Glucosefermentatie is een van de belangrijkste reacties waarmee alcoholische dranken kunnen worden bereid. Het kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, waarbij elk afzonderlijk product wordt gevormd. Dit proces speelt een sleutelrol op veel gebieden van ons leven, van koken en het maken van wijn- en wodkaproducten tot de reacties die in ons lichaam plaatsvinden.
Geschiedenis
Het proces van fermentatie van glucose en andere suikers werd door oude mensen gebruikt. Ze aten licht gefermenteerd voedsel. Dergelijk voedsel was veiliger, omdat het alcohol bevatte, waarin veel schadelijke bacteriën stierven. In het oude Egypte en Babylon wisten mensen al hoe ze veel suikerhoudende dranken en melk moesten fermenteren. Toen mensen er aan het einde van de 18e eeuw in slaagden dit proces, de soorten en de mogelijkheden voor verbetering beter te bestuderen, groeiden industrieën als kwas, brouwen en wijnwodka zeer kwalitatief.
Soorten fermentatie
Vreemd genoeg, maar dit proces is anders. En er zijn soorten glucosefermentatie door eindproducten. Zo is er melkzuur, alcohol, citroenzuur, aceton, boterzuur en verschillende andere. Laten we het even hebben over elk typeafzonderlijk. Melkzuurfermentatie van glucose is het belangrijkste proces bij de bereiding van producten zoals yoghurt, zure room, kefir, kwark. Het wordt ook gebruikt om groenten te bewaren en vervult een sleutelfunctie in ons lichaam: bij zuurstofgebrek wordt glucose omgezet in het eindproduct - melkzuur, dat spierpijn veroorzaakt tijdens en na de training.
Alcoholische fermentatie is anders omdat ethylalcohol wordt gevormd als het eindproduct. Het komt voor met behulp van micro-organismen - gist. En het speelt een sleutelrol bij het koken, aangezien naast het hoofdproduct ook koolstofdioxide vrijkomt tijdens de alcoholische fermentatie van glucose (dit verklaart de pracht van het gistdeeg).
Citroenzuurfermentatie vindt plaats, zoals je zou kunnen raden, met de vorming van citroenzuur. Het treedt op onder invloed van een bepaald type schimmel en maakt deel uit van de Krebs-cyclus, die zorgt voor de ademhaling van alle cellen in ons lichaam.
Aceton-butylfermentatie lijkt erg op boterzuurfermentatie. Als resultaat worden boterzuur, butyl- en ethylalcoholen, aceton en kooldioxide gevormd. Boterfermentatie produceert alleen het naamdragende zuur en koolstofdioxide.
Nu zullen we alle soorten in meer detail bekijken, maar laten we beginnen met de meest elementaire - alcoholische fermentatie van glucose. Alle reacties en de nuances van hun koers zullen in detail worden geanalyseerd.
Alcoholfermentatie
Laten we wat meer vertellen over de fermentatie van glucose, waarvan de vergelijking is:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Wat v alt er van deze reactie te leren? We hebben twee producten: ethylalcohol en kooldioxide. Door dit laatste zien we het zwellen van het gistdeeg. En dankzij de eerste hebben we de mogelijkheid om een onvergetelijke smaak van wijn en wijndranken te krijgen. Maar in feite is dit slechts een vereenvoudigde vergelijking. De volledige glucosefermentatiereactie is ingewikkelder, dus laten we het een beetje opsplitsen.
Er is zo'n proces als glycolyse. Letterlijk verta alt de naam zich als "het splitsen van suiker". Het komt voor in het lichaam en het bijproduct is pyrodruivenzuur, en de belangrijkste is adenosinetrifosfaat (ATP), dat tijdens deze reactie uit een andere verbinding wordt gevormd. We kunnen zeggen dat ATP de energiedrager in het lichaam is, en in feite dient glycolyse om ons lichaam van energie te voorzien.
