Glukosjäsning är en av huvudreaktionerna som gör det möjligt att tillaga alkoholh altiga drycker. Det kan utföras på olika sätt, i var och en av vilka individuella produkter bildas. Denna process spelar en nyckelroll på många områden i vårt liv, från matlagning och tillverkning av vin- och vodkaprodukter till de reaktioner som sker i vår kropp.
Historia
Fermenteringsprocessen av glukos och andra sockerarter användes av forntida människor. De åt lätt jäst mat. Sådan mat var säkrare, eftersom den innehöll alkohol, i vilken många skadliga bakterier dog. I det forntida Egypten och Babylon visste man redan hur man jäser många sockerh altiga drycker och mjölk. När människor i slutet av 1700-talet lyckades bättre studera denna process, dess typer och möjligheter till förbättringar, växte sådana industrier som kvass, bryggning och vinvodka mycket kvalitativt.
Typer av jäsning
Märkligt nog, men den här processen är annorlunda. Och det finns typer av glukosjäsning av slutprodukter. Det finns alltså mjölksyra, alkohol, citronsyra, aceton, smörsyra och flera andra. Låt oss prata lite om varje typ avseparat. Mjölksyrafermentering av glukos är huvudprocessen vid framställning av sådana produkter som yoghurt, gräddfil, kefir, keso. Det används också för att konservera grönsaker och fyller en nyckelfunktion i vår kropp: vid syrebrist omvandlas glukos till slutprodukten - mjölksyra, som orsakar muskelsmärta under och efter träning.
Alkoholjäsning är annorlunda genom att etylalkohol bildas som slutprodukt. Det sker med hjälp av mikroorganismer - jäst. Och det spelar en nyckelroll i matlagningen, eftersom förutom huvudprodukten även koldioxid frigörs under alkoholjäsningen av glukos (detta förklarar jästdegens prakt).
Citronsyrajäsning sker, som du kanske gissar, med bildning av citronsyra. Det uppstår under påverkan av en viss typ av svamp och är en del av Krebs-cykeln, som säkerställer andningen av alla celler i vår kropp.
Aceton-butyljäsning är mycket lik smörsyrajäsning. Som ett resultat bildas smörsyra, butyl och etylalkoholer, aceton och koldioxid. Smörsyrajäsning producerar endast den namnbärande syran och koldioxiden.
Nu ska vi titta på alla typer mer i detalj, men låt oss börja med det mest grundläggande - alkoholh altig jäsning av glukos. Alla reaktioner och nyanserna i deras förlopp kommer att analyseras i detalj.
Alkoholjäsning
Låt oss berätta lite mer om fermenteringen av glukos, vars ekvation är:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Vad kan man lära av denna reaktion? Vi har två produkter: etylalkohol och koldioxid. På grund av det senare observerar vi svällningen av jästdegen. Och på grund av det första har vi möjlighet att få en oförglömlig smak av vin och vindrycker. Men i själva verket är detta bara en förenklad ekvation. Den fullständiga glukosjäsningsreaktionen är mer komplicerad, så låt oss bryta ner den lite.
Det finns en sådan process som glykolys. Bokstavligen översätts dess namn som "sönderdelning av socker." Det förekommer i kroppen, och dess biprodukt är pyrodruvsyra, och den viktigaste är adenosintrifosfat (ATP), som bildas under denna reaktion från en annan förening. Vi kan säga att ATP är energibäraren i kroppen, och i själva verket tjänar glykolys till att förse vår kropp med energi.
Vi berörde den här processen av en anledning. Faktum är att fermentering är mycket lik glykolys, eftersom det första steget är exakt detsamma för dem. Man kan till och med säga att den alkoholiska jäsningen av glukos är en fortsättning på glykolysen. Pyruvatet (pyrodruvsyrajonen) som bildas under den senare omvandlas till acetaldehyd (CH3-C(O)H) med frigöring av koldioxid som en biprodukt. Därefter reduceras den resulterande produkten av NADH-koenzymet som finns i bakterierna. Reduktion leder till bildning av etylalkohol.
Så här ser jäsningsreaktionen av glukos till etylalkohol ut så här:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH fungerar som en katalysator för reaktionen, och NAD-jonen+spelar en nyckelroll i det tidiga skedet av glykolys, och bildas i slutet av alkoholjäsningen, återgår till processen.
Låt oss gå vidare till nästa typ av reaktion som studeras.
Mjölksyrafermentering av glukos
Denna art skiljer sig från alkohol genom att den inte förekommer under påverkan av jäst, utan med hjälp av mjölksyrabakterier. Därför har vi helt andra produkter. Mjölksyrajäsning sker även i våra muskler när vi arbetar hårt och saknar syre.
Det finns två typer av denna process. Den första är homofermentativ jäsning. Om du någonsin har hört prefixet "homo", så förstår du förmodligen vad det betyder. Homofermentativ fermentering är en process som involverar ett enda enzym. I det första skedet sker glykolys och pyrodruvsyra bildas. Sedan utsätts det resulterande pyruvatet (i lösning kan denna syra endast existera i form av joner) för hydrering med användning av NADH+H och laktatdehydrogenas. Som ett resultat är reduktionsprodukten mjölksyra, som utgör cirka 90 % av alla produkter som erhålls under reaktionen. Denna förening kan emellertid också bildas i form av tvåolika isomerer: D och L. Dessa typer skiljer sig åt genom att de är spegelbilder av varandra och som ett resultat påverkar vår kropp på olika sätt. Vilken isomer som kommer att bildas i större utsträckning avgör strukturen för laktatdehydrogenas.
