ทำไมถึงมีบัฟเฟอร์ในการหมัก?

มนุษย์ใช้เอทานอลในไวน์ เบียร์ และเครื่องดื่มแอลกอฮอล์อื่นๆ เป็นยาเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์ ไม่นานมานี้เอทานอลก็มีความสำคัญในฐานะเชื้อเพลิงทางเลือกเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นการบริโภคของมนุษย์หรือการเผาไหม้ในรถยนต์ เอทานอลถูกผลิตขึ้นโดยใช้ยีสต์ จุลินทรีย์ที่หมักน้ำตาลและปล่อยเอทานอลเป็นของเสีย บัฟเฟอร์จะถูกเพิ่มในระหว่างกระบวนการนี้เพื่อช่วยรักษาค่า pH ให้คงที่

การรักษาค่า pH ให้คงที่หรือความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ผลผลิตที่ดีจากการหมัก นั่นเป็นเพราะยีสต์ที่หมักน้ำตาลเป็นสิ่งมีชีวิต และชีวเคมีของพวกมันทำงานได้ดีภายในช่วง pH ที่แน่นอน เช่นเดียวกับของคุณ ตัวอย่างเช่น หากคุณถูกจุ่มลงในอ่างที่มีกรดซัลฟิวริก มันจะฆ่าคุณหรือทำร้ายคุณอย่างรุนแรง เช่นเดียวกันกับยีสต์ ถ้าค่า pH สูงหรือต่ำมากจนอยู่นอกช่วงความทนทาน ก็สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของยีสต์หรือถึงกับฆ่าพวกมันได้

กระบวนการหมักในยีสต์มีความคล้ายคลึงกันบางประการกับกระบวนการหมักที่เกิดขึ้นในเซลล์กล้ามเนื้อของคุณเมื่อมีออกซิเจนไม่เพียงพอ ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณกำลังวิ่ง เซลล์ของคุณปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และกรดแลคติกจากการหมัก ในทางตรงกันข้าม ยีสต์จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และเอทานอลออกมา อันที่จริงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั้นเป็นสาเหตุที่คุณใช้ยีสต์เพื่อทำให้ขนมปังขึ้น ก๊าซที่ติดอยู่จะสร้างฟองอากาศขยายตัวในแป้ง

ในถังหมัก ความเข้มข้นของ CO2 ในสารละลายจะสูงกว่าปกติเนื่องจากกิจกรรมการหมัก CO2 ส่วนเกินนี้จะฟองออก มันยังทำให้สารละลายเป็นกรดด้วย อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก CO2 ที่ละลายในน้ำจะรวมกับน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก หากสารละลายมีสภาพเป็นกรดมากเกินไป ก็สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของยีสต์ได้ ยีสต์ชอบค่า pH ในช่วง 4 - 6 ดังนั้นคนทำขนมปัง โรงเบียร์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ใช้บัฟเฟอร์ในการหมักเพื่อรักษาค่า pH ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม

เมื่อ pH สูงขึ้น อัตราที่สารประกอบบัฟเฟอร์สูญเสียไฮโดรเจนไอออน (โปรตอน) จะเพิ่มขึ้น และ แม้ว่าสารประกอบบัฟเฟอร์จำนวนมากจะสูญเสียโปรตอนไปแล้ว แต่ค่า pH ของสารละลายจะเปลี่ยนไปเท่านั้น เล็กน้อย. เมื่อค่า pH ลดลง กระบวนการย้อนกลับจะเกิดขึ้น โมเลกุลบัฟเฟอร์ส่วนใหญ่ยอมรับโปรตอน และบัฟเฟอร์อีกครั้งจะกลั่นกรองการเปลี่ยนแปลงของ pH โดยทั่วไป สารประกอบบัฟเฟอร์จะช่วย "ดูดซับ" ความเป็นกรดหรือด่างที่มากเกินไป ค่า pH จะเริ่มเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อสารประกอบบัฟเฟอร์ส่วนใหญ่ถูกทำให้เป็นกลางหรือ "ใช้จนหมด"