We hebben dit proces niet voor niets aangeroerd. In feite lijkt fermentatie erg op glycolyse, omdat de eerste fase voor hen precies hetzelfde is. Men kan zelfs zeggen dat de alcoholische fermentatie van glucose een voortzetting is van glycolyse. Het daarbij gevormde pyruvaat (pyrodruivenzuurion) wordt omgezet in aceetaldehyde (CH3-C(O)H) waarbij als bijproduct kooldioxide vrijkomt. Daarna wordt het resulterende product gereduceerd door het NADH-co-enzym in de bacteriën. Reductie leidt tot de vorming van ethylalcohol.
De fermentatiereactie van glucose tot ethylalcohol ziet er dus als volgt uit:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH dient als katalysator voor de reactie, en het NAD-ion+speelt een sleutelrol in het vroege stadium van glycolyse en, gevormd aan het einde van alcoholische fermentatie, keert terug naar het proces.
Laten we verder gaan met het volgende type reactie dat wordt bestudeerd.
Melkzuurfermentatie van glucose
Deze soort verschilt van alcohol doordat deze niet onder invloed van gist ontstaat, maar met behulp van melkzuurbacteriën. Daarom hebben we totaal verschillende producten. Melkzuurfermentatie vindt ook plaats in onze spieren als we hard werken en zuurstof tekort komen.
Er zijn twee soorten van dit proces. De eerste is homofermentatieve fermentatie. Als je ooit het voorvoegsel "homo" hebt gehoord, begrijp je waarschijnlijk wat het betekent. Homofermentatieve fermentatie is een proces waarbij een enkel enzym betrokken is. In de eerste fase vindt glycolyse plaats en wordt pyrodruivenzuur gevormd. Vervolgens wordt het resulterende pyruvaat (in oplossing kan dit zuur alleen in de vorm van ionen voorkomen) gehydrogeneerd met NADH+H en lactaatdehydrogenase. Als resultaat is het reductieproduct melkzuur, dat ongeveer 90% uitmaakt van alle producten die tijdens de reactie worden verkregen. Deze verbinding kan echter ook worden gevormd in de vorm van tweeverschillende isomeren: D en L. Deze typen verschillen doordat ze spiegelbeelden van elkaar zijn en als gevolg daarvan ons lichaam op verschillende manieren beïnvloeden. Welk isomeer in grotere mate wordt gevormd, bepa alt de structuur van lactaatdehydrogenase.
Laten we verder gaan met het tweede type melkzuurfermentatie - heterofermentatief. Dit proces omvat verschillende enzymen en volgt een complexer pad. Hierdoor ontstaan er tijdens de reactie meer verschillende producten: naast melkzuur vinden we daar azijnzuur en ethylalcohol.
Dus we hebben melkzuurfermentatie overwogen. Dit is het proces waardoor we kunnen genieten van de smaak van kwark, gestremde melk, gefermenteerde gebakken melk en kefir. Laten we de algemene reactie van melkzuurfermentatie van glucose samenvatten en opschrijven: C6H12O6=2 C 3H6O3. Dit is natuurlijk een vereenvoudigd diagram van het proces van homofermentatieve fermentatie, aangezien zelfs het diagram van een heterofermentatief fermentatieproces zeer complex zal zijn. Chemici bestuderen nog steeds de melkzuurfermentatie van glucose en verhelderen de volledige mechanismen ervan, dus er is nog ruimte voor verbetering.
Citroenzuurfermentatie
Reacties van dit type fermentatie vinden, net als bij alcohol, plaats onder invloed van paddenstoelen van een bepaalde soort. Het volledige mechanisme van deze reactie is nog niet volledig begrepen en we kunnen alleen vertrouwen op enkele vereenvoudigingen. Er zijn echter suggesties dat de eerste fase van het proces glycolyse is. Dan wordt pyrodruivenzuur omgezet inverandert in verschillende zuren en komt tot citroen. Door dit mechanisme hopen andere zuren zich op in het reactiemedium - producten van onvolledige oxidatie van glucose.
Dit proces vindt plaats onder invloed van zuurstof en kan in algemene termen worden geschreven als de volgende vergelijking: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Voordat dit type fermentatie werd ontdekt, extraheren mensen citroenzuur uitsluitend door de vrucht van de overeenkomstige boom te persen. Dit zuur is echter niet meer dan 15% in citroen, dus deze methode bleek onpraktisch en na de ontdekking van deze reactie begon al het zuur te worden verkregen door fermentatie.