Låt oss gå vidare till den andra typen av mjölksyrajäsning - heterofermentativ. Denna process involverar flera enzymer och följer en mer komplex väg. På grund av detta bildas fler olika produkter under reaktionen: förutom mjölksyra kan vi hitta ättiksyra och etylalkohol där.
Så vi har övervägt mjölksyrajäsning. Detta är den process genom vilken vi kan njuta av smaken av keso, curdled mjölk, fermenterad bakad mjölk och kefir. Låt oss summera och skriva ner den allmänna reaktionen av mjölksyrafermentering av glukos: C6H12O6=2 C 3H6O3. Naturligtvis är detta ett förenklat diagram över processen för homofermentativ fermentering, eftersom även diagrammet för en heterofermentativ fermenteringsprocess kommer att vara mycket komplex. Kemister studerar fortfarande mjölksyrafermenteringen av glukos och klargör dess fullständiga mekanismer, så det finns fortfarande utrymme för förbättringar.
Citronsyrajäsning
Reaktioner av denna typ av jäsning inträffar, som med alkohol, under inverkan av svampar av en viss stam. Den fullständiga mekanismen för denna reaktion är ännu inte helt klarlagd, och vi kan bara lita på några förenklingar. Det finns dock förslag om att det inledande skedet av processen är glykolys. Då omvandlas pyrodruvsyra tillblir till olika syror och kommer till citronsyra. På grund av denna mekanism ackumuleras andra syror i reaktionsmediet - produkter av ofullständig oxidation av glukos.
Denna process sker under inverkan av syre, och i allmänna termer kan den skrivas som följande ekvation: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Innan den här typen av jäsning upptäcktes utvann man citronsyra uteslutande genom att pressa frukten från motsvarande träd. Denna syra är dock inte mer än 15 % i citron, så denna metod visade sig vara opraktisk, och efter upptäckten av denna reaktion började all syra erhållas genom jäsning.
Smörfermentering
Låt oss gå vidare till nästa typ. Denna typ av jäsning sker under inverkan av smörsyrabakterier. De är utbredda och processen de orsakar spelar en nyckelroll i biologiskt viktiga kretslopp. Med hjälp av dessa bakterier sker nedbrytning av döda organismer. Smörsyran som bildas under reaktionerna lockar till sig asätare med sin lukt.
Denna typ av jäsning används inom industrin. Som du kanske gissar får de smörsyra. Dess estrar används ofta i parfymer och har en behaglig lukt, till skillnad från sig själv. Smörsyrafermentering är dock inte alltid fördelaktigt. Det kan förstöra grönsaker, konserver, mjölk och andra produkter. Men detta kan bara hända om smörsyrabakterier har kommit in i produkten.
Låt oss analysera mekanismen för smörsyrafermentering av glukos. Hans reaktion ser ut så här: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Som ett resultat genereras också energi, vilket säkerställer den vitala aktiviteten hos smörsyrabakterier.
aceton-butyljäsning
Den här typen är mycket lik smörsyra. Inte bara glukos, utan även glycerol och pyrodruvsyra kan jäsa på detta sätt. Denna process kan delas in i två steg: den första (ibland kallad sur) är faktiskt smörsyrafermentering. Men förutom smörsyra frigörs även ättiksyra. Som ett resultat av glukosjäsning på detta sätt får vi produkter som går till andra steget (acetonobutyl). Eftersom hela denna process också sker under inverkan av bakterier, när mediet surgörs (ökning i koncentrationen av syror), frigörs speciella enzymer av bakterier. De inducerar omvandlingen av glukosjäsningsprodukter till n-butanol (butylalkohol) och aceton. Dessutom kan en del etanol produceras.
Andra typer av jäsning
Förutom de fem typerna av denna process som anges, finns det flera fler. Till exempel är detta ättiksyrafermentering. Det förekommer också under inverkan av många bakterier. Denna typ av jäsning kan användas för användbara ändamål vid betning. Det skyddar mat från patogena och farliga bakterier. Det finns också alkalisk eller metanjäsning. Till skillnad från de tidigare typerna, denna typjäsning kan utföras för de flesta organiska föreningar. Som ett resultat av ett stort antal komplexa reaktioner spjälkas organiska ämnen i metan, väte och koldioxid.
Biologisk roll
Fermentering är det äldsta sättet att få energi från levande organismer. Vissa varelser producerar organiska ämnen, får energi längs vägen, medan andra förstör dessa ämnen, samtidigt som de får energi. Hela vårt liv bygger på detta. Och hos var och en av oss sker jäsning i en eller annan form. Som vi sa ovan sker mjölksyrajäsning i musklerna under intensiv träning.
Vad mer att läsa?
Om du är intresserad av biokemin i denna mycket intressanta process, bör du börja med skolböcker i kemi och biologi. Många universitetsläroböcker är så detaljerade att du efter att ha läst dem bara kan bli en expert på detta område.
Slutsats
Här kommer vi till slutet. Vi analyserade alla typer av glukosfermentering och de allmänna principerna för dessa processer, som spelar en mycket viktig roll både för levande organismers funktion och i vår industri. Det är möjligt att vi i framtiden kommer att upptäcka flera fler typer av denna uråldriga process och lära oss hur vi använder dem till vår fördel, som vi gjorde med de som vi redan känner till.
