Co je fermentace v chemii?

Fermentace je proces používaný k výrobě vína, piva, jogurt a další produkty. Zde je pohled na chemický proces, ke kterému dochází během kvašení.

Fermentace je metabolický proces, při kterém organismus převádí uhlohydrát, jako je škrob nebo a cukr, do alkohol nebo kyselina. Například kvasinky provádějí fermentaci, aby získaly energii přeměnou cukru na alkohol. Bakterie provádějí fermentaci a přeměňují uhlohydráty na kyselinu mléčnou. Studie fermentace se nazývá zymologie.

Termín “fermentovat” pochází z latinského slova fervere, což znamená „vařit“. Fermentaci popsali alchymisté koncem 14. století, ale ne v moderním smyslu. Chemický proces fermentace se stal předmětem vědeckého výzkumu kolem roku 1600.

Fermentace je přirozený proces. Lidé používali fermentaci k výrobě produktů, jako je víno, medovina, sýr a pivo, dlouho předtím, než byl biochemický proces pochopen. V 50. a 60. letech 20. století

Většina lidí si je vědoma potravin a nápojů, které jsou fermentačními produkty, ale nemusí si uvědomit, že z fermentace vyplývá mnoho důležitých průmyslových produktů.

• Pivo
• Víno
• Jogurt
• Sýr
• Některé kyselé potraviny obsahující kyselinu mléčnou, včetně zelí, kimchi a pepře
• Kváskový kvas
• Čištění odpadních vod
• Nějaká průmyslová výroba alkoholu, například pro biopaliva
• Vodíkový plyn

Kvasinky a některé bakterie provádějí fermentaci ethanolem, kde se pyruvát (z metabolismu glukózy) rozpadá na ethanol a oxid uhličitý. Čistá chemická rovnice pro výrobu ethanolu z glukózy je:

C₆H₁₂Ó₆ (glukóza) → 2 ° C₂H₅OH (ethanol) + 2 CO₂ (oxid uhličitý)

Kvašení ethanolem používá výrobu piva, vína a chleba. Stojí za zmínku, že fermentace v přítomnosti vysokých hladin pektinu vede k produkci malého množství methanolu, který je při konzumaci toxický.

Molekuly pyruvátu z metabolismu glukózy (glykolýza) mohou být fermentovány na kyselinu mléčnou. Fermentace kyseliny mléčné se používá k přeměně laktózy na kyselinu mléčnou při výrobě jogurtu. Vyskytuje se také ve zvířecích svalech, když tkáň vyžaduje energii rychleji než může být dodáván kyslík. Další rovnice pro produkci kyseliny mléčné z glukózy je:

C₆H₁₂Ó₆ (glukóza) → 2 CH₃CHOHCOOH (kyselina mléčná)

Produkce kyseliny mléčné z laktózy a vody lze shrnout takto:

C₁₂H₂₂Ó₁₁ (laktóza) + H₂O (voda) → 4 CH₃CHOHCOOH (kyselina mléčná)

Proces fermentace může poskytnout plynný vodík a plynný metan.

Methanogenní archaea podléhá disproporcionační reakci, ve které je jeden elektron přenesen z a karbonyl skupiny karboxylové kyseliny na methylovou skupinu kyseliny octové za získání methanu a oxidu uhličitého plyn.

Mnoho typů fermentace poskytuje vodík. Produkt může organismus použít k regeneraci NAD⁺ od NADH. Plynný vodík může být použit jako substrát pomocí redukčních činidel na bázi síranů a methanogenů. Lidé zažívají produkci vodíkových plynů ze střevních bakterií, produkující flatus.

• Fermentace je anaerobní proces, což znamená, že k tomu, aby k ní došlo, nevyžaduje kyslík. Avšak i když je kyslík hojný, kvasinkové buňky upřednostňují fermentaci před aerobním dýcháním, pokud je k dispozici dostatečný přísun cukru.
• K fermentaci dochází v zažívacím systému lidí a jiných zvířat.
• Ve vzácném zdravotním stavu zvaném střevní fermentační syndrom nebo syndrom auto-pivovarnictví vede fermentace v lidském trávicím traktu k intoxikaci produkcí ethanolu.
• K fermentaci dochází v lidských svalových buňkách. Svaly mohou utrácet ATP rychleji než kyslík. V této situaci je ATP produkován glykolýzou, která nepoužívá kyslík.
• Ačkoli fermentace je běžnou cestou, není to jediná metoda, kterou organismy používají k získání energie anaerobně. Některé systémy používají síran jako konečný elektronový akceptor v EU elektronový transportní řetězec.

• Hui, Y. H. (2004). Příručka pro uchování a zpracování zeleniny. New York: M. Dekker. str. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobiologie (6. ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). Život, věda biologie (7. vydání). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates. str. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Příručka domácích fermentovaných potravin (2. vydání). CRC Stiskněte. ISBN 9781351442510.