Zakaj obstajajo pufri v fermentaciji?

Ljudje smo etanol - v vinu, pivu in drugih alkoholnih pijačah - že od prazgodovine uporabljali kot rekreacijsko drogo. V zadnjem času je etanol postal pomemben tudi kot alternativno gorivo. Ne glede na to, ali gre za prehrano ljudi ali zgorevanje v avtomobilih, se etanol proizvaja s pomočjo kvasa, mikrobov, ki fermentirajo sladkor in sproščajo etanol kot odpadni produkt. Med tem postopkom se dodajo pufri, ki pomagajo stabilizirati pH.

Vzdrževanje stabilnega pH ali koncentracije vodikovih ionov je ključnega pomena za doseganje dobrega donosa s fermentacijo. To je zato, ker so kvasovke, ki fermentirajo sladkor, živi organizmi in njihova biokemija deluje le v določenem območju pH, tako kot vaš. Če bi vas na primer potopili v kopeli z žveplovo kislino, bi vas to bodisi ubilo bodisi hudo poškodovalo. Enako velja za kvas: če je pH tako visok ali nizek, da je zunaj njihovega tolerančnega območja, lahko zavira njihovo rast ali jih celo ubije.

Proces fermentacije v kvasovkah ima nekaj podobnosti s postopkom fermentacije, ki poteka v vaših mišičnih celicah, kadar jim primanjkuje kisika - na primer ko šprintate. Vaše celice sproščajo ogljikov dioksid in mlečno kislino iz fermentacije; Kvas, nasprotno, sprošča ogljikov dioksid in etanol. Prav zaradi tega ogljikov dioksid uporabljate kvas za vzhajanje kruha; ujeti plin ustvari v testu napihnjene mehurčke.

V fermentacijski kadi je koncentracija CO2 v raztopini zaradi fermentacijske aktivnosti višja od običajne. Velik del tega odvečnega CO2 se izpihne. Raztopino pa tudi zakisa, ker se raztopljeni CO2 v kombinaciji z vodo tvori ogljikova kislina. Če bi raztopina postala preveč kisla, bi lahko zavirala rast kvasa. Kvas ima raje pH v območju od 4 do 6, zato peki, pivovarji in druge panoge, ki se zanašajo na fermentacijo, uporabljajo pufere, da pH ostanejo v optimalnem območju.

Ko pH narašča, se hitrost, s katero puferska spojina izgubi vodikove ione (protone), poveča in čeprav je več puferske spojine izgubilo svoje protone, se pH raztopine le spremeni malce. Ko pH pade, pride do obratnega postopka; večji del puferskih molekul je sprejel protone in spet pufer ublaži spremembo pH. V bistvu puferska spojina pomaga "vpijati" odvečno kislost ali bazičnost. PH se bo začel bistveno spreminjati šele, ko bo večina puferske spojine nevtralizirana ali "porabljena".