Ферментација - шта је то у хемији?
Ферментација је један од најважнијих процеса који се одвија у окружењу, чија се суштина сведе на производњу енергије гљивама и бактеријама за њихове виталне функције. Али, као и многе друге појаве, човек је научио да га користи да задовољи своје потребе. Ферментација не доноси само алкохолне производе. Као резултат ферментације, човечанство прима многе врсте прехрамбених производа. Данас постоје и технологије које омогућавају да се добије пластика за прехрамбену индустрију, чија је једна од фаза тај процес.
Концепт ферментације
Хемија и биологија дефинишу овај процес на мало другачији начин. Са становишта хемије, ферментација је реакција за производњу етанола и других производа под дејством бројних микроорганизама, на пример, квасца. Биологија појашњава да је ово анаеробно разлагање угљених хидрата (укључујући глукозу), који се јавља под утицајем микроорганизама (или ензима који потичу од њих). То је вишестепени процес који укључује реакције оксидације и редукције, а донори и акцептори електрона се добијају из истог супстрата.
Многе супстанце се могу подвргнути ферментацији, али се чешће користе угљени хидрати. Ово производи не само главне супстанце, већ и производе као што је ацетон, угљен диоксид водоник и други
Биолошка улога ферментације
Значај ове појаве за живе организме је велик. Као резултат, формира се низ хемијских реакција током ферментације:
- Молекули АТП са резервом енергије неопходне за одржавање живота микроорганизама;
- хемикалије потребне за синтезу сопствених протеина, шећера, различитих нуклеинских киселина, итд.
Верује се да су главна три типа ферментације откривена и описана од стране Л. Пастеур у 19. веку. Међутим, њихови производи користе човјечанство од памтивијека.
Врсте ферментације
Алкохолне, млечне и масне киселине се најчешће користе у индустријским размерама. Биохемија такође разматра пропионску киселину, цитрат, ацетон-бутил и друге сорте. Да би се разумело каква ће се врста ферментације одвијати на овај или онај начин, могуће је помоћу врсте микроорганизама који се користе.
Тако алкохолна ферментација узбуђују пекарски квасац (Саццхаромицес церевисиае), бактерије рода Ервиниа (Ервиниа амиловора) и сарцина (Сарцина вентрицули). Бутират се спроводи од обвезатно-анаеробних бактерија рода Цлостридиум. Узрочници ферментације у смјеру млијечне киселине су бактерије Стрептоцоццус цреморис, коке (Лацтоцоццус генус) и штапићи (Лацтобациллус генус).
Алкохолна ферментација
Овај процес обухвата 12 фаза и има прилично компликован механизам. Током ферментације глукозе настаје 2-оксопропанска киселина, која се чешће назива пирувична киселина. Ова фаза пролази глукозу у било којој врсти ферментације. Даље се излаже ензимима и конвертује у ацеталдехид, који се редукује у етанол.
Смањена једначина за алкохолну ферментацију је:
С 6 О 12 О 6 -> 2С 2 Η 5 ОΗ + 2 СО 2
Узимајући у обзир ослобођену енергију, може се написати на следећи начин:
Ц 6 О 12 О 6 + 2Η 3 ПО 4 + 2АДФ -> 2Ц 2 5 ОΗ + 2ЦО 2 + 2АТП
Према томе, два молекула АТФ су ускладиштена из једног молекула глукозе.
Лацтиц ферментатион
У зависности од групе микроорганизама укључених у овај процес, ферментација се може одвијати на два начина. Хомоферментативне бактерије млечне киселине углавном доводе до формирања млечна киселина садржај у производима је до 90%. Ово је најпримитивнији ферментациони пут којим пролазе моно- и дисахариди (глукоза, лактоза). За њега, једначина реакције важи:
2С 6 О 12 О 6 -> 2Η 3 СΗ (ОΗ) СОΗ + К
Хетероферментативне бактерије млечне киселине, поред млечне киселине, производе етанол, сирћетну киселину, угљен диоксид и друге супстанце као нуспроизводе. Можете написати следећу једначину ферментације:
2С 6 О 12 О 6 -> 2ΗΗ 3 СΗ (ОΗ) СООΗ + СООΗ (СΗ 2 ) 2 СООΗ + С 2 Η 5 ОΗ + СΗ 3 СООΗ + К
Бутириц ферментатион
Овај тип ферментације је познат многим домаћицама, јер он води у пропадање хране. Уљасте бактерије узрокују ужегли маслац, кисели купус и киселе гљиве ако нису довољно стерилизиране. Нуспроизводи ове ферментације су угљен диоксид и водоник. Могући су и кластери ацетона, етанола, бутанола и сирћетне киселине.
