La fermentació de la glucosa és una de les principals reaccions per les quals és possible la preparació de begudes alcohòliques. Es pot dur a terme de diferents maneres, en cadascuna de les quals es formen productes individuals. Aquest procés té un paper clau en moltes àrees de la nostra vida, des de cuinar i elaborar productes de vi i vodka fins a les reaccions que tenen lloc al nostre cos.
Història
El procés de fermentació de la glucosa i altres sucres era utilitzat pels antics. Menjaven aliments lleugerament fermentats. Aquests aliments eren més segurs, ja que contenien alcohol, en el qual morien molts bacteris nocius. A l'antic Egipte i Babilònia, la gent ja sabia fermentar moltes begudes ensucrades i llet. Quan la gent a finals del segle XVIII va aconseguir estudiar millor aquest procés, els seus tipus i possibilitats de millora, indústries com el kvas, la cervesa i el vi-vodka van créixer de manera molt qualitativa.
Tipus de fermentació
Curiosament, però aquest procés és diferent. I hi ha tipus de fermentació de glucosa per productes finals. Així, hi ha àcid làctic, alcohol, àcid cítric, acetona, butíric i diversos altres. Parlem una mica de cada tipus deper separat. La fermentació làctica de la glucosa és el procés principal en la preparació de productes com el iogurt, la crema agra, el kefir, el formatge cottage. També s'utilitza per conservar verdures i realitza una funció clau en el nostre organisme: en condicions de manca d'oxigen, la glucosa es converteix en el producte final: l'àcid làctic, que provoca dolor muscular durant i després de l'entrenament.
La fermentació alcohòlica és diferent perquè es forma alcohol etílic com a producte final. Es produeix amb l'ajuda de microorganismes: llevat. I juga un paper fonamental en la cuina, ja que a més del producte principal, durant la fermentació alcohòlica de la glucosa s'allibera diòxid de carboni (això explica l'esplendor de la massa de llevat).
La fermentació de l'àcid cítric es produeix, com podeu suposar, amb la formació d'àcid cítric. Es produeix sota la influència d'un determinat tipus de fong i forma part del cicle de Krebs, que assegura la respiració de totes les cèl·lules del nostre cos.
La fermentació acetona-butil és molt semblant a la fermentació butírica. Com a resultat, es formen àcid butíric, alcohols butílics i etílics, acetona i diòxid de carboni. La fermentació butírica només produeix l'àcid que porta el nom i el diòxid de carboni.
Ara veurem tots els tipus amb més detall, però comencem pel més bàsic: la fermentació alcohòlica de la glucosa. Totes les reaccions i els matisos del seu curs s'analitzaran amb detall.
Fermentació alcohòlica
Expliquem una mica més sobre la fermentació de la glucosa, l'equació de la qual és:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Què es pot aprendre d'aquesta reacció? Tenim dos productes: alcohol etílic i diòxid de carboni. A causa d'això últim, observem la inflació de la massa de llevat. I gràcies a la primera, tenim l'oportunitat de fer un tast inoblidable de vi i begudes de vi. Però de fet, aquesta és només una equació simplificada. La reacció completa de fermentació de la glucosa és més complicada, així que desglossem-la una mica.
Hi ha un procés com la glucòlisi. Literalment, el seu nom es tradueix com "dividir el sucre". Es produeix al cos, i el seu subproducte és l'àcid pirúvic, i el principal és l'adenosina trifosfat (ATP), que es forma durant aquesta reacció a partir d'un altre compost. Podem dir que l'ATP és el portador d'energia del cos i, de fet, la glucòlisi serveix per proporcionar energia al nostre cos.
Vam tocar aquest procés per un motiu. De fet, la fermentació és molt semblant a la glucòlisi, ja que la primera etapa és exactament la mateixa per a ells. Fins i tot es pot dir que la fermentació alcohòlica de la glucosa és una continuació de la glucòlisi. El piruvat (ió àcid pirúvic) format en el transcurs d'aquest últim es converteix en acetaldehid (CH3-C(O)H) amb l'alliberament de diòxid de carboni com a subproducte. Després d'això, el producte resultant es redueix pel coenzim NADH contingut en els bacteris. La reducció condueix a la formació d'alcohol etílic.
Així, la reacció de fermentació de la glucosa a l'alcohol etílic té aquest aspecte:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH serveix com a catalitzador de la reacció, i l'ió NAD+juga un paper clau en l'etapa inicial de la glucòlisi i, format al final de la fermentació alcohòlica, torna al procés.
Passegem al següent tipus de reacció que s'està estudiant.
Fermentació àcid làctic de la glucosa
Aquesta espècie es diferencia de l'alcohol perquè no es produeix sota la influència del llevat, sinó amb l'ajuda de bacteris làctics. Per tant, tenim productes completament diferents. La fermentació de l'àcid làctic també es produeix als nostres músculs quan treballem molt i ens f alta oxigen.
Hi ha dos tipus d'aquest procés. La primera és la fermentació homofermentativa. Si alguna vegada has sentit el prefix "homo", probablement entenguis què significa. La fermentació homofermentativa és un procés que implica un únic enzim. En la primera etapa, es produeix la glucòlisi i es forma àcid pirúvic. Aleshores, el piruvat resultant (en solució aquest àcid només pot existir en forma d'ions) es sotmet a hidrogenació mitjançant NADH+H i lactat deshidrogenasa. Com a resultat, el producte de reducció és l'àcid làctic, que representa al voltant del 90% de tots els productes obtinguts durant la reacció. Aquest compost, però, també es pot formar en forma de dosdiferents isòmers: D i L. Aquests tipus es diferencien pel fet que són imatges miralls l'un de l' altre i, en conseqüència, afecten el nostre cos de diferents maneres. Quin isòmer es formarà en major mesura determina l'estructura de la lactat deshidrogenasa.
