Fermentace - co to je v chemii?
Fermentace je jedním z nejdůležitějších procesů, které se vyskytují v životním prostředí, jehož podstata se omezuje na výrobu energie houbami a bakteriemi pro jejich životně důležité funkce. Ale stejně jako mnoho jiných fenoménů se člověk naučil ho využít k uspokojení svých potřeb. Fermentace nejen získává alkoholové produkty. V důsledku fermentace přijímá lidstvo mnoho druhů potravin. V současné době existují také technologie, které umožňují získat potravinářský plast, který je jedním z etap tohoto procesu.
Koncept fermentace
Chemie a biologie definují tento proces poněkud odlišnými způsoby. Z hlediska chémie je fermentace reakcí na výrobu etanolu a dalších produktů pod účinkem řady mikroorganismů, například kvasinek. Biologie objasňuje, že toto anaerobní rozklad uhlohydrátů (včetně glukózy), vyskytujících se pod vlivem mikroorganismů (nebo enzymů odvozených od nich). Jedná se o vícestupňový proces zahrnující oxidační-redukční reakce a donory a akceptory elektronů se získají ze stejného substrátu.
Mnoho látek může procházet fermentací, ale často se používají sacharidy. To produkuje nejen hlavní látky, ale také produkty, jako je aceton, oxid uhličitý vodík a další
Biologická úloha fermentace
Význam tohoto jevu pro živé organismy je velký. V důsledku toho vzniká soubor chemických reakcí během fermentace:
- ATP molekuly s rezervou energie potřebné pro udržení života mikroorganismů;
- chemikálie potřebné k syntéze vlastních proteinů, cukrů, různých nukleových kyselin atd.
Předpokládá se, že hlavní tři druhy fermentace byly objeveny a popsány L. Pasteurovem v 19. století. Nicméně, jejich produkty jsou používány lidstvem od nepaměti.
Druhy fermentace
Druhy alkoholu, kyseliny mléčné a kyseliny máselné jsou nejčastěji používány v průmyslovém měřítku. Biochemie také považuje kyselinu propionovou, citrát, aceton-butyl a další odrůdy. Abychom pochopili, jaký druh fermentace se uskuteční v jednom či druhém směru, je to možné pomocí typu použitých mikroorganismů.
Takže alkoholové kvašení vzrušení pekařských kvasinek (Saccharomyces cerevisiae), bakterie rodu Erwinia (Erwinia amylovora) a sarcin (Sarcina ventriculi). Butyrát se provádí povinně anaerobními bakteriemi rodu Clostridium. Příčinami fermentace ve směru kyseliny mléčné jsou bakterie Streptococcus cremoris, koky (rod Lactococcus) a tyčinky (rod Lactobacillus).
Alkoholová fermentace
Tento proces zahrnuje 12 etap a má poměrně komplikovaný mechanismus. Během fermentace glukózy se vytváří kyselina 2-oxopropanová, běžněji nazývaná kyselina pyrohroznová. Tato fáze prochází glukózou v jakémkoliv typu fermentace. Je dále vystaven enzymům a převeden na acetaldehyd, který se redukuje na ethanol.
Redukovaná rovnice pro alkoholové kvašení je:
C 6 H 12 O 6 -> 2C 2 H 5 OH + 2 СО 2
S přihlédnutím k uvolněné energii může být napsán následovně:
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADF -> 2C 2 5 OH + 2CO 2 + 2ATP
Proto jsou dvě molekuly ATF uloženy z jedné molekuly glukózy.
Laktová fermentace
V závislosti na skupině mikroorganismů zapojených do tohoto procesu může fermentace probíhat dvěma způsoby. Homofermentační bakterie mléčného kvašení vedou hlavně k tvorbě kyselina mléčná jeho obsah ve výrobcích je až 90%. Jedná se o nejvíce primitivní fermentační cestu, kterou mono- a disacharidy (glukóza, laktóza) podstupují. Pro ně platí reakční rovnice:
2C6H12O6-> 2CH3CH (OH) COOH + Q
Heterofermentační bakterie mléčného kvašení kromě mléčné kyseliny produkují jako vedlejší produkty ethanol, kyselinu octovou, oxid uhličitý a další látky. Můžete napsat následující fermentační rovnici:
2C6H12O6-> 2CH3CH (OH) COOH + COOH (CH2) 2COOH + C 2 H 5 OH + CH 3 COOH + Q
Butyrická fermentace
Tento typ fermentace je známo mnoha domácnosti, protože to je on, kdo vede ke zhoršení jídla. Olejní bakterie způsobují krvavé máslo, kyselé zelí a nakládané houby, pokud nejsou dostatečně sterilizovány. Vedlejšími produkty této fermentace jsou oxid uhličitý a vodík. Klastry acetonu, ethanolu, butanolu a kyseliny octové jsou také možné.