Полисахариди су способни да прођу ферментацију, па се за индустрију парфимерије добија од кромпира, житарица и меласе (отпад од производње шећера). Сама киселина има одвратан мирис, али њени естери угодно миришу на цвијеће и воће. За ферментацију бутерне киселине, може се записати следећа једначина реакције:
2С 6 О 12 О 6 -> СΗ 3 СΗ 2 СН 2 СООΗ + 2СО 2 + 2Н 2 + К
Цитриц ферментатион
Као и други типови ферментације, он пролази кроз фазу формирања пирувичне киселине, која се затим укључује у Кребсов циклус. Конверзија глукозе у лимунску киселину пролази кроз многе фазе, али се укупно може изразити једнаџбом:
2С 6 О 12 О 6 + 3О 2 -> 2С 6 Н 8 О 7 + 4Н 2 О
Индустријска производња лимунске киселине заснива се на биохемијским реакцијама употребом гљиве Аспергиллус нигер у киселој средини. Ако је медиј неутралан, онда ће се као нуспродукт акумулирати оксална киселина.
Ферментација у прехрамбеној индустрији
Процеси ферментације се широко користе за добијање течности које садрже алкохол не само у индустријским размерама. У зависности од сировина и технологије добијамо пића различитог садржаја етанола. Пошто алкохолна ферментација глукозе прати ослобађање ЦО 2 , постоји одређен број производа који се карактеришу његовим ослобађањем током употребе. Ово укључује пиво и пјенушава вина (шампањац). Технологија производње других осигурава правовремено испуштање плина насталог током ферментације како би се спријечила његова акумулација.
За производњу млечних производа користе се одговарајуће бактерије. Захваљујући овом типу ферментације, човечанство је научило производе као што су павлака, кефир, јогурт, јогурт, сир, сир. И овај процес је важан у припреми кваса. Због бактерија млечне киселине које инхибирају раст патогене микрофлоре, могуће је припремити укисељено поврће (купус, краставац, парадајз). Осим тога, они доприносе снижавању пХ и очувању месних производа, стога се бактерије млечне киселине користе у производњи сушених сорти кобасица, као што је салама.
Процес алкохолне ферментације је веома важан за пекарску и кондиторску индустрију. Угљен-диоксид који се ослобађа током интеракције шећера са квасцем, и када се пече и пече, шири се. То доводи до формирања великих пора у тијесту, због чега постаје бујно.
Ферментација
Бактерије млечне киселине користи се у производњи коже. За производњу неких врста крзнених кожа (астракхан, кртица, веверица) користити њихову ферментацију са раженим брашном или кефиром. Ово доводи до омекшавања и љуштења дермис влакана.
Захваљујући бактеријама млечне киселине и њиховим метаболичким производима, добија се биолошки разградив полилактид. Из ње, пак, производи амбалажу за храну и медицинске производе са кратким вијеком трајања (конци и игле).
Они такође играју важну улогу у складиштењу сточне хране у облику силаже. Да би се то постигло, врхови кромпира, репе, кукуруза, луцерке су пресовани додавањем мравље киселине. Без приступа ваздуху у таквој подлози почиње контролисан процес ферментације млечне киселине.
У модерном свету, борба за чисту животну средину је један од најважнијих задатака друштва. Процес ферментације може помоћи у збрињавању животињског отпада и истовремено добити вриједан биоплин, који се може користити за загријавање истих фарми. Да бисте то урадили, користите различите врсте бактерија у различитим фазама његове производње. Прво, бактерије које формирају киселину процесирају органску материју у испарљивим киселинама. А онда бактерије које стварају метан производе метан од органских киселина. Водоник сулфид и угљен моноксид се налазе у биогасу као нуспроизводи.