywa się etanolem (znanym również jako alkohol etylowy lub po prostu alkohol). Fermentacja kwasu mlekowego występuje w niektórych bakteriach, drożdżach i komórkach mięśniowych i przekształca glukozę w energię. Jego produktem ubocznym jest mleczan. Fermentację kwasu mlekowego stosuje się również w przemyśle spożywczym, w którym wykorzystuje się bakterie kwasu mlekowego.
Rola drożdży i bakterii w fermentacji
Fermentacja alkoholowa często obejmuje: Saccharomyces cerevisiae, (powszechnie znane jako drożdże piekarskie), które swoją nazwę wywodzi od cukru (saccharo), grzyba (myces) i piwa (cerevisiae). Pochodzący z okresu neolitu, fermentacja drożdżowa jest niezbędny w procesach produkcji piwa, wina, chleba i biopaliwa.
Fermentacja polega na wprowadzeniu szeregu drobnoustrojów, które zwiększają poziom kwasu lub alkoholu; S. cerevisiae fermentacja przekształca skrobię w cukry proste, które drożdże zużywają, aby wytworzyć dwutlenek węgla i alkohol.
Mówiąc najprościej, drożdże obżerają się cukrem, gdy komórki się rozmnażają. Komórki kontynuują reprodukcję, aż cały cukier zostanie zużyty, a drożdże zostaną zużyte; drożdże następnie osadzają się na dnie pojemnika. Ten proces jest taki sam, niezależnie od tego, czy efektem końcowym jest alkohol, czy biopaliwo.
Lactobacillus to najczęstsza bakteria wykorzystywana w fermentacji kwasu mlekowego. Cukier obecny w próbkach owoców naturalnie wytwarza kwas mlekowy, który obniża pH, zmniejszając liczbę mikroorganizmów, które mogą się rozwijać. To skutecznie konserwuje żywność. Jest to powszechnie stosowane w marynowaniu, a także w produkcji jogurtów i fermentowanych produktów spożywczych, takich jak kiszona kapusta i kimchi.
Bakterie kwasu mlekowego występują naturalnie w niektórych produktach spożywczych i są używane głównie jako „przystawki”, co oznacza, że rozpoczynają proces fermentacji. Węglowodany obecne już w pożywieniu podtrzymują reakcję. Dlatego sery, które „starzały się” przez różne okresy czasu, mają różne smaki.
Alkoholik kontra Fermentacja kwasu mlekowego
Fermentacja alkoholowa to reakcja chemiczna, która wykorzystuje drożdże i cukier do produkcji energii, którą można zobaczyć jako bąbelki roztworu; może być tlenowy lub beztlenowy (praca w obecności lub braku tlenu). Po usunięciu dwutlenku węgla, powstały aldehyd octowy jest następnie redukowany do etanolu. Drożdże nie mogą metabolizować etanolu; jeśli chodzi o komórki macierzyste, jest to produkt odpadowy.
Możesz zdefiniować fermentacja kwasu mlekowego jako proces zachodzący po glikolizie w oddychaniu beztlenowym. Enzym zwany dehydrogenazą mleczanową wywołuje reakcję rozpoczynającą glikolizę, tworząc w tym procesie mleczan.
Ten mleczan protonuje do kwasu mlekowego i nadal gromadzi się w komórkach mięśniowych, aż do ponownego wprowadzenia tlenu i powrotu oddychania tlenowego. („Protonian” oznacza dodanie protonu do innego atomu lub cząsteczki, co tworzy wiązanie i przekształca mleczan w kwas.) Fermentacja mlekowa zachodzi poprzez oddychanie beztlenowe, które ma miejsce, gdy brakuje tlenu w organizm. Uniemożliwia to mięśniom pozyskiwanie energii z oddychania komórkowego.
Fermentacja kwasu mlekowego różni się przede wszystkim od fermentacji alkoholu etylowego tym, że produktem ubocznym jest kwas mlekowy, a nie etanol. Pod wpływem tlenu cząsteczki kwasu mlekowego rozkładają się na dwutlenek węgla i wodę. Stosowany w produkcji żywności kwas mlekowy rozkłada cukry, zapobiegając psuciu się żywności.
Fermentacja alkoholowa może odbywać się w środowiskach zarówno z tlenem, jak i bez, z różnymi wynikami.
Wpływ kwasu mlekowego na organizm
Bolesność mięśni po wysiłku jest spowodowana nagromadzeniem kwasu mlekowego. Przy regularnej aktywności płuca mogą nadążyć za zapotrzebowaniem organizmu na tlen, ale podczas ćwiczeń potrzeba więcej energii. Powoduje to niedobór tlenu i rozpoczyna się oddychanie beztlenowe. To nie jest tak wydajne, jak oddychanie aerobowe, a proces prowadzi do produkcji kwasu mlekowego.
Choć często uważany za odpad, kwas mlekowy jest następnie zawracany do wątroby, gdzie jest ponownie przekształcany w glukozę. W niektórych przypadkach nagromadzenie kwasu mlekowego może powodować nudności, trudności w oddychaniu i osłabienie. Gdy organizm nie ma czasu na regenerację, kryształy kwasu moczowego mogą gromadzić się na stawach, powodując ból zwany dną moczanową.
