5 використання ферментації

Ферментація - це хімічний процес, за допомогою якого вуглеводи, такі як крохмаль і глюкоза, розщеплюються анаеробно. Бродіння має багато переваг для здоров’я і використовується у виробництві алкогольних напоїв, хліба, йогурту, квашеної капусти, яблучного оцту та комбучі. Він також використовується в промисловості для отримання етанолу як джерела біопалива.

Протягом історії людства виникали різні культури ферментовані напої залишаючи зерна та фрукти у закритих контейнерах, не розуміючи, чому рецепт спрацював.

Лише тоді, коли Джозеф Луїс Гей-Люссак експериментував із методом збереження виноградного соку протягом тривалого часу, він виявив, що дріжджі є необхідними для алкогольного бродіння. Однак саме Пастер продемонстрував, що дріжджі відповідають за перетворення глюкози в етанол у ферментованих напоях. Він також виявив мікроорганізми, які викликають скисання молока, що згодом було виявлено дією бактерій при молочнокислому бродінні.

Бродіння - це

Слово "бродити" походить від латинського слова "fervere", що означає кипіти. Наука про бродіння відома під назвою зимологія, з грецької - „способи бродіння”, і є дослідженням біохімічного процесу бродіння та його застосування.

Бродіння відбувається під анаеробні умови (відсутність кисню), з дією мікроорганізмів (дріжджів, бактерій і цвілі), які витягують енергію з процесу.

Деякі види дріжджів, такі як Saccharomyces cerevisiae, віддає перевагу бродінню аеробному диханню, навіть коли кисню достатньо, за умови достатнього надходження цукру. Ферментація не обмежується дріжджами, але може здійснюватися і в м’язах, в яких м’язи каталізують перетворення глюкози в лактат.

Гліколіз, який є метаболічним шляхом, який перетворює глюкозу в піруват, є першим кроком у ферментації. Під час процесу гліколізу одна молекула глюкози, шість вуглецевих цукрів, розпадається на дві молекули пірувату. Ця екзотермічна реакція виділяє енергію для фосфорилювання АДФ до АТФ та перетворення НАД + в НАДН.

У присутності кисню піруват може потім окислюватися через цикл трикарбонової кислоти, процес відомий як аеробне дихання. І навпаки, в процесі бродіння піруват може бути відновлений до спирту, молочної кислоти або інших продуктів за відсутності кисню.

Існує багато типів бродіння, що відрізняються головним чином кінцевими продуктами. Два найважливіші та найбільш часто використовувані типи - це бродіння етанолу / спирту та молочнокисле бродіння.

Бродіння етанолу використовується у виробництві алкогольних напоїв. Молочнокисле бродіння використовується для ароматизації або консервування молочних продуктів та овочів. Молочнокисле бродіння також відбувається в м’язових клітинах під напруженою активністю. У цьому випадку м’язи споживають енергію (АТФ) швидше, ніж може надходити кисень, що призводить до анаеробного середовища і, отже, до накопичення молочної кислоти та болю в м’язах.

Існують й інші типи бродіння, такі як бродіння оцтової кислоти, бродіння ацетон-бутанол-етанол та бродіння змішаної кислоти.

Бродіння етанолу визначається як біологічний процес, який перетворює цукор (глюкозу, фруктозу та сахарозу) в етанол, вуглекислий газ та енергію.

Після початкового етапу гліколізу, який перетворює одну молекулу глюкози в дві молекули пірувату, піруват молекули далі розпадаються на дві молекули ацетальдегіду та дві молекули діоксиду вуглецю, стадією якої каталізується піруват декарбоксилаза. Потім дегідрогеназа спирту сприяє перетворенню двох молекул ацетальдегіду в дві молекули етанолу, використовуючи енергію та водень з NADH.

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

Молочнокисле бродіння - це ще один тип бродіння, який описується як процес обміну речовин, який перетворює цукор в метаболіт лактат та енергію. Це єдиний процес дихання, який не виробляє газ і виникає у деяких бактерій (таких як лактобактерії) і м’язові клітини.

