Természetes fermentáció. Erőszakos erjedés és gondoskodás róla

1 oldal

A cukor alkohollá erjesztése zseniális példája annak, hogy az enzimek milyen finoman szabályozzák a kémiai folyamatokat.

A cukrok fermentációját elsősorban három csoport valamelyikébe tartozó mikroorganizmusok okozhatják: élesztőgombák, baktériumok, ill. penészgombák. A monoszacharidok és főleg a hexózok fermentáción mennek keresztül. A monoszacharidok fermentációs folyamatát széles körben alkalmazzák a felhasznált termékek előállítására szolgáló technológiában Nagy mennyiségű V nemzetgazdaság. A komplex cukrok (poliszacharidok) fermentációval történő feldolgozásához először más módszerekkel (hidrolízissel) egyszerű cukrokká bontják le őket.

A cukor fermentációját egy másik ital - sör - készítésére használják. Itt mesterségesen kell előállítani az élesztő erjedést okozó tevékenységének kedvező környezetet. A kiindulási anyag az árpa. Az árpaszemeket vízzel megtöltött kádakba áztatják, majd úgynevezett rostil-áramlatokba helyezik, ahol ágyás formájában helyezik el. Az árpaszemek keményítőt, fehérjét és ásványi sókat (K, Ca, Mg és PO4) tartalmaznak, a lucfenyőben a cukor kivételével minden megtalálható, ami az erjesztéshez szükséges. Amikor az árpaszemek kicsíráznak, változások következnek be a csírafehérjében. A kapott enzim a peptáz, és további csírázással a diasztáz a keményítőt cukorrá alakítja.

A cukrok fermentációs folyamatai nagyon fontos takarmány, savanyú káposzta és uborka lepárlásában, silózásában, kefir és kumisz gyártásban, vajkészítésben, pékségben és számos egyéb esetben.

Az erjedés során cukor képződik etanolés szén-dioxid; ez a reakció csak élesztő jelenlétében mehet végbe, amely azonban nem fogyasztódik el a reakció során.

Tekintsük a cukor erjesztésének folyamatát.

A cukorfermentációnak számos fajtája ismert. A háromszoros számú szénatomot tartalmazó cukrok fermentáción mennek keresztül.

Ha a glicerint cukor vagy cukormelasz fermentálásával nyerik, különleges körülmények fermentáció, például semleges nátrium-szulfit hozzáadásával.

Vannak más típusú cukorerjesztés is, például a citromerjesztés, amikor citromsav, aceton, amikor aceton képződik, és mások. A bomlási folyamatokat és a fehérjeanyagok lebomlását speciális rothadó baktériumok tevékenysége is előidézi, és végül fertőző betegségek, amelyek a patogén mikrobák vérbe jutása miatt keletkeznek, amelyek a vérfehérjék lebomlását okozzák. különleges esetek erjesztés.

A cukrok másfajta fermentációja is lehetséges, aminek eredményeként különféle termékek. Például glicerin, aceton-butanol, aceton-etanol, butanol-izopropanol és más típusú fermentáció, amelyeket gyakran az első három fermentációs típus kombinációjának tekintenek.

Amikor etil-alkoholt állítanak elő cukrok erjesztésével, egyidejűleg 4-9 (vagy több) szénatomot tartalmazó alkoholok képződnek, amelyeket fusel-olaj-alkoholoknak neveznek. Az illatipar számára a legérdekesebbek az n-propil-, izobutil- és izoamil-alkoholok. Ezenkívül a fuselolaj hexil-, heptil-, oktil-, nonil- és egyéb alkoholokat tartalmaz, amelyeket frakcionált desztillációval izolálnak.

A zimázok enzimek erjesztő Szaharov.

Kimutatták, hogy a cukor fermentációjának minden szakaszát egy specifikus enzim katalizálja, és hogy az első szakaszban egy foszfortartalmú csoportot adnak a cukormolekulához. Harden munkája alapozta meg a Krebs-ciklus felfedezését, amely a glükóz-anyagcsere reakciólánca.

Az etil-alkoholt cukor fermentálásával lehet előállítani. Az eljárást gázkivezető csővel ellátott lombikban hajtják végre.

A balra forgató tejsav a cukrok hatás alatti erjesztésével keletkezik speciális típus tejsavas fermentációs baktériumok. Ez a sav genetikailag rokon a d-gliceraldehiddel (p.

