5 uporabe fermentacije

Fermentacija je kemični postopek, pri katerem se ogljikovi hidrati, kot sta škrob in glukoza, anaerobno razgrajujejo. Fermentacija ima številne koristi za zdravje in se uporablja pri proizvodnji alkoholnih pijač, kruha, jogurta, kislega zelja, jabolčnega kisa in kombuče. V industriji se uporablja tudi za pridobivanje etanola kot vira biogoriva.

Skozi zgodovino človeštva so nastajale različne kulture fermentirane pijače tako da pustijo zrna in sadje v pokritih posodah, ne da bi razumeli, zakaj recept deluje.

Šele ko je Joseph Louis Gay-Lussac eksperimentiral z metodo, kako grozdni sok dolgo časa ne fermentira, je ugotovil, da je kvas nepogrešljiv za alkoholno fermentacijo. Pasteur pa je dokazal, da je kvas odgovoren za pretvorbo glukoze v etanol v fermentiranih pijačah. Odkril je tudi mikroorganizme, ki povzročajo kislost mleka, kar je bilo kasneje ugotovljeno kot delovanje bakterij pri mlečnokislinski fermentaciji.

Fermentacija je a presnovni proces

Beseda "fermentirati" izvira iz latinske besede "fervere", kar pomeni vreti. Znanost o fermentaciji je znana kot zimologija, v grščini pomeni "delovanje fermentacije" in je študija biokemičnega procesa fermentacije in njegove uporabe.

Fermentacija poteka pod anaerobne razmere (odsotnost kisika), z delovanjem mikroorganizmov (kvasovk, bakterij in plesni), ki iz procesa črpajo energijo.

Nekatere vrste kvasa, kot npr Saccharomyces cerevisiaeima raje fermentacijo kot aerobno dihanje, tudi če je kisika v izobilju, če je dovolj zaloge sladkorja. Fermentacija ni omejena na kvas, lahko pa se izvaja tudi v mišicah, pri katerih mišice katalizirajo pretvorbo glukoze v laktat.

Glikoliza, ki je presnovna pot, ki pretvori glukozo v piruvat, je prvi korak v fermentaciji. Med postopkom glikolize ena molekula glukoze, šest ogljikovega sladkorja, razpade na dve molekuli piruvata. Ta eksotermna reakcija sprošča energijo za fosforilacijo ADP v ATP in pretvorbo NAD + v NADH.

V prisotnosti kisika se lahko piruvat nato oksidira skozi cikel trikarboksilne kisline, postopek znan kot aerobno dihanje. Nasprotno pa se lahko piruvat v procesu fermentacije v odsotnosti kisika reducira na alkohol, mlečno kislino ali druge produkte.

Obstaja veliko vrst fermentacije, ki jih odlikujejo predvsem končni proizvodi. Dve najpomembnejši in najpogosteje uporabljeni vrsti sta etanol / alkoholna fermentacija in mlečnokislinska fermentacija.

Fermentacija etanola se uporablja v proizvodnji alkoholnih pijač. Mlečnokislinska fermentacija se uporablja za aromatiziranje ali konzerviranje mleka in zelenjave. Mlečnokislinska fermentacija se pojavi tudi v mišičnih celicah pod napornimi aktivnostmi. V tem primeru mišice porabijo energijo (ATP) hitreje, kot je mogoče dovajati kisik, kar ima za posledico anaerobno okolje in s tem kopičenje mlečne kisline in bolečine v mišicah.

Obstajajo tudi druge vrste fermentacije, kot so fermentacija ocetne kisline, fermentacija aceton-butanol-etanol in fermentacija mešane kisline.

Fermentacija etanola je opredeljena kot biološki postopek, ki sladkor (glukozo, fruktozo in saharozo) spremeni v etanol, ogljikov dioksid in energijo.

Po začetnem koraku glikolize, ki pretvori eno molekulo glukoze v dve molekuli piruvata, piruvat molekule se nato razgradijo na dve molekuli acetaldehida in dve molekuli ogljikovega dioksida, korak pa katalizira piruvat dekarboksilaza. Alkohol dehidrogenaza nato olajša pretvorbo obeh molekul acetaldehida v dve molekuli etanola, pri čemer izkoristi energijo in vodik iz NADH.

