Kas yra fermentacija chemijoje?

Fermentacija yra vyno, alaus, jogurtas ir kiti produktai. Čia pateikiamas cheminis procesas, vykstantis fermentacijos metu.

Fermentacija yra metabolinis procesas, kurio metu organizmas paverčia angliavandeniais, pavyzdžiui, krakmolo arba a cukraus, į alkoholio arba rūgštis. Pavyzdžiui, mielės fermentuoja energiją, virsdamos cukrumi alkoholiu. Bakterijos fermentuoja, angliavandenius paversdamos pieno rūgštimi. Fermentacijos tyrimas vadinamas zimologija.

Terminas „fermentas“ kilęs iš lotyniško žodžio Fervere, o tai reiškia „užvirinti“. Fermentaciją apibūdino XIV amžiaus pabaigos alchemikai, bet ne šiuolaikine prasme. Cheminis fermentacijos procesas tapo mokslinio tyrimo objektu maždaug 1600 metais.

Fermentacija yra natūralus procesas. Žmonės pritaikė fermentaciją gamindami tokius produktus kaip vynas, midaus, sūris ir alus dar ilgai, kol nebuvo suprantamas biocheminis procesas. 1850–1860 m.

Dauguma žmonių žino apie maistą ir gėrimus, kurie yra fermentacijos produktai, tačiau gali nesuvokti, kad daug svarbių pramoninių produktų yra fermentacijos rezultatas.

• Alaus
• Vynas
• Jogurtas
• Sūris
• Tam tikras rūgštus maistas, kurio sudėtyje yra pieno rūgšties, įskaitant raugintus kopūstus, kimchi ir pepperoni
• Duonos rauginimas mielėmis
• Nuotekų valymas
• Tam tikra pramoninio alkoholio gamyba, pavyzdžiui, biodegalams
• Vandenilio dujos

Mielės ir tam tikros bakterijos fermentuoja etanolį, kai piruvatas (dėl gliukozės apykaitos) suskaidomas į etanolį ir anglies dvideginis. Etanolio iš gliukozės gamybos grynoji cheminė lygtis yra:

C₆H₁₂O₆ (gliukozė) → 2 C₂H₅OH (etanolis) + 2 CO₂ (anglies dvideginis)

Fermentuojant etanoliu buvo naudojamas alus, vynas ir duona. Verta paminėti, kad fermentuojant esant dideliam pektino kiekiui, gaunamas nedidelis metanolio kiekis, kuris yra toksiškas vartojant.

Gliukozės metabolizmo (glikolizės) metu veikiamos piruvato molekulės gali būti fermentuojamos į pieno rūgštį. Pieno rūgšties fermentacija naudojama laktozei paversti pieno rūgštimi gaminant jogurtą. Tai taip pat atsiranda gyvūnų raumenyse, kai audiniui reikia energijos greičiau, nei gali būti tiekiamas deguonis. Kita pieno rūgšties gamybos iš gliukozės lygtis:

C₆H₁₂O₆ (gliukozė) → 2 CH₃CHOHCOOH (pieno rūgštis)

Pieno rūgšties gamybą iš laktozės ir vandens galima apibendrinti taip:

C₁₂H₂₂O₁₁ (laktozė) + H₂O (vanduo) → 4 CH₃CHOHCOOH (pieno rūgštis)

Fermentacijos proceso metu gali būti gaunamos vandenilio ir metano dujos.

Metanogeninėje archajoje vyksta neproporcingos reakcijos, kurios metu vienas elektronas perduodamas iš a karboksirūgšties grupės karbonilą į acto rūgšties metilo grupę, kad būtų gautas metanas ir anglies dioksidas dujos.

Daugelio rūšių fermentacija išskiria vandenilio dujas. Organizmas gali naudoti produktą NAD regeneravimui⁺ iš NADH. Vandenilio dujas kaip substratą gali naudoti sulfato reduktoriai ir metanogenai. Žmonės patiria vandenilio dujų gamybą iš žarnyno bakterijų, gaminanti plokščiąją.

• Fermentacija yra anaerobinis procesas, tai reiškia, kad tam, kad įvyktų, nereikia deguonies. Tačiau net tada, kai deguonies yra gausu, mielių ląstelės mieliau renkasi fermentaciją nei aerobinį kvėpavimą, jei yra pakankamai cukraus.
• Fermentacija vyksta žmonių ir kitų gyvūnų virškinimo sistemoje.
• Esant retam sveikatos sutrikimui, vadinamam žarnyno fermentacijos sindromu arba autoalaus daryklos sindromu, fermentacija žmogaus virškinamajame trakte sukelia intoksikaciją gaminant etanolį.
• Fermentacija vyksta žmogaus raumenų ląstelėse. Raumenys gali išleisti ATP greičiau nei deguonis gali būti tiekiamas. Esant tokiai situacijai, ATP susidaro glikolizės būdu, nenaudojant deguonies.
• Nors fermentacija yra įprastas būdas, tai nėra vienintelis būdas, kurį organizmai naudoja energijai gauti anaerobiniu būdu. Kai kurios sistemos naudoja galutinį elektronų akceptorių sulfate elektronų transportavimo grandinė.

• Hui, Y. H. (2004). Daržovių konservavimo ir perdirbimo vadovas. Niujorkas: M. Dekkeris. p. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Kleinas, Donaldas W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobiologija (6-asis leidimas). Niujorkas: „McGraw-Hill“. ISBN 978-0-07-255678-0.
• „Purves“, Williamas K.; Sadava, Davidas E.; Oriansas, Gordonas H.; Helleris, H. Craigas (2003). Gyvenimas, biologijos mokslas (7-asis leidimas). „Sunderland“, Mišios: „Sinauer Associates“. psl. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Vietinių raugintų maisto produktų vadovas (2-asis leidimas). „CRC Press“. ISBN 9781351442510.