Какво е ферментацията в химията?

ферментация е процес, използван за производство на вино, бира, кисело мляко и други продукти. Ето поглед върху химичния процес, който протича по време на ферментацията.

Ферментацията е метаболитен процес, в който организъм конвертира въглехидрат, като нишесте или а захар, в алкохол или киселина. Например, дрождите извършват ферментация за получаване на енергия чрез превръщане на захарта в алкохол. Бактериите извършват ферментация, превръщайки въглехидратите в млечна киселина. Изследването на ферментацията се нарича zymology.

Терминът "фермент" идва от латинската дума fervere, което означава "да ври". Ферментацията е описана от алхимиците от края на XIV век, но не в съвременния смисъл. Химическият процес на ферментация става обект на научно изследване около 1600 година.

Ферментацията е естествен процес. Хората прилагали ферментация, за да направят продукти като вино, медовина, сирене и бира много преди да се разбере биохимичният процес. През 1850-те и 1860-те г.

Повечето хора са наясно с храните и напитките, които са продукти на ферментацията, но може да не осъзнават, че много важни индустриални продукти са резултат от ферментацията.

• Бира
• вино
• кисело мляко
• Сирене
• Някои кисели храни, съдържащи млечна киселина, включително кисело зеле, кимчи и пеперони
• Охлаждане на хляб чрез мая
• Пречистване на отпадъчни води
• Някои промишлени производства на алкохол, като например за биогорива
• Водороден газ

Дрождите и някои бактерии извършват етанолна ферментация, при която пируватът (от метаболизма на глюкозата) се разгражда на етанол и въглероден двуокис. Нетното химично уравнение за производството на етанол от глюкоза е:

° С₆Н₁₂О₆