Glukosefermentasie is een van die hoofreaksies waardeur die voorbereiding van alkoholiese drank moontlik is. Dit kan op verskillende maniere uitgevoer word, in elkeen waarvan individuele produkte gevorm word. Hierdie proses speel 'n sleutelrol in baie areas van ons lewe, van kook en maak van wyn en vodka produkte tot die reaksies wat in ons liggaam plaasvind.
Geskiedenis
Die proses van fermentasie van glukose en ander suikers is deur antieke mense gebruik. Hulle het effens gefermenteerde kos geëet. Sulke kos was veiliger, aangesien dit alkohol bevat het, waarin baie skadelike bakterieë dood is. In antieke Egipte en Babilon het mense reeds geweet hoe om baie suikerdrankies en melk te fermenteer. Toe mense aan die einde van die 18de eeu daarin geslaag het om hierdie proses, die tipes en moontlikhede daarvan vir verbetering beter te bestudeer, het nywerhede soos kwas, brouery en wyn-vodka baie kwalitatief gegroei.
tipes fermentasie
Vreemd genoeg, maar hierdie proses is anders. En daar is soorte glukose-fermentasie deur eindprodukte. So, daar is melksuur, alkohol, sitroensuur, asetoon, botter en verskeie ander. Kom ons praat 'n bietjie oor elke tipeafsonderlik. Melksuurfermentasie van glukose is die hoofproses in die voorbereiding van produkte soos jogurt, suurroom, kefir, maaskaas. Dit word ook gebruik om groente te preserveer en verrig 'n sleutelfunksie in ons liggaam: in toestande van 'n gebrek aan suurstof word glukose omgeskakel in die finale produk - melksuur, wat spierpyn tydens en na oefening veroorsaak.
Alkoholiese fermentasie is anders deurdat etielalkohol as die finale produk gevorm word. Dit vind plaas met behulp van mikroörganismes - gis. En dit speel 'n sleutelrol in kook, want benewens die hoofproduk, word koolstofdioksied vrygestel tydens die alkoholiese fermentasie van glukose (dit verklaar die prag van die gisdeeg).
Sitroensuurfermentasie vind plaas, soos jy dalk kan raai, met die vorming van sitroensuur. Dit kom onder die invloed van 'n sekere tipe swam voor en is deel van die Krebs-siklus, wat die asemhaling van alle selle in ons liggaam verseker.
Asetoon-butielfermentasie is baie soortgelyk aan botterfermentasie. As gevolg hiervan word bottersuur, butiel- en etielalkohole, asetoon en koolstofdioksied gevorm. Bottersuurgisting produseer slegs die naam-draende suur en koolstofdioksied.
Nou sal ons na alle tipes in meer besonderhede kyk, maar kom ons begin met die mees basiese – alkoholiese fermentasie van glukose. Alle reaksies en die nuanses van hul verloop sal in detail ontleed word.
Alkoholfermentasie
Kom ons vertel 'n bietjie meer oor die fermentasie van glukose, waarvan die vergelyking is:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Wat kan uit hierdie reaksie geleer word? Ons het twee produkte: etielalkohol en koolstofdioksied. As gevolg van laasgenoemde neem ons die swelling van die gisdeeg waar. En as gevolg van die eerste, het ons die geleentheid om 'n onvergeetlike smaak van wyn en wyndrankies te kry. Maar in werklikheid is dit net 'n vereenvoudigde vergelyking. Die volledige glukose-fermentasiereaksie is meer ingewikkeld, so kom ons breek dit 'n bietjie af.
Daar is so 'n proses soos glikolise. Letterlik, sy naam vertaal as "skeuring van suiker." Dit kom in die liggaam voor, en die byproduk daarvan is pirodruivensuur, en die belangrikste een is adenosientrifosfaat (ATP), wat tydens hierdie reaksie van 'n ander verbinding gevorm word. Ons kan sê dat ATP die energiedraer in die liggaam is, en in werklikheid dien glikolise om ons liggaam van energie te voorsien.
