Glukosegjæring er en av hovedreaksjonene som gjør tilberedningen av alkoholholdige drikker mulig. Det kan utføres på forskjellige måter, i hver av hvilke individuelle produkter dannes. Denne prosessen spiller en nøkkelrolle på mange områder av livet vårt, fra matlaging og produksjon av vin og vodkaprodukter til reaksjonene som finner sted i kroppen vår.
Historie
Prosessen med gjæring av glukose og andre sukkerarter ble brukt av eldgamle mennesker. De spiste lett gjæret mat. Slik mat var tryggere, siden den inneholdt alkohol, der mange skadelige bakterier døde. I det gamle Egypt og Babylon visste folk allerede hvordan de skulle fermentere mange sukkerholdige drikker og melk. Da folk på slutten av 1700-tallet klarte å bedre studere denne prosessen, dens typer og muligheter for forbedring, vokste industrier som kvass, brygging og vin-vodka veldig kvalitativt.
Typer gjæring
Merkelig nok, men denne prosessen er annerledes. Og det finnes typer glukosegjæring etter sluttprodukter. Dermed er det melkesyre, alkohol, sitronsyre, aceton, smørsyre og flere andre. La oss snakke litt om hver typehver for seg. Melkesyregjæring av glukose er hovedprosessen i fremstillingen av slike produkter som yoghurt, rømme, kefir, cottage cheese. Det brukes også til å konservere grønnsaker og utfører en nøkkelfunksjon i kroppen vår: under tilstander med mangel på oksygen omdannes glukose til sluttproduktet - melkesyre, som forårsaker muskelsmerter under og etter trening.
Alkoholgjæring er annerledes ved at etylalkohol dannes som sluttprodukt. Det skjer ved hjelp av mikroorganismer - gjær. Og det spiller en nøkkelrolle i matlagingen, siden det i tillegg til hovedproduktet frigjøres karbondioksid under alkoholgjæringen av glukose (dette forklarer gjærdeigens prakt).
Sitronsyregjæring skjer, som du kanskje gjetter, med dannelsen av sitronsyre. Det oppstår under påvirkning av en bestemt type sopp og er en del av Krebs-syklusen, som sikrer åndedrett av alle cellene i kroppen vår.
Aceton-butyl-gjæring ligner veldig på smørgjæring. Som et resultat dannes smørsyre, butyl og etylalkoholer, aceton og karbondioksid. Smørsyregjæring produserer bare den navnebærende syren og karbondioksid.
Nå skal vi se på alle typer mer detaljert, men la oss starte med det mest grunnleggende - alkoholisk gjæring av glukose. Alle reaksjoner og nyansene i forløpet deres vil bli analysert i detalj.
Alkoholgjæring
La oss fortelle litt mer om fermenteringen av glukose, som er ligningen:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Hva kan man lære av denne reaksjonen? Vi har to produkter: etylalkohol og karbondioksid. På grunn av sistnevnte observerer vi hevelsen av gjærdeigen. Og på grunn av det første har vi muligheten til å få en uforglemmelig smak av vin og vindrikker. Men faktisk er dette bare en forenklet ligning. Hele glukosegjæringsreaksjonen er mer komplisert, så la oss dele den opp litt.
Det finnes en slik prosess som glykolyse. Bokstavelig t alt oversettes navnet som "splitting av sukker." Det forekommer i kroppen, og biproduktet er pyrodruesyre, og det viktigste er adenosintrifosfat (ATP), som dannes under denne reaksjonen fra en annen forbindelse. Vi kan si at ATP er energibæreren i kroppen, og faktisk tjener glykolyse til å gi kroppen vår energi.
Vi kom inn på denne prosessen av en grunn. Faktisk er fermentering veldig lik glykolyse, siden det første stadiet er nøyaktig det samme for dem. Det kan til og med sies at den alkoholiske gjæringen av glukose er en fortsettelse av glykolysen. Pyruvatet (pyrodruesyreionet) som dannes i løpet av sistnevnte, omdannes til acetaldehyd (CH3-C(O)H) med frigjøring av karbondioksid som et biprodukt. Etter det reduseres det resulterende produktet av NADH-koenzymet som finnes i bakteriene. Reduksjon fører til dannelse av etylalkohol.
Dermed ser gjæringsreaksjonen av glukose til etylalkohol slik ut:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH fungerer som en katalysator for reaksjonen, og NAD-ionet+spiller en nøkkelrolle i det tidlige stadiet av glykolyse, og dannes ved slutten av alkoholgjæring, går tilbake til prosessen.
La oss gå videre til neste type reaksjon som studeres.
Melkesyregjæring av glukose
Denne arten skiller seg fra alkohol ved at den ikke forekommer under påvirkning av gjær, men ved hjelp av melkesyrebakterier. Derfor har vi helt andre produkter. Melkesyregjæring skjer også i musklene våre når vi jobber hardt og mangler oksygen.
Det finnes to typer av denne prosessen. Den første er homofermentativ gjæring. Hvis du noen gang har hørt prefikset "homo", så forstår du sannsynligvis hva det betyr. Homofermentativ gjæring er en prosess som involverer et enkelt enzym. I det første stadiet oppstår glykolyse og pyrodruesyre dannes. Deretter blir det resulterende pyruvatet (i løsning kan denne syren bare eksistere i form av ioner) utsatt for hydrogenering ved bruk av NADH+H og laktatdehydrogenase. Som et resultat er reduksjonsproduktet melkesyre, som utgjør ca. 90 % av alle produktene som oppnås under reaksjonen. Denne forbindelsen kan imidlertid også dannes i form av toforskjellige isomerer: D og L. Disse typene er forskjellige ved at de er speilbilder av hverandre og som et resultat påvirker kroppen vår på forskjellige måter. Hvilken isomer som i større grad dannes bestemmer strukturen til laktatdehydrogenase.