Boterzuurgisting
Laten we naar het volgende type gaan. Dit type fermentatie vindt plaats onder invloed van boterzuurbacteriën. Ze zijn wijdverbreid en het proces dat ze veroorzaken speelt een sleutelrol in biologisch belangrijke cycli. Met behulp van deze bacteriën vindt de afbraak van dode organismen plaats. Het boterzuur dat tijdens de reacties wordt gevormd, trekt aaseters aan met zijn geur.
Dit type fermentatie wordt gebruikt in de industrie. Zoals je zou kunnen raden, krijgen ze boterzuur. De esters worden veel gebruikt in de parfumerie en hebben een aangename geur, in tegenstelling tot zichzelf. Boterfermentatie is echter niet altijd gunstig. Het kan groenten, ingeblikt voedsel, melk en andere producten bederven. Maar dit kan alleen gebeuren als er boterzuurbacteriën in het product zijn gekomen.
Laten we het mechanisme van boterzuur analyserenfermentatie van glucose. Zijn reactie ziet er als volgt uit: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Hierdoor wordt ook energie opgewekt, die zorgt voor de vitale activiteit van boterzuurbacteriën.
Aceton-butylfermentatie
Dit type lijkt erg op boterzuur. Niet alleen glucose, maar ook glycerol en pyrodruivenzuur kunnen op deze manier fermenteren. Dit proces kan in twee fasen worden verdeeld: de eerste (soms zuur genoemd) is eigenlijk boterzuurfermentatie. Naast boterzuur komt echter ook azijnzuur vrij. Als gevolg van glucosefermentatie op deze manier krijgen we producten die naar de tweede fase gaan (acetonobutyl). Omdat dit hele proces ook plaatsvindt onder invloed van bacteriën, komen bij het aanzuren van het medium (toename van de zuurconcentratie) speciale enzymen vrij door bacteriën. Ze induceren de omzetting van glucosefermentatieproducten in n-butanol (butylalcohol) en aceton. Bovendien kan er wat ethanol worden geproduceerd.
Andere soorten fermentatie
Naast de vijf soorten van dit proces die worden vermeld, zijn er nog een aantal. Dit is bijvoorbeeld azijnfermentatie. Het komt ook voor onder de werking van veel bacteriën. Dit type fermentatie kan nuttig worden gebruikt bij het beitsen. Het beschermt voedsel tegen pathogene en gevaarlijke bacteriën. Er zijn ook alkalische of methaanfermentatie. In tegenstelling tot de vorige typen, is dit typefermentatie kan worden uitgevoerd voor de meeste organische verbindingen. Als resultaat van een groot aantal complexe reacties worden organische stoffen gesplitst in methaan, waterstof en koolstofdioxide.
Biologische rol
Gisting is de oudste manier om energie te verkrijgen door levende organismen. Sommige wezens produceren organische stoffen en ontvangen onderweg energie, terwijl anderen deze stoffen vernietigen, terwijl ze ook energie ontvangen. Ons hele leven is hierop gebouwd. En in ieder van ons vindt fermentatie in een of andere vorm plaats. Zoals we hierboven al zeiden, vindt melkzuurfermentatie plaats in de spieren tijdens intensieve training.
Wat moet ik nog meer lezen?
Als je geïnteresseerd bent in de biochemie van dit zeer interessante proces, moet je beginnen met schoolboeken in scheikunde en biologie. Veel universitaire studieboeken zijn zo gedetailleerd dat je na het lezen gewoon een expert op dit gebied kunt worden.
Conclusie
Hier komen we aan het einde. We analyseerden alle soorten glucosefermentatie en de algemene principes van deze processen, die zowel in het functioneren van levende organismen als in onze industrie een zeer belangrijke rol spelen. Het is mogelijk dat we in de toekomst nog verschillende soorten van dit oude proces zullen ontdekken en leren hoe we ze in ons voordeel kunnen gebruiken, zoals we deden met degenen die ons al bekend waren.