Polysacharidy jsou schopné projít fermentací, proto pro parfumerie se vyrábí z brambor, zrn a melasy (odpad z výroby cukru). Kyselina samotná má odpudivý zápach, ale její estery příjemně voní květinami a ovocem. Pro fermentaci kyseliny máselné lze psát následující reakční rovnici:
2C 6 H 12 O 6 -> CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2 CO 2 + 2 H 2 + Q
Citrická fermentace
Stejně jako jiné druhy fermentace prochází fází tvorby kyseliny pyrohroznové, která je pak zahrnuta do Krebsova cyklu. Přeměna glukózy na kyselinu citronovou prochází mnoha stupni, ale lze ji vyjádřit rovnicí:
2C6H12O6 + 3O2 -> 2C6H8O7 + 4H2O
Průmyslová produkce kyseliny citronové je založena na biochemických reakcích s použitím houby Aspergillus niger v kyselém prostředí. Je-li médium neutrální, pak se jako vedlejší produkt také hromadí kyselina šťavelová.
Fermentace v potravinářském průmyslu
Fermentační procesy se široce využívají k získávání tekutin obsahujících alkohol nejen v průmyslovém měřítku. V závislosti na surovinách a technologiích získávají nápoje s různým obsahem ethanolu. Vzhledem k tomu, že alkoholová fermentace glukózy je doprovázena uvolňováním CO 2 , existuje řada produktů, které jsou charakterizovány jeho uvolňováním během použití. Patří sem pivo a šumivá vína (šampaňské). Technologie výroby druhých zajišťuje včasné vypouštění plynu vzniklého během fermentace, aby se zabránilo jeho akumulaci.
Příslušné bakterie se používají k produkci mléčných výrobků. Díky tomuto typu fermentace se lidstvo naučil produkty jako zakysaná smetana, kefír, jogurt, jogurt, sýr, tvaroh. Také tento proces je důležitý při přípravě kvasu. Kvůli bakteriím mléčného kvašení, které brání růstu patogenní mikroflóry, je možné připravit nakládanou zeleninu (zelí, okurky, rajčata). Kromě toho přispívají ke snižování pH a konzervování masných výrobků, a proto se bakterie mléčného kvašení používají při výrobě odrůd sušených salámů, jako je salámový salám.
Proces alkoholového kvašení je pro pekárenský a cukrářský průmysl velmi důležitý. Oxid uhličitý, který se uvolňuje během interakce cukru s kvasinkami a při pečení a pečení, se rozšiřuje. To vede k tvorbě velkých pórů v těstě, díky nimž se stává svěží.
Aplikace kvašení
Bakterie mléčného kvašení používané při výrobě kůže. Pro výrobu některých druhů kožešinových kůží (astrakhan, mol, veverka) používají jejich fermentaci s žitnou moukou nebo kefír. To vede k změkčení a odlupování dermisových vláken.
Díky bakteriím mléčným kvašením a jejich metabolickým produktům se získá biologicky rozložitelný polylaktid z plastu. Z toho pak vyrábíme obaly pro potraviny a zdravotnické výrobky s krátkou životností (závity a kolíky).
Rovněž hrají důležitou roli při skladování krmiva pro zvířata v podobě siláže. K tomu se vrcholy brambor, řepy, kukuřice, vojtěšky lisují přidáním kyseliny mravenčí. Bez přístupu vzduchu v takovém substrátu začíná řízený proces fermentace kyseliny mléčné.
V moderním světě je boj za čisté životní prostředí jedním z nejdůležitějších úkolů společnosti. Proces fermentace může pomoci likvidovat živočišný odpad a současně získat cenný bioplyn, který lze použít k ohřevu stejných hospodářství. K tomu použijte různé kmeny bakterií v různých fázích jejich výroby. Nejprve kyselinotvorné baktérie zpracovávají organické látky na těkavé kyseliny. A pak bakterie tvořící methan produkují metan z organických kyselin. Sírovodík a oxid uhelnatý jsou obsaženy v bioplynu jako vedlejší produkty.