5 примена ферментације

Ферментација је хемијски процес којим се угљени хидрати, попут скроба и глукозе, анаеробно разграђују. Ферментација има много здравствених благодати и користи се у производњи алкохолних пића, хлеба, јогурта, киселог купуса, јабуковог сирћета и комбуче. Такође се користи у индустрији за производњу етанола као извора биогорива.

Током људске историје стварале су се различите културе ферментисана пића остављањем зрна и воћа у покривеним контејнерима, без разумевања зашто је рецепт радио.

Тек када је Јосепх Лоуис Гаи-Луссац експериментисао са методом одржавања сока од грожђа дуго времена неферментираним, открио је да је квасац неопходан за алкохолну ферментацију. Пастеур је, међутим, показао да је квасац одговоран за трансформацију глукозе у етанол у ферментираним пићима. Такође је открио микроорганизме због којих млеко кисели, за шта се касније утврдило да су деловање бактерија у млечно-киселој ферментацији.

Ферментација је а метаболички процес

Реч „фермент“ потиче од латинске речи „фервере“, што значи кључати. Наука о ферментацији позната је под називом зимологија, са грчког „радња ферментације“, и проучава биохемијски процес ферментације и његове примене.

Ферментација се јавља под анаеробни услови (одсуство кисеоника), дејством микроорганизама (квасци, бактерије и плесни) који извлаче енергију из процеса.

Неке врсте квасца, као нпр Саццхаромицес церевисиае, преферира ферментацију од аеробног дисања, чак и када је кисеоника у изобиљу, све док постоји довољна количина шећера. Ферментација није ограничена на квасац, али се такође може спровести у мишићима, у којима мишићи катализују конверзију глукозе у лактат.

Гликолиза, који је метаболички пут који претвара глукозу у пируват, први је корак у ферментацији. Током процеса гликолизе, један молекул глукозе, шест шећера угљеника, распада се на два молекула пирувата. Ова егзотермна реакција ослобађа енергију за фосфорилацију АДП у АТП и конверзију НАД + у НАДХ.

У присуству кисеоника, пируват се затим може оксидирати кроз циклус трикарбоксилне киселине, процес познат као аеробно дисање. Супротно томе, пируват се у процесу ферментације може редуковати у алкохол, млечну киселину или друге производе у одсуству кисеоника.

Постоје многе врсте ферментације које се одликују углавном крајњим производима. Две најважније и најчешће коришћене врсте су етанол / алкохолна ферментација и ферментација млечне киселине.

Ферментација етанолом користи се у производњи алкохолних пића. Ферментација млечне киселине користи се за ароматизацију или очување млечних производа и поврћа. Ферментација млечне киселине се такође јавља у мишићним ћелијама под напорним активностима. У овом случају, мишићи троше енергију (АТП) брже него што се кисеоник може испоручити, што резултира анаеробним окружењем, а тиме и накупљањем млечне киселине и болним мишићима.

Постоје и друге врсте ферментације попут ферментације сирћетне киселине, ферментације ацетон-бутанол-етанол и ферментације мешаних киселина.

Ферментација етанолом дефинисана је као биолошки процес који шећер (глукозу, фруктозу и сахарозу) претвара у етанол, угљен-диоксид и енергију.

После почетног корака гликолизе који претвара један молекул глукозе у два молекула пирувата, пируват молекули се даље распадају на два молекула ацеталдехида и два молекула угљен-диоксида, корак који катализује пируват декарбоксилаза. Алкохол дехидрогеназа затим олакшава конверзију два молекула ацеталдехида у два молекула етанола, користећи енергију и водоник из НАДХ.

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

Ферментација млечно-киселинске киселине је друга врста ферментације и описана је као метаболички процес који трансформише шећер у метаболит лактат и енергију. То је једини процес дисања који не производи гас и јавља се код неких бактерија (као што је лактобацили) и мишићне ћелије.

Ова врста ферментације претвара два молекула пирувата из гликолизе у два молекула млечне киселине и регенерише НАД⁺ у процесу, настављајући циклус. Ова редокс реакција је катализована дехидрогеназом млечне киселине.

Бактерије млечне киселине могу извршити било хомолактичку ферментацију, где је млечна киселина главни производ, или хетеролактичка ферментација, где се део лактата даље метаболише у етанол, угљен-диоксид и друго нуспроизводи.

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

Богат у пробиотици, ферментисана храна садржи микроорганизме који могу помоћи у одржавању здравог цревног система, тако да ефикасније може извлачити хранљиве састојке из хране. Они су корисни за људско здравље на више начина.

Пробиотици, ензими и млечна киселина у ферментисаној храни могу олакшати унос витамина и минерала у тело. Ферментација повећава витамине Б и Ц и појачава фолну киселину, рибофлавин, ниацин, тиамин и биотин, чинећи их доступнијим за апсорпцију.

Ферментација такође може неутралисати фитинску киселину, супстанцу у житарицама, орасима, семенима и махунаркама која узрокује недостатак минерала. Фитати, јонизовани облик фитинске киселине, такође чине скроб, протеине и масти мање сварљивим.

Микроорганизми или пробиотици у ферментисаној храни могу помоћи у одржавању здравог црева у производњи антибиотика, антивирусна, антифунгална и антитуморска средства, као и стварање киселог окружења у којем патогени не успевају у.

Ферментација се широко користи за производњу алкохолних пића, на пример, вина од воћних сокова и пива од житарица. Кромпир, богат скробом, такође се може ферментирати и дестилирати да би се направио џин и вотка.

Ферментација се такође широко користи у прављење хлеба. Када се шећер, квасац, брашно и вода комбинују у тесто, квасац разграђује шећер и одаје угљен-диоксид, због чега хлеб расте. Специјални хлеб попут киселог теста користи и квасац и лактобациле. Ова комбинација даје тесто растегљивој текстури и препознатљивом киселом укусу.

Млечно-киселинска ферментација користи се за арому или конзервацију млечних производа и поврћа, на пример јогурта, киселог купуса, киселих краставаца и кимчија.

Ферментација сирћетне киселине се такође може користити за претварање скроба и шећера из зрна и воћа у сирће и зачине киселог окуса, укључујући јабуково сирће и комбуху.

Ферментација се користи у индустрији за стварање етанол за производњу биогорива. Привлачан је обновљиви ресурс, јер потиче из сировина, укључујући житарице и усеве попут кукуруза, шећерне трске, шећерне репе и касаве. Такође може потицати од дрвећа, трава, пољопривредних и шумских остатака.

У Сједињеним Државама, које су највећи произвођач етанолског горива, главна сировина за етанолско гориво је кукуруз с обзиром на његово обиље и ниску цену. Из једног килограма кукуруза може се произвести приближно 0,42 литра етанола. Други по величини произвођач је Бразил, а већина етанолског горива долази из шећерне трске. Већина аутомобила у Бразилу ради на чистом етанолу или мешавини бензина и етанола.

Ферментација је такође способна да производи гас водоник, на пример у Цлостридиум пастеурианум, где се глукоза претвара у бутират, ацетат, угљен-диоксид и гас водоника. У ферментацији ацетон-бутанол-етанол, бактерије разграђују угљене хидрате као што су скроб и глукоза, дајући ацетон, н-бутанол и етанол. Овај процес је развио Цхаим Веизманн као примарну методу за прављење ацетона у Првом светском рату.