Ebből a cikkből megtudhatja, milyen gáz szabadul fel a cefre erjesztése során.

Mi az a fermentáció?

A fermentáció a szerves anyagok, általában szénhidrátok egyszerű vegyületekké történő bomlásának folyamata mikroorganizmusok vagy az általuk kiválasztott enzimek hatására. A felszabaduló energiát ugyanakkor saját élettevékenységükre fordítják, de a fermentációs termékek a bioszintézishez szükségesek. Az égés során keletkező melléktermékek gyakori példái a boralkohol, a hidrogén-tejsav és a szén-dioxid.

Ennek a folyamatnak több típusa van:

• Alkohol. Sör, bor, etil-alkohol előállításához használják.
• Tejsav. Kvasz, kefir előállítására, zöldségek savanyítására, takarmány silózására használják.
• Vajsav. Ez a fajta erjedés vizes élőhelyeken és romlott konzervekben fordul elő.
• Metán.

Milyen gáz szabadul fel a borerjedés során?

Mivel a bor erjesztésekor alkoholos erjesztést alkalmaznak, több árnyalatot is figyelembe kell venni. Ez az ital az élesztő és néhány penészgomba „kontaktus” hatására jön létre. A folyamat eredményeként a mikroorganizmusok lebontják a cukrot, amely a fő termék- etanol. A bor erjedésekor energia és szén-dioxid szabadul fel. Az élesztő részét képező aminosavak azok a láncszemek, amelyek bomlásuk során gáz felszabadulását idézik elő.

Ezenkívül a gázon kívül más gázok is képződnek kis mennyiségben. melléktermékek. Ezek közé tartozik az acetaldehid, ecetsav, glicerin, acetaldehid és magasabb alkoholok - izobutil, butil, izoamil, amil. A magasabb alkoholokat más néven fuselolajoknak nevezik.

Reméljük, hogy ebből a cikkből megtudta, milyen gáz szabadul fel a bor erjesztése során.

A mikrobák élete oxigénhez való hozzáférés nélkül is lehetséges. Az ilyen körülmények között a szervezet működéséhez szükséges energia az erjedési folyamatok eredményeként keletkezik. Az erjesztés leggyakoribb típusai, amelyek során bomlás következik be szerves anyag(főleg cukrok) mikroorganizmusok hatására, amelyek redox reakciók halmazát képviselik. A fermentáció soha nem vezet a szerves anyagok teljes oxidációjához. A fermentáció számos jellegzetes formája a légköri oxigén részvétele nélkül történik - anaerob módon.

Mivel a bolygónkon elérhető szabad oxigén a fotoszintézis eredményeként jött létre, ami többen keletkezett későbbi szakaszaiban Az élet fejlődése a Földön teljesen nyilvánvaló, hogy az anaerob energiakinyerési módszer - a fermentáció - ősibb, mint a légzés folyamata.

Az erjesztést ősidők óta ismerik az emberek. Évezredek óta az emberek alkoholos erjesztést alkalmaztak borkészítéshez. A tejsavas erjesztést már korábban is ismerték. Az emberek tejtermékeket ettek és sajtokat készítettek. Azt azonban nem sejtették, hogy ezek a folyamatok mikroorganizmusok segítségével mennek végbe. A „fermentáció” kifejezést Van Helmont holland alkimista vezette be a 17. században. gázok felszabadulásával járó folyamatokhoz (fermentatio - forrás). Majd a XIX. a modern mikrobiológia megalapítója, Louis Pasteur kimutatta, hogy az erjedés a mikrobák létfontosságú tevékenységének eredménye, és megállapította, hogy a különböző fermentációkat különböző mikroorganizmusok okozzák.

Alkoholos erjesztés- Ez a szénhidrátok oxidációs folyamata, melynek eredményeként etil-alkohol, szén-dioxid képződik és energia szabadul fel.

A cukrok erjesztése ősidők óta ismert. A sörgyártók és borászok évszázadok óta kihasználták bizonyos élesztők azon képességét, hogy alkoholos erjedést idézzenek elő, ami a cukrokat alkohollá alakítja.

Az erjesztést főleg élesztő, valamint egyes baktériumok és gombák végzik. BAN BEN különböző országokban Az alkohol előállításához különféle mikroorganizmusokat használnak. Például Európában főleg a Saccharomyces nemzetség élesztőjét használják, in Dél Amerika- Pseudomonas lindneri baktériumok, Ázsiában - nyálkahártya gombák.

