5 видов использования ферментации

Ферментация - это химический процесс, при котором углеводы, такие как крахмал и глюкоза, расщепляются анаэробно. Ферментация имеет много преимуществ для здоровья и используется при производстве алкогольных напитков, хлеба, йогурта, квашеной капусты, яблочного уксуса и чайного гриба. Он также используется в промышленности для производства этанола в качестве источника биотоплива.

На протяжении истории человечества разные культуры производили кисломолочные напитки оставив зерна и фрукты в закрытых контейнерах, не понимая, почему рецепт сработал.

Только когда Жозеф Луи Гей-Люссак экспериментировал с методом длительного хранения виноградного сока несброженным, он обнаружил, что дрожжи необходимы для алкогольного брожения. Однако именно Пастер продемонстрировал, что дрожжи ответственны за превращение глюкозы в этанол в ферментированных напитках. Он также обнаружил микроорганизмы, вызывающие скисание молока, что позже было обнаружено в результате действия бактерий при молочнокислом брожении.

Брожение - это метаболический процесс в котором активность микроорганизмов вызывает желаемое изменение пищевого продукта или напитка. Например, при производстве алкогольных напитков или кисломолочных продуктов. В этом химическом процессе молекулы, такие как глюкоза, расщепляются в анаэробных условиях.

Слово «фермент» происходит от латинского слова «fervere», что означает «кипятить». Наука о ферментации известна как зимология, от греческого «работа ферментации», и представляет собой изучение биохимического процесса ферментации и его применения.

Брожение происходит при анаэробные условия (отсутствие кислорода) с действием микроорганизмов (дрожжей, бактерий и плесени), которые извлекают энергию из процесса.

Некоторые виды дрожжей, такие как Saccharomyces cerevisiae, предпочитает ферментацию аэробному дыханию, даже при избытке кислорода, если есть достаточное количество сахара. Ферментация не ограничивается дрожжами, но также может осуществляться в мышцах, в которых мышцы катализируют превращение глюкозы в лактат.

Гликолиз, являющийся метаболическим путем, который превращает глюкозу в пируват, является первым этапом ферментации. В процессе гликолиза одна молекула глюкозы, шестиуглеродный сахар, распадается на две молекулы пирувата. Эта экзотермическая реакция высвобождает энергию для фосфорилирования АДФ в АТФ и превращения НАД + в НАДН.

В присутствии кислорода пируват может затем окисляться через цикл трикарбоновых кислот, процесс, известный как аэробное дыхание. И наоборот, пируват может быть восстановлен до спирта, молочной кислоты или других продуктов в отсутствие кислорода в процессе ферментации.

Есть много видов ферментации, которые различаются в основном по конечным продуктам. Двумя наиболее важными и часто используемыми типами являются этанол / спиртовое брожение и молочно-кислотное брожение.

Ферментация этанола используется при производстве алкогольных напитков. Молочнокислое брожение используется для ароматизации или консервирования молочных продуктов и овощей. Брожение молочной кислоты также происходит в мышечных клетках при напряженной деятельности. В этом случае мышцы потребляют энергию (АТФ) быстрее, чем может быть доставлен кислород, что приводит к анаэробной среде и, как следствие, накоплению молочной кислоты и болям в мышцах.

Существуют и другие типы ферментации, такие как ферментация уксусной кислоты, ферментация ацетон-бутанол-этанол и смешанная кислотная ферментация.

Ферментация этанола определяется как биологический процесс, который превращает сахар (глюкозу, фруктозу и сахарозу) в этанол, диоксид углерода и энергию.

После начальной стадии гликолиза, на которой одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пирувата, пируват молекулы далее распадаются на две молекулы ацетальдегида и две молекулы диоксида углерода, эта стадия катализируется пируватом. декарбоксилаза. Затем алкогольдегидрогеназа способствует превращению двух молекул ацетальдегида в две молекулы этанола, используя энергию и водород из НАДН.

