С доисторических времен люди использовали этанол - в вине, пиве и других алкогольных напитках - как рекреационный наркотик. В последнее время этанол также стал важным альтернативным топливом. Будь то для потребления человеком или для сжигания в автомобилях, этанол производится с использованием дрожжей, микробов, которые сбраживают сахара и выделяют этанол в качестве отходов. Буферы добавляются во время этого процесса, чтобы помочь стабилизировать pH.
pH
Поддержание стабильного pH или концентрации ионов водорода имеет решающее значение для получения хорошего урожая от ферментации. Это потому, что дрожжи, сбраживающие сахара, являются живыми организмами, и их биохимия хорошо функционирует только в определенном диапазоне pH, как и у вас. Если, например, вас окунут в ванну с серной кислотой, это либо убьет вас, либо сильно повредит. То же самое и с дрожжами: если pH настолько высокий или низкий, что выходит за пределы допустимого диапазона, это может подавить их рост или даже убить их.
Углекислый газ
Процесс ферментации в дрожжах имеет некоторое сходство с процессом ферментации, который происходит в ваших мышечных клетках, когда им не хватает кислорода - например, когда вы бежите. Ваши клетки выделяют углекислый газ и молочную кислоту при ферментации; дрожжи, напротив, выделяют углекислый газ и этанол. Фактически, именно из-за углекислого газа вы используете дрожжи для приготовления хлеба; захваченный газ создает в тесте расширяющиеся пузырьки.
Угольная кислота
В чане для ферментации концентрация CO2 в растворе выше, чем обычно, из-за активности ферментации. Большая часть этого избыточного CO2 улетучивается. Однако он также подкисляет раствор, поскольку растворенный CO2 соединяется с водой с образованием угольной кислоты. Если раствор станет слишком кислым, это может подавить рост дрожжей. Дрожжи предпочитают pH в диапазоне 4-6, поэтому пекари, пивовары и другие отрасли, которые полагаются на ферментацию, используют буферы, чтобы поддерживать pH в оптимальном диапазоне.
Функция буферов
По мере увеличения pH скорость, с которой буферное соединение теряет ионы водорода (протоны), увеличивается, и хотя большая часть буферного соединения потеряла свои протоны, pH раствора изменяется только немного. Когда pH падает, происходит обратный процесс; большая часть буферных молекул приняла протоны, и снова буфер смягчает изменение pH. По сути, буферное соединение помогает «впитать» избыточную кислотность или щелочность. Значение pH начнет существенно меняться только после того, как большая часть буферного соединения будет нейтрализована или «израсходована».