Passem al segon tipus de fermentació làctica: heterofermentativa. Aquest procés implica diversos enzims i segueix un camí més complex. Per això, durant la reacció es formen productes més diferents: a més de l'àcid làctic, hi podem trobar àcid acètic i alcohol etílic.
Així que hem considerat la fermentació làctica. Aquest és el procés pel qual podem gaudir del gust de la mató, la llet quallada, la llet fermentada al forn i el kefir. Resumim i anotem la reacció general de la fermentació àcid làctic de la glucosa: C6H12O6=2 C 3H6O3. Per descomptat, aquest és un diagrama simplificat del procés de fermentació homofermentativa, ja que fins i tot el diagrama d'un procés de fermentació heterofermentativa serà molt complex. Els químics encara estan estudiant la fermentació làctica de la glucosa i dilucidant-ne tots els mecanismes, de manera que encara hi ha marge per millorar.
Fermentació d'àcid cítric
Les reaccions d'aquest tipus de fermentació es produeixen, com amb l'alcohol, sota l'acció de bolets d'una determinada soca. El mecanisme complet d'aquesta reacció encara no s'entén completament, i només podem confiar en algunes simplificacions. Tanmateix, hi ha suggeriments que l'etapa inicial del procés és la glucòlisi. Després es converteix en àcid pirúvices converteix en àcids diversos i arriba a cítric. A causa d'aquest mecanisme, altres àcids s'acumulen al medi de reacció, productes de l'oxidació incompleta de la glucosa.
Aquest procés es produeix sota la influència de l'oxigen i, en termes generals, es pot escriure com la següent equació: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Abans que es descobrís aquest tipus de fermentació, s'extreia l'àcid cítric exclusivament premsant el fruit de l'arbre corresponent. Tanmateix, aquest àcid no supera el 15% a la llimona, de manera que aquest mètode va resultar poc pràctic i, després del descobriment d'aquesta reacció, tot l'àcid es va començar a obtenir per fermentació.
Fermentació butírica
Passegem al següent tipus. Aquest tipus de fermentació es produeix sota l'acció dels bacteris de l'àcid butíric. Estan molt esteses, i el procés que provoquen juga un paper clau en els cicles biològicament importants. Amb l'ajuda d'aquests bacteris, es produeix la descomposició d'organismes morts. L'àcid butíric format durant les reaccions atreu els carronyers amb la seva olor.
Aquest tipus de fermentació s'utilitza a la indústria. Com podeu suposar, obtenen àcid butíric. Els seus èsters són molt utilitzats en perfumeria i tenen una olor agradable, a diferència d'ella mateixa. Tanmateix, la fermentació butírica no sempre és beneficiosa. Pot fer malbé verdures, conserves, llet i altres productes. Però això només pot passar si els bacteris de l'àcid butíric han entrat al producte.
Analitzem el mecanisme del butíricfermentació de la glucosa. La seva reacció és així: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Com a resultat, també es genera energia, que assegura l'activitat vital dels bacteris butírics.
Fermentació acetona-butil
Aquest tipus és molt semblant al butíric. No només la glucosa, sinó també el glicerol i l'àcid pirúvic poden fermentar d'aquesta manera. Aquest procés es pot dividir en dues etapes: la primera (de vegades anomenada àcida) és en realitat la fermentació butírica. Tanmateix, a més de l'àcid butíric, també s'allibera àcid acètic. Com a resultat de la fermentació de la glucosa d'aquesta manera, obtenim productes que passen a la segona etapa (acetonobutil). Com que tot aquest procés també es produeix sota l'acció dels bacteris, quan el medi s'acidifica (augment de la concentració d'àcids), els bacteris alliberen enzims especials. Indueixen la conversió dels productes de fermentació de la glucosa en n-butanol (alcohol butílic) i acetona. A més, es pot produir una mica d'etanol.
Altres tipus de fermentació
A més dels cinc tipus d'aquest procés enumerats, n'hi ha molts més. Per exemple, aquesta és la fermentació acètica. També es produeix sota l'acció de molts bacteris. Aquest tipus de fermentació es pot utilitzar amb finalitats útils a l'hora de decapat. Protegeix els aliments de bacteris patògens i perillosos. També hi ha fermentació alcalina o metà. A diferència dels tipus anteriors, aquest tipusla fermentació es pot dur a terme per a la majoria de compostos orgànics. Com a resultat d'un gran nombre de reaccions complexes, les substàncies orgàniques es divideixen en metà, hidrogen i diòxid de carboni.
Rol biològic
La fermentació és la forma més antiga d'obtenir energia pels organismes vius. Algunes criatures produeixen substàncies orgàniques, reben energia al llarg del camí, mentre que altres destrueixen aquestes substàncies, alhora que reben energia. Tota la nostra vida es construeix sobre això. I en cadascun de nos altres, la fermentació té lloc d'una forma o una altra. Com hem dit anteriorment, la fermentació de l'àcid làctic es produeix als músculs durant un entrenament intens.
Què més cal llegir?
Si us interessa la bioquímica d'aquest procés tan interessant, hauríeu de començar amb els llibres de text escolars de química i biologia. Molts llibres de text universitaris són tan detallats que després de llegir-los pots convertir-te en un expert en aquest camp.
Conclusió
Aquí arribem al final. Hem analitzat tots els tipus de fermentació de la glucosa i els principis generals d'aquests processos, que tenen un paper molt important tant en el funcionament dels organismes vius com en la nostra indústria. És possible que en el futur descobrim diversos tipus més d'aquest antic procés i aprenem a utilitzar-los al nostre avantatge, com vam fer amb els que ja coneixem.