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

Молочная ферментация - это еще один тип ферментации, который описывается как метаболический процесс, который превращает сахар в лактат метаболита и энергию. Это единственный процесс дыхания, при котором не выделяется газ и который происходит у некоторых бактерий (например, лактобациллы) и мышечные клетки.

Этот тип ферментации превращает две молекулы пирувата из гликолиза в две молекулы молочной кислоты и регенерирует НАД.⁺ в процессе, продолжая цикл. Эта окислительно-восстановительная реакция катализируется дегидрогеназой молочной кислоты.

Молочнокислые бактерии могут осуществлять либо гомолактическую ферментацию, где молочная кислота является основным продуктом, либо гетеролактическая ферментация, при которой некоторое количество лактата далее метаболизируется в этанол, диоксид углерода и другие побочные продукты.

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

Богат в пробиотики, ферментированные продукты содержат микроорганизмы, которые могут помочь поддерживать здоровье кишечной системы, поэтому он может более эффективно извлекать питательные вещества из пищи. Они полезны для здоровья человека по-разному.

Пробиотики, ферменты и молочная кислота в ферментированных продуктах могут способствовать усвоению организмом витаминов и минералов. Ферментация увеличивает количество витаминов B и C, а также фолиевую кислоту, рибофлавин, ниацин, тиамин и биотин, делая их более доступными для усвоения.

Ферментация также может нейтрализовать фитиновую кислоту, вещество, содержащееся в зернах, орехах, семенах и бобовых, которое вызывает дефицит минералов. Фитаты, ионизированная форма фитиновой кислоты, также ухудшают усвояемость крахмала, белков и жиров.

Микроорганизмы или пробиотики в ферментированной пище помогают поддерживать здоровье кишечника при выработке антибиотиков, противовирусные, противогрибковые и противоопухолевые средства, а также создают кислую среду, в которой не размножаются болезнетворные микроорганизмы в.

Ферментация широко используется для производства алкогольных напитков, например, вина из фруктовых соков и пива из зерен. Картофель, богатый крахмалом, также можно ферментировать и перегонять для производства джина и водки.

Ферментация также широко используется в выпечка хлеба. Когда сахар, дрожжи, мука и вода смешиваются для образования теста, дрожжи расщепляют сахар и выделяют углекислый газ, из-за чего хлеб поднимается. В специальном хлебе, таком как закваска, используются как дрожжи, так и лактобациллы. Такое сочетание придает тесту эластичную текстуру и характерный кисловатый вкус.

Молочно-кислотная ферментация используется для ароматизации или консервирования молочных продуктов и овощей, например йогурта, квашеной капусты, солений и кимчи.

Ферментация уксусной кислоты также может использоваться для превращения крахмала и сахара из зерен и фруктов в уксус и приправы с кислым вкусом, включая яблочный уксус и чайный гриб.

Ферментация используется в промышленности для получения спирт этиловый для производства биотоплива. Это привлекательный возобновляемый ресурс, поскольку он происходит из исходного сырья, включая зерно и такие культуры, как кукуруза, сахарный тростник, сахарная свекла и маниока. Он также может поступать из деревьев, трав, сельскохозяйственных и лесных отходов.

В Соединенных Штатах, которые являются крупнейшим производителем топлива на основе этанола, основным сырьем для производства этанола является кукуруза, учитывая ее изобилие и низкую цену. Примерно 0,42 литра этанола можно произвести из одного килограмма кукурузы. Вторым по величине производителем является Бразилия, и большая часть ее этанола производится из сахарного тростника. Большинство автомобилей в Бразилии работают на чистом этаноле или смеси бензина и этанола.

Ферментация также способна производить газообразный водород, например, в Clostridium pasteurianum, где глюкоза превращается в бутират, ацетат, диоксид углерода и газообразный водород. При ферментации ацетон-бутанол-этанол углеводы, такие как крахмал и глюкоза, расщепляются бактериями с образованием ацетона, н-бутанола и этанола. Этот процесс был разработан Хаимом Вейцманном в качестве основного метода производства ацетона во время Первой мировой войны.