Ons het hierdie proses vir 'n rede aangeraak. Trouens, fermentasie is baie soortgelyk aan glikolise, aangesien die eerste stadium vir hulle presies dieselfde is. Daar kan selfs gesê word dat die alkoholiese fermentasie van glukose 'n voortsetting van glikolise is. Die piruvaat (piruvaat-ioon) wat in die loop van laasgenoemde gevorm word, word omgeskakel in asetaldehied (CH3-C(O)H) met die vrystelling van koolstofdioksied as 'n neweproduk. Daarna word die resulterende produk verminder deur die NADH-koënsiem wat in die bakterieë vervat is. Reduksie lei tot die vorming van etielalkohol.
Dus, die fermentasiereaksie van glukose na etielalkohol lyk soos volg:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH dien as 'n katalisator vir die reaksie, en die NAD-ioon+speel 'n sleutelrol in die vroeë stadium van glikolise, en gevorm aan die einde van alkoholiese fermentasie, keer terug na die proses.
Kom ons gaan aan na die volgende tipe reaksie wat bestudeer word.
melksuurfermentasie van glukose
Hierdie spesie verskil van alkohol deurdat dit nie onder die invloed van gis voorkom nie, maar met behulp van melksuurbakterieë. Daarom het ons heeltemal verskillende produkte. Melksuurfermentasie vind ook in ons spiere plaas wanneer ons hard werk en 'n gebrek aan suurstof het.
Daar is twee tipes van hierdie proses. Die eerste is homofermentatiewe fermentasie. As jy al ooit die voorvoegsel "homo" gehoor het, dan verstaan jy waarskynlik wat dit beteken. Homofermentatiewe fermentasie is 'n proses wat 'n enkele ensiem behels. In die eerste stadium vind glikolise plaas en pirodruivensuur word gevorm. Dan word die resulterende piruvaat (in oplossing kan hierdie suur slegs in die vorm van ione bestaan) aan hidrogenering onderwerp met NADH+H en laktaatdehidrogenase. Gevolglik is die reduksieproduk melksuur, wat ongeveer 90% uitmaak van alle produkte wat tydens die reaksie verkry word. Hierdie verbinding kan egter ook in die vorm van twee gevorm wordverskillende isomere: D en L. Hierdie tipes verskil deurdat hulle spieëlbeelde van mekaar is en gevolglik ons liggaam op verskillende maniere beïnvloed. Watter isomeer sal in 'n groter mate gevorm word, bepaal die struktuur van laktaatdehidrogenase.
Kom ons gaan aan na die tweede tipe melksuurfermentasie – heterofermentatief. Hierdie proses behels verskeie ensieme en volg 'n meer komplekse pad. As gevolg hiervan word meer verskillende produkte tydens die reaksie gevorm: benewens melksuur kan ons asynsuur en etielalkohol daar vind.
Ons het dus melksuurfermentasie oorweeg. Dit is die proses waardeur ons die smaak van maaskaas, gestremde melk, gefermenteerde gebakte melk en kefir kan geniet. Kom ons som die algemene reaksie van melksuurfermentasie van glukose op en skryf dit neer: C6H12O6=2 C 3H6O3. Natuurlik is dit 'n vereenvoudigde diagram van die proses van homofermentatiewe fermentasie, aangesien selfs die diagram van 'n heterofermentatiewe fermentasieproses baie kompleks sal wees. Chemici bestudeer steeds die melkfermentasie van glukose en verduidelik die volle meganismes daarvan, so daar is nog ruimte vir verbetering.
Sitroensuurfermentasie
Reaksies van hierdie tipe fermentasie vind plaas, soos met alkohol, onder die werking van sampioene van 'n sekere stam. Die volle meganisme van hierdie reaksie is nog nie ten volle verstaan nie, en ons kan net staatmaak op sommige vereenvoudigings. Daar is egter voorstelle dat die aanvanklike stadium van die proses glikolise is. Dan word pirodruivensuur omgeskakel naverander in verskeie sure en kom by sitroen. As gevolg van hierdie meganisme versamel ander sure in die reaksiemedium - produkte van onvolledige oksidasie van glukose.
Hierdie proses vind plaas onder die invloed van suurstof, en in algemene terme kan dit geskryf word as die volgende vergelyking: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Voordat hierdie tipe fermentasie ontdek is, het mense sitroensuur uitsluitlik onttrek deur die vrugte van die ooreenstemmende boom te druk. Hierdie suur is egter nie meer as 15% in suurlemoen nie, so hierdie metode het onprakties geblyk te wees, en na die ontdekking van hierdie reaksie het al die suur deur fermentasie begin verkry word.