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

Mlečnokislinska fermentacija je še ena vrsta fermentacije in je opisana kot presnovni proces, ki sladkor pretvori v metabolit laktat in energijo. To je edini postopek dihanja, ki ne proizvaja plina in se pojavi pri nekaterih bakterijah (npr laktobacili) in mišične celice.

Ta vrsta fermentacije pretvori dve molekuli piruvata iz glikolize v dve molekuli mlečne kisline in regenerira NAD⁺ v postopku, nadaljevanje cikla. To redoks reakcijo katalizira mlečnokislinska dehidrogenaza.

Mlečnokislinske bakterije lahko izvajajo bodisi homolaktično fermentacijo, kjer je mlečna kislina glavni produkt, ali heterolaktična fermentacija, kjer se nekaj laktata nadalje presnovi v etanol, ogljikov dioksid in drugo stranski proizvodi.

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

Bogata z probiotiki, fermentirana hrana vsebuje mikroorganizme, ki lahko pomagajo ohranjati zdrav sistem črevesja, zato lahko učinkoviteje pridobiva hranila iz hrane. Za zdravje ljudi so koristni na več načinov.

Probiotiki, encimi in mlečna kislina v fermentirani hrani lahko olajšajo vnos vitaminov in mineralov v telo. Fermentacija poveča vitamine B in C ter poveča folno kislino, riboflavin, niacin, tiamin in biotin, zaradi česar so bolj dostopni za absorpcijo.

Fermentacija lahko nevtralizira tudi fitinsko kislino, snov v zrnih, oreščkih, semenih in stročnicah, ki povzroča pomanjkanje mineralov. Fitati, ionizirana oblika fitinske kisline, tudi škrob, beljakovine in maščobe naredijo manj prebavljive.

Mikroorganizmi ali probiotiki v fermentirani hrani lahko pomagajo ohranjati zdravo črevesje pri proizvodnji antibiotikov, protivirusna, protiglivična in protitumorska sredstva, pa tudi ustvarjanje kislega okolja, v katerem patogeni ne uspevajo v.

Fermentacija se pogosto uporablja za proizvodnjo alkoholnih pijač, na primer vina iz sadnih sokov in piva iz zrn. Krompir, bogat s škrobom, lahko tudi fermentiramo in destiliramo, da dobimo gin in vodko.

Tudi fermentacija se pogosto uporablja v izdelava kruha. Ko se sladkor, kvas, moka in voda združijo v testo, kvas razgradi sladkor in odda ogljikov dioksid, zaradi česar kruh naraste. V posebnem kruhu, kot je kvašeni testo, se uporabljajo kvas in laktobacili. Ta kombinacija daje testu raztegljivo teksturo in značilen kiselkast okus.

Mlečnokislinska fermentacija se uporablja za aromatiziranje ali konzerviranje mlečnih izdelkov in zelenjave, na primer jogurta, kislega zelja, kumaric in kimčija.

Z ocetno kislo fermentacijo lahko škrobe in sladkorje iz zrn in sadja pretvorimo v kis in okus začimb, vključno z jabolčnim kisom in kombučo.

Fermentacija se v industriji uporablja za pridobivanje etanol za proizvodnjo biogoriva. Je privlačen obnovljiv vir, ker izvira iz surovin, vključno z žiti in pridelki, kot so koruza, sladkorni trs, sladkorna pesa in kasava. Lahko prihaja tudi iz dreves, trav, kmetijskih in gozdnih ostankov.

V ZDA, ki je največja proizvajalka etanolskih goriv, ​​je glavna surovina za etanolsko gorivo koruza zaradi njene številčnosti in nizke cene. Iz enega kilograma koruze lahko dobimo približno 0,42 litra etanola. Drugi največji proizvajalec je Brazilija, večina etanolskega goriva pa prihaja iz sladkornega trsa. Večina avtomobilov v Braziliji deluje na čisti etanol ali mešanico bencina in etanola.

Fermentacija lahko proizvaja tudi vodikov plin, na primer v Clostridium pasteurianum, kjer se glukoza pretvori v butirat, acetat, ogljikov dioksid in vodikov plin. Pri fermentaciji aceton-butanol-etanol bakterije razgradijo ogljikove hidrate, kot sta škrob in glukoza, da nastanejo aceton, n-butanol in etanol. Ta postopek je razvil Chaim Weizmann kot primarno metodo za pridobivanje acetona v prvi svetovni vojni.