Csak szénhidrátokat lehet fermentálni, méghozzá nagyon szelektíven. Az élesztő csak néhány 6 szénatomos cukrot (glükóz, fruktóz, mannóz) erjeszt.

Az alkoholos fermentáció sematikusan ábrázolható az egyenlettel

Fermentáció " border="0">

Az alkoholos erjedés folyamata többlépcsős, láncból áll kémiai reakciók. A glükóz átalakulása piroszőlősavvá ugyanúgy történik, mint a légzés során. Ezek a reakciók oxigén részvétele nélkül (anaerob módon) mennek végbe. Továbbá a légzés és az erjedés útja elválik.

Az alkoholos erjedés során a piroszőlősav végül alkohollá és szén-dioxiddá alakul. Ezek a reakciók két szakaszban mennek végbe. Először a CO2 leválik a piruvátról, és acetaldehid keletkezik; majd az acetaldehid hidrogént ad hozzá, etil-alkohollá redukálva. Minden reakciót enzimek katalizálnak. A NAD-H2 részt vesz az aldehid redukciójában.

Jellemzően az alkoholos erjedés során a fő termékek mellett melléktermékek is keletkeznek. Meglehetősen változatosak, de kis mennyiségben vannak jelen: amil-, butil- és más alkoholok, amelyek keverékét fuselolajnak nevezik - egy vegyület, amelytől a bor sajátos aromája függ. Oktatás melléktermékek amiatt, hogy a glükóz átalakulása részben más módon megy végbe.

Az alkoholos erjedés biológiai jelentése, hogy bizonyos mennyiségű energia keletkezik, amelyet ATP formájában raktároznak el, majd a sejt minden létfontosságú folyamatára fordítanak.

Tejsavas fermentáció. Tejsavas erjesztéssel a végtermék a tejsav.

Az emberek régóta ismerik ezt az erjesztést. A tej erjesztése, aludttej, kefir készítése, zöldségek erjesztése a tejcukor vagy növényi szénhidrátok tejsavas erjesztésének eredménye. Az ilyen típusú fermentációt tejsavbaktériumok segítségével hajtják végre, amelyeket két nagy csoportra osztanak (a fermentáció természetétől függően): homofermentatív, cukorból csak tejsavat képez, és heterofermentatív, amely a tejsav mellett alkoholt, ecetsavat, széndioxidot képez.

Homofermentatív tejsavas fermentáció a Lactobacillus nemzetségbe tartozó baktériumok és a streptococcusok okozzák. Erősíthetnek különféle cukrok 6 (hexózok) vagy 5 (pentóz) szénatommal, néhány savval. Az általuk fermentált termékek köre azonban korlátozott.

A tejsavbaktériumok nem rendelkeznek enzimatikus berendezéssel a légköri oxigén felhasználására. Az oxigén vagy közömbös számukra, vagy gátolja a fejlődést.

A tejsavas erjedés az egyenlettel írható le

A tejsav képződésének folyamata rendkívül közel áll az alkoholos erjedés folyamatához. A glükóz piroszőlősavvá is bomlik. De ekkor dekarboxilációja (CO2 eliminációja), mint az alkoholos erjedés során, nem történik meg, mivel a tejsavbaktériumokat megfosztják a megfelelő enzimektől. Aktív dehidrogenázokkal (NAD) rendelkeznek. Ezért maga a piroszőlősav (és nem az acetaldehid, mint az alkoholos fermentációban) veszi fel a hidrogént a NAD redukált formájából, és tejsavvá alakul. A tejsavas erjedés során a baktériumok anaerob körülmények között, ahol más energiaforrások felhasználása nehézkes, megszerzik a fejlődéshez szükséges energiát.

A heterofermentatív tejsavas erjesztés összetettebb folyamat, mint a homofermentatív: a szénhidrátok fermentációja során számos vegyület képződik, amelyek a fermentációs folyamat körülményeitől függően halmozódnak fel. Egyes baktériumok a tejsav mellett etil-alkoholt és szén-dioxidot, mások ecetsavat termelnek; egyes heterofermentatív tejsavbaktériumok különféle alkoholokat, glicerint és mannitot termelhetnek.

A heterofermentatív tejsavas fermentációt a Lactobacterium és a Streptococcus nemzetséghez tartozó baktériumok okozzák. Ezeknek az erjesztéseknek a kémiája nem annyira tanulmányozott, mint az alkoholos vagy homofermentatív tejsavas fermentációé.