Bottergisting
Kom ons gaan aan na die volgende tipe. Hierdie tipe fermentasie vind plaas onder die werking van bottersuurbakterieë. Hulle is wydverspreid, en die proses wat hulle veroorsaak, speel 'n sleutelrol in biologies belangrike siklusse. Met die hulp van hierdie bakterieë vind die ontbinding van dooie organismes plaas. Die bottersuur wat tydens die reaksies gevorm word, lok aasvreters met sy reuk.
Hierdie tipe fermentasie word in die industrie gebruik. Soos jy dalk raai, kry hulle bottersuur. Die esters word wyd in parfuum gebruik en het 'n aangename reuk, anders as hyself. Botterfermentasie is egter nie altyd voordelig nie. Dit kan groente, blikkieskos, melk en ander produkte bederf. Maar dit kan slegs gebeur as bottersuurbakterieë die produk binnegekom het.
Kom ons ontleed die meganisme van botterfermentasie van glukose. Sy reaksie lyk soos volg: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . As gevolg hiervan word energie ook opgewek, wat die lewensbelangrike aktiwiteit van botterbakterieë verseker.
Asetoon-butielfermentasie
Hierdie tipe is baie soortgelyk aan botter. Nie net glukose nie, maar ook gliserol en pirodruivensuur kan op hierdie manier fermenteer. Hierdie proses kan in twee fases verdeel word: die eerste (soms suur genoem) is eintlik botterfermentasie. Benewens bottersuur word asynsuur egter ook vrygestel. As gevolg van glukosefermentasie op hierdie manier, kry ons produkte wat na die tweede stadium gaan (acetonobutyl). Aangesien hierdie hele proses ook plaasvind onder die werking van bakterieë, wanneer die medium versuur word (toename in die konsentrasie van sure), word spesiale ensieme deur bakterieë vrygestel. Hulle veroorsaak die omskakeling van glukose-fermentasieprodukte in n-butanol (butielalkohol) en asetoon. Daarbenewens kan 'n mate van etanol geproduseer word.
Ander tipes fermentasie
Benewens die vyf tipes van hierdie proses wat gelys is, is daar nog verskeie. Dit is byvoorbeeld asynfermentasie. Dit kom ook voor onder die werking van baie bakterieë. Hierdie tipe fermentasie kan vir nuttige doeleindes gebruik word wanneer daar gepekel word. Dit beskerm voedsel teen patogene en gevaarlike bakterieë. Daar is ook alkaliese of metaanfermentasie. In teenstelling met die vorige tipes, hierdie tipefermentasie kan vir die meeste organiese verbindings uitgevoer word. As gevolg van 'n groot aantal komplekse reaksies word organiese stowwe in metaan, waterstof en koolstofdioksied verdeel.
Biologiese rol
Fermentasie is die oudste manier om energie deur lewende organismes te verkry. Sommige wesens produseer organiese stowwe, ontvang energie langs die pad, terwyl ander hierdie stowwe vernietig, terwyl hulle ook energie ontvang. Ons hele lewe is hierop gebou. En in elkeen van ons vind fermentasie in een of ander vorm plaas. Soos ons hierbo gesê het, vind melksuurfermentasie in die spiere plaas tydens intense oefening.
Wat anders om te lees?
As jy belangstel in die biochemie van hierdie baie interessante proses, moet jy met skoolhandboeke in chemie en biologie begin. Baie universiteitshandboeke is so gedetailleerd dat jy nadat jy dit gelees het net 'n kenner op hierdie gebied kan word.
Gevolgtrekking
Hier kom ons by die einde. Ons het alle soorte glukosefermentasie en die algemene beginsels van hierdie prosesse ontleed, wat 'n baie belangrike rol speel in beide die funksionering van lewende organismes en in ons industrie. Dit is moontlik dat ons in die toekoms nog verskeie tipes van hierdie antieke proses sal ontdek en leer hoe om dit tot ons voordeel te gebruik, soos ons gedoen het met diegene wat reeds aan ons bekend is.