Цей тип ферментації перетворює дві молекули пірувату з гліколізу на дві молекули молочної кислоти та регенерує НАД⁺ в процесі, продовжуючи цикл. Ця окисно-відновна реакція каталізується дегідрогеназою молочної кислоти.

Молочнокислі бактерії можуть здійснювати або гомолактичне бродіння, де молочна кислота є основним продуктом, або гетеролактичне бродіння, де частина лактату додатково метаболізується в етанол, вуглекислий газ та ін побічні продукти.

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

Багатий на пробіотики, ферментовані продукти містять мікроорганізми, які можуть допомогти підтримувати здорову систему кишечника, тому він може ефективніше витягувати поживні речовини з їжі. Вони корисні для здоров’я людини різними способами.

Пробіотики, ферменти та молочна кислота у ферментованих продуктах можуть сприяти надходженню організмом вітамінів та мінералів. Ферментація збільшує вітаміни групи В і С та посилює фолієву кислоту, рибофлавін, ніацин, тіамін та біотин, роблячи їх більш доступними для засвоєння.

Ферментація також може нейтралізувати фітинову кислоту - речовину в зернах, горіхах, насінні та бобових, яка спричиняє дефіцит мінеральних речовин. Фітати, іонізована форма фітинової кислоти, також роблять крохмаль, білки та жири менш засвоюваними.

Мікроорганізми або пробіотики у ферментованій їжі можуть допомогти підтримувати здоровий кишечник у виробництві антибіотика, противірусні, протигрибкові та протипухлинні засоби, а також створюють кисле середовище, щоб патогени не процвітали в.

Ферментація широко використовується для виробництва алкогольних напоїв, наприклад, вина з фруктових соків та пива із зерен. Картопля, багата крохмалем, також може бути зброджена і перегнана для отримання джину та горілки.

Ферментація також широко використовується в Росії виготовлення хліба. Коли цукор, дріжджі, борошно і вода поєднуються, утворюючи тісто, дріжджі розщеплюють цукор і виділяють вуглекислий газ, що призводить до того, що хліб піднімається. Спеціальний хліб, такий як закваска, використовує як дріжджі, так і лактобактерії. Ця комбінація надає тісту еластичну текстуру та виразний кислуватий смак.

Молочнокисле бродіння використовується для ароматизації або консервування молочних продуктів та овочів, наприклад йогурту, квашеної капусти, солінь та кімчі.

Оцтовокисле бродіння також може використовуватися для перетворення крохмалів та цукрів із зерен та фруктів на оцет та приправи кислого смаку, включаючи яблучний оцет та комбучу.

Бродіння використовується в промисловості для отримання етанол для виробництва біопалива. Це привабливий поновлюваний ресурс, оскільки бере свій початок із сировини, включаючи зернові культури та такі культури, як кукурудза, цукровий очерет, цукрові буряки та маніока. Він також може походити з дерев, трав, залишків сільського та лісового господарства.

У Сполучених Штатах, які є найбільшим виробником етанолового палива, основною сировиною для етанолового палива є кукурудза з огляду на її достаток і низьку ціну. З одного кілограма кукурудзи можна отримати приблизно 0,42 л етанолу. Другим за величиною виробником є ​​Бразилія, і більша частина його етанолового палива надходить із цукрової тростини. Більшість автомобілів у Бразилії працюють на чистому етанолі або суміші бензину та етанолу.

Ферментація також здатна виробляти газоподібний водень, наприклад у Clostridium pasteurianum, де глюкоза перетворюється на бутират, ацетат, вуглекислий газ та газоподібний водень. Під час бродіння ацетон-бутанол-етанол вуглеводи, такі як крохмаль та глюкоза, розщеплюються бактеріями з утворенням ацетону, н-бутанолу та етанолу. Цей процес був розроблений Хаїмом Вейцманом як основний метод отримання ацетону в Першій світовій війні.