A heterofermentatív baktériumok más módon termelik a tejsavat. Utolsó szakasz- a piroszőlősav tejsavvá redukálása megegyezik a homofermentatív fermentációval. De maga a piroszőlősav a glükóz - hexóz-monofoszfát - eltérő lebontása során képződik. A kibocsátott energia sokkal kisebb, mint az alkoholos erjesztésnél.

A heterofermentatív baktériumok korlátozott számú anyagot fermentálnak: egyes (és bizonyos szerkezetű) hexózokat, pentózokat, cukoralkoholokat és savakat.

A tejsavas fermentációt széles körben alkalmazzák a tejtermékek előállításában: joghurt, acidophilus, túró, tejföl. A kefir és a kumis gyártása során a baktériumok okozta tejsavas erjedés mellett élesztő által okozott alkoholos erjedés is végbemegy. A tejsavas erjedés a sajtgyártás első szakaszában megy végbe, majd a tejsavbaktériumot propionsavbaktériumok váltják fel.

Tejsavbaktériumot találtak széles körű alkalmazás gyümölcsök és zöldségek befőzésekor, takarmányszilázsban. A tiszta tejsavas fermentációt ipari méretekben tejsav előállítására használják.

A tejsavat széles körben használják a bőrgyártásban, festésben, mosóporok, műanyagok gyártásában, a gyógyszeriparban és számos más iparágban. A tejsavra az édesiparban és az üdítőitalok készítéséhez is szükség van.

Vajas erjesztés. A szénhidrátok vajsavvá való átalakulása régóta ismert. A vajsavas fermentáció természetét a mikroorganizmusok létfontosságú tevékenysége következtében Louis Pasteur állapította meg a múlt század 60-as éveiben.

Az erjedés kiváltói a vajsavbaktériumok, amelyek szénhidrátok fermentálásával nyernek energiát az élethez. Különféle anyagokat - szénhidrátokat, alkoholokat és savakat - képesek erjeszteni, és képesek még a nagy molekulatömegű szénhidrátok - keményítő, glikogén, dextrinek - lebontására és fermentálására is.

A vajsavas erjesztés be Általános nézet egyenlettel írjuk le

Az erjedés során különféle melléktermékek halmozódnak fel. A vajsav, szén-dioxid és hidrogén mellett etil-alkohol, tej- és ecetsav képződik.

Egyes vajsavbaktériumok acetont, butanolt és izopropil-alkoholt is termelnek.

Az erjedés a glükóz foszforilációjával kezdődik, majd a glikolitikus úton halad a piroszőlősav képződésének szakaszáig. Ezután ecetsav képződik, amelyet az enzim aktivál. Ezután kondenzálással (kombinációval) a két szénatomos vegyületből négy szénatomos vajsavat nyernek. A vajsavas erjedés során tehát nemcsak az anyagok bomlása, hanem szintézise is megtörténik.

V. N. Shaposhnikov szerint a vajsavas fermentációnak két fázisa van. Az elsőben a biomassza növekedésével párhuzamosan felhalmozódik az ecetsav, a vajsav pedig főleg a második fázisban képződik, amikor a testanyag-szintézis lelassul.

A vajsavas erjedés megy végbe természeti viszonyok gigantikus léptékben: mocsarak alján, mocsaras talajokon, iszapokban és minden olyan helyen, ahol az oxigén hozzáférése korlátozott. A vajsavbaktériumok tevékenységének köszönhetően hatalmas mennyiségű szerves anyag bomlik le.

Az alkoholos, homofermentatív tejsavas és vajsavas fermentáció a fermentáció fő típusai. Minden más típusú fermentáció e három típus kombinációja. Például a sajtok gyártásában fontos szerepet játszó propionsavas erjesztés, amely a propion-, ill. ecetsavÉs szén-dioxid, homofermentatív tejsav és alkoholos erjesztés. A rost- és pektinanyagok fermentációja a vajsavas fermentáció egyik változata.

Tehát a fermentáció három fő típusa szervesen kapcsolódik egymáshoz - a szénhidrátok lebomlásának kezdeti útjai ugyanazok.

A légzési és fermentációs folyamatok a mikroorganizmusok számára szükséges fő energiaforrások normális élet, a legfontosabb szerves vegyületek szintézis folyamatainak megvalósítása.