Kas ir fermentācija ķīmijā?

Fermentācija ir vīna, alus, jogurts un citi produkti. Šeit ir apskatīts ķīmiskais process, kas notiek fermentācijas laikā.

Fermentācija ir vielmaiņas process, kurā organisms pārvērš ogļhidrātu, piemēram, ciete vai a cukurs, par alkohols vai skābe. Piemēram, raugs veic fermentāciju, lai iegūtu enerģiju, pārvēršot cukuru spirtā. Baktērijas veic fermentāciju, pārvēršot ogļhidrātus pienskābē. Tiek saukts fermentācijas pētījums zimoloģija.

Termins "raudzēt" nāk no latīņu valodas vārda Fervere, kas nozīmē "vārīties". Fermentāciju aprakstīja 14. gadsimta beigu alķīmiķi, bet ne mūsdienu izpratnē. Fermentācijas ķīmiskais process kļuva par zinātnisko pētījumu objektu apmēram 1600. gadā.

Fermentācija ir dabisks process. Cilvēki fermentāciju veica tādu produktu kā vīns, pļava, siers un alus ražošanā ilgi pirms bioķīmiskā procesa izpratnes. 1850. un 1860. gados Luiss Pasteurs kļuva par pirmo

Lielākā daļa cilvēku zina par pārtiku un dzērieniem, kas ir fermentācijas produkti, bet, iespējams, neuztver daudzus svarīgus rūpniecības produktus, kas radušies fermentācijas rezultātā.

• Alus
• Vīns
• Jogurts
• Siers
• Daži skābi pārtikas produkti, kas satur pienskābi, ieskaitot kāpostus, kimchi un pepperoni
• Maizes raugs ar raugu
• Notekūdeņu attīrīšana
• Daži rūpnieciskā spirta ražojumi, piemēram, biodegvielai
• Ūdeņraža gāze

Raugs un noteiktas baktērijas veic etanola fermentāciju, kad piruāts (no glikozes metabolisma) tiek sadalīts etanolā un oglekļa dioksīds. Neto ķīmiskais vienādojums etanola ražošanai no glikozes ir:

C₆H₁₂O₆ (glikoze) → 2 C₂H₅OH (etanols) + 2 CO₂ (oglekļa dioksīds)

Raudzējot etanolu, tiek izmantots alus, vīns un maize. Ir vērts atzīmēt, ka fermentācija augsta pektīna līmeņa klātbūtnē rada nelielu daudzumu metanola, kas ir toksisks, ja to lieto.

Piruvāta molekulas no glikozes metabolisma (glikolīzes) var būt raudzētas pienskābē. Pienskābes fermentāciju izmanto, lai jogurta ražošanā laktozi pārvērstu pienskābē. Tas rodas arī dzīvnieku muskuļos, kad audiem nepieciešama enerģija ātrāk, nekā var piegādāt skābekli. Nākamais vienādojums pienskābes ražošanai no glikozes ir:

C₆H₁₂O₆ (glikoze) → 2 CH₃CHOHCOOH (pienskābe)

Pienskābes ražošanu no laktozes un ūdens var apkopot šādi:

C₁₂H₂₂O₁₁ (laktoze) + H₂O (ūdens) → 4 CH₃CHOHCOOH (pienskābe)

Fermentācijas procesā var iegūt ūdeņraža gāzi un metāna gāzi.

Metanogēnā archaea notiek disproporcijas reakcija, kurā viens elektrons tiek pārnests no a karbonskābes grupas karbonilgrupa par etiķskābes metilgrupu, lai iegūtu metānu un oglekļa dioksīdu gāze.

Daudzi fermentācijas veidi rada ūdeņraža gāzi. Organisms šo produktu var izmantot NAD atjaunošanai⁺ no NADH. Gāzes ūdeņradi kā substrātu var izmantot sulfātu reducētāji un metanogēni. Cilvēkiem rodas ūdeņraža gāzu veidošanās no zarnu baktērijām, ražo flatus.

• Fermentācija ir anaerobs process, kas nozīmē, ka tā norisei nav nepieciešams skābeklis. Tomēr pat tad, ja skābekļa ir daudz, rauga šūnas dod priekšroku fermentācijai, nevis aerobai elpošanai, ja ir pieejams pietiekams daudzums cukura.
• Fermentācija notiek cilvēku un citu dzīvnieku gremošanas sistēmā.
• Retos medicīniskos apstākļos, ko sauc par zarnu fermentācijas sindromu vai auto alus darītavas sindromu, fermentācija cilvēka gremošanas traktā izraisa intoksikāciju, ražojot etanolu.
• Fermentācija notiek cilvēka muskuļu šūnās. Muskuļi var tērēt ATP ātrāk nekā skābekli var piegādāt. Šajā situācijā ATP rodas glikolīzes rezultātā, kurā neizmanto skābekli.
• Kaut arī fermentācija ir izplatīts ceļš, tā nav vienīgā metode, ko organismi izmanto enerģijas iegūšanai anaerobi. Dažās sistēmās kā galīgais elektronu akceptors tiek izmantots sulfāts elektronu transportēšanas ķēde.

• Hui, Y. H. (2004). Rokasgrāmata par dārzeņu konservēšanu un pārstrādi. Ņujorka: M Dekker. lpp. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Kleins, Donalds V.; Lansing M.; Hārlijs, Džons (2006). Mikrobioloģija (6. izd.). Ņujorka: Makgreivs. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, Viljams K.; Sadava, David E.; Orians, Gordons H.; Hellers, H Kreigs (2003). Dzīve, bioloģijas zinātne (7. izd.). Sunderland, Masačūsets: Sinauer Associates. lpp. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Vietējo raudzēto pārtikas produktu rokasgrāmata (2. izd.). CRC Press. ISBN 9781351442510.