La oss gå videre til den andre typen melkesyregjæring - heterofermentativ. Denne prosessen involverer flere enzymer og følger en mer kompleks vei. På grunn av dette dannes flere forskjellige produkter under reaksjonen: i tillegg til melkesyre kan vi finne eddiksyre og etylalkohol der.
Så vi har vurdert melkesyregjæring. Dette er prosessen der vi kan nyte smaken av cottage cheese, curdled melk, fermentert bakt melk og kefir. La oss oppsummere og skrive ned den generelle reaksjonen av melkesyregjæring av glukose: C6H12O6=2 C 3H6O3. Selvfølgelig er dette et forenklet diagram av prosessen med homofermentativ gjæring, siden selv diagrammet over en heterofermentativ gjæringsprosess vil være veldig kompleks. Kjemikere studerer fortsatt melkesyregjæringen av glukose og belyser dens fulle mekanismer, så det er fortsatt rom for forbedringer.
sitronsyregjæring
Reaksjoner av denne typen gjæring skjer, som med alkohol, under påvirkning av sopp av en viss stamme. Hele mekanismen for denne reaksjonen er ennå ikke fullt ut forstått, og vi kan bare stole på noen forenklinger. Imidlertid er det forslag om at den innledende fasen av prosessen er glykolyse. Deretter omdannes pyrodruesyre tilblir til forskjellige syrer og kommer til sitron. På grunn av denne mekanismen akkumuleres andre syrer i reaksjonsmediet - produkter av ufullstendig oksidasjon av glukose.
Denne prosessen skjer under påvirkning av oksygen, og i generelle termer kan den skrives som følgende ligning: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Før denne typen gjæring ble oppdaget, ekstraherte folk sitronsyre utelukkende ved å presse frukten til det tilsvarende treet. Imidlertid er denne syren ikke mer enn 15 % i sitron, så denne metoden viste seg å være upraktisk, og etter oppdagelsen av denne reaksjonen begynte all syren å bli oppnådd ved gjæring.
Smørgjæring
La oss gå videre til neste type. Denne typen gjæring skjer under påvirkning av smørsyrebakterier. De er utbredt, og prosessen de forårsaker spiller en nøkkelrolle i biologisk viktige sykluser. Ved hjelp av disse bakteriene skjer nedbrytning av døde organismer. Smørsyren som dannes under reaksjonene tiltrekker seg åtselere med lukten.
Denne typen gjæring brukes i industrien. Som du kanskje gjetter, får de smørsyre. Dens estere er mye brukt i parfyme og har en behagelig lukt, i motsetning til seg selv. Smørgjæring er imidlertid ikke alltid gunstig. Det kan ødelegge grønnsaker, hermetikk, melk og andre produkter. Men dette kan bare skje hvis smørsyrebakterier har kommet inn i produktet.
La oss analysere mekanismen til smørsyregjæring av glukose. Reaksjonen hans ser slik ut: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Som et resultat genereres det også energi, som sikrer den vitale aktiviteten til smørbakterier.
Aceton-butylfermentering
Denne typen er veldig lik smørsyre. Ikke bare glukose, men også glyserol og pyrodruesyre kan gjære på denne måten. Denne prosessen kan deles inn i to stadier: den første (noen ganger k alt sur) er faktisk smørsyregjæring. Men i tillegg til smørsyre frigjøres også eddiksyre. Som et resultat av glukosegjæring på denne måten får vi produkter som går til andre trinn (acetonobutyl). Siden hele denne prosessen også skjer under påvirkning av bakterier, når mediet surgjøres (økning i konsentrasjonen av syrer), frigjøres spesielle enzymer av bakterier. De induserer omdannelsen av glukosegjæringsprodukter til n-butanol (butylalkohol) og aceton. I tillegg kan det bli produsert noe etanol.
Andre typer gjæring
I tillegg til de fem typene av denne prosessen som er oppført, er det flere flere. For eksempel er dette eddiksyregjæring. Det oppstår også under påvirkning av mange bakterier. Denne typen gjæring kan brukes til nyttige formål ved sylting. Det beskytter mat fra patogene og farlige bakterier. Det er også alkalisk eller metan gjæring. I motsetning til de tidligere typene, denne typenfermentering kan utføres for de fleste organiske forbindelser. Som et resultat av et stort antall komplekse reaksjoner sp altes organiske stoffer i metan, hydrogen og karbondioksid.
Biologisk rolle
Fermentering er den eldste måten å skaffe energi fra levende organismer. Noen skapninger produserer organiske stoffer, mottar energi underveis, mens andre ødelegger disse stoffene, samtidig som de mottar energi. Hele livet vårt er bygget på dette. Og i hver enkelt av oss foregår fermentering i en eller annen form. Som vi sa ovenfor, skjer melkesyregjæring i musklene under intens trening.
Hva annet å lese?
Hvis du er interessert i biokjemien i denne svært interessante prosessen, bør du begynne med skolebøker i kjemi og biologi. Mange universitetslærebøker er så detaljerte at du etter å ha lest dem bare kan bli en ekspert på dette feltet.
Konklusjon
Her kommer vi til slutten. Vi analyserte alle typer glukosefermentering og de generelle prinsippene for disse prosessene, som spiller en svært viktig rolle både i funksjonen til levende organismer og i vår industri. Det er mulig at vi i fremtiden vil oppdage flere typer av denne eldgamle prosessen og lære å bruke dem til vår fordel, slik vi gjorde med de som allerede er kjent for oss.
