definicja fermentacji
fermentacja odnosi się do procesu metabolicznego, w którym cząsteczki organiczne (Zwykle glukoza) są przekształcane w kwasy, gazy lub alkohol w przypadku braku tlenu lub jakiegokolwiek łańcucha transportu elektronów. Ścieżki fermentacji regenerują dinukleotyd koenzymu nikotynamidoadeninowy (NAD+), który jest używany w glikolizie do uwalniania energii w postaci adenozynotrifosforanu (ATP). Fermentacja daje tylko 2 ATP na cząsteczkę glukozy (poprzez glikolizę), podczas gdy oddychanie tlenowe daje aż 32 cząsteczki ATP na cząsteczkę glukozy za pomocą łańcucha transportu elektronów.
badanie fermentacji i jej praktycznych zastosowań nosi nazwę zymology i powstało w 1856 roku, kiedy francuski chemik Louis Pasteur wykazał, że fermentacja była spowodowana przez drożdże. Fermentacja występuje w niektórych rodzajach bakterii i grzybów, które wymagają środowiska beztlenowego do życia (znany jako obligate anaerobes), w fakultatywnych beztlenowych, takich jak drożdże, a także w komórkach mięśniowych, gdy tlen jest w niedoborze (jak w forsownych ćwiczeń). Procesy fermentacji są cenne dla przemysłu spożywczego i napojów, dzięki konwersji cukrów w Etanol używany do produkcji napojów alkoholowych, uwalnianiu CO2 przez drożdże używane do zakwaszania chleba oraz produkcji kwasów organicznych do konserwowania i aromatyzowania warzyw i produktów mlecznych.
funkcja fermentacji
główną funkcją fermentacji jest przekształcenie NADH z powrotem w koenzym NAD+, aby mógł być ponownie użyty do glikolizy. Podczas fermentacji organiczny akceptor elektronów (taki jak pirogronian lub aldehyd octowy) reaguje z NADH tworząc NAD+, wytwarzając produkty, takie jak dwutlenek węgla i Etanol (fermentacja etanolowa) lub mleczan (fermentacja mlekowa) w procesie.
rodzaje fermentacji
istnieje wiele rodzajów fermentacji, które wyróżniają się produktami końcowymi utworzonymi z pirogronianu lub jego pochodnych. Dwie fermentacje najczęściej używane przez ludzi do produkcji komercyjnych produktów spożywczych to fermentacja etanolowa (stosowana w piwie i chlebie) i fermentacja kwasu mlekowego (stosowana do aromatyzowania i konserwacji nabiału i warzyw).
fermentacja Etanolowa
rysunek przedstawia procesy glikolizy i fermentacji etanolowej.
w fermentacji etanolowej pirogronian wytwarzany przez glikolizę przekształca się w etanol i dwutlenek węgla w dwóch etapach. Po pierwsze, pirogronian uwalnia dwutlenek węgla, tworząc dwu-węglowy związek zwany aldehydem octowym. Następnie aldehyd octowy jest redukowany przez NADH do etanolu, regenerując w ten sposób NAD+ do zastosowania w glikolizie. Ogólnie rzecz biorąc, jedna cząsteczka glukozy jest przekształcana w dwie cząsteczki dwutlenku węgla i dwie cząsteczki etanolu.
fermentacja Etanolowa jest zwykle wykonywana przez drożdże, które są jednokomórkowym grzybem.
fermentacja mlekowa
rysunek przedstawia procesy glikolizy i fermentacji homolaktycznej.
istnieją dwa główne rodzaje fermentacji mlekowej: homolaktyczna i heterolaktyczna. W fermentacji kwasu homolaktycznego NADH redukuje pirogronian bezpośrednio do postaci mleczanu. Proces ten nie uwalnia gazu. Ogólnie jedna cząsteczka glukozy jest przekształcana w dwie cząsteczki mleczanu. W fermentacji heterolaktycznej niektóre mleczany są dalej metabolizowane, co powoduje powstanie etanolu i dwutlenku węgla poprzez szlak fosfoketolazy.
fermentacja kwasu mlekowego jest przede wszystkim wykonywana przez niektóre rodzaje bakterii i grzybów. Jednak ten rodzaj fermentacji występuje również w komórkach mięśniowych do produkcji ATP, gdy dopływ tlenu został wyczerpany podczas wysiłku fizycznego i oddychanie tlenowe nie jest możliwe.
Fermentation Equation
Ethanol Fermentation
glucose → 2 ethanol + 2 carbon dioxide
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Lactic Acid Fermentation
glucose → 2 lactic acid
C6H12O6 → 2 C3H6O3
Products of Fermentation
While there are a number of products from fermentation, the most common are ethanol, lactic acid, carbon dioxide, and hydrogen gas (H2). Produkty te są stosowane komercyjnie w żywności, witaminach, farmaceutykach lub jako chemikalia przemysłowe. Ponadto wiele mniej popularnych produktów nadal oferuje wartość handlową. Na przykład produkcja acetonu poprzez fermentację aceton-butanol-Etanol została po raz pierwszy opracowana przez żydowskiego chemika Chaima Weizmanna i była ważna dla brytyjskiego przemysłu wojennego podczas I wojny światowej.
1. Co to jest koenzym regenerowany w procesie fermentacji?
A. NADH
B. NAD+
C. Etanol
D. kwas mlekowy
2. Jaki rodzaj fermentacji zachodzi w komórkach mięśniowych podczas wysiłku fizycznego?
A. Etanol
B. kwas mieszany
C. Kwas mlekowy
D. kwas masłowy
3. Który chemik doskonale zademonstrował rolę drożdży w fermentacji?
A. Chaim Weizmann
B. Louis Pasteur
C. Marie Curie
D. Antoine Lavoisier
- Reece, J. B., & Biologia Campbella (Wydanie dziesiąte). Pearson.
- Kauffman, G. B.,& Chaim Weizmann (1874-1952): Chemik, biotechnolog i mąż stanu. Dz. U. nr 71,poz. 209.
- Chojnacka, K. (2006). Produkty fermentacji. Inżynieria Chemiczna i technologia procesów chemicznych, 12.
- Ganguly, Subha. Chemiczne aspekty technologii fermentacji w przemyśle spożywczym. Badania Journal of Chemical and Environmental Sciences 1.1 (2013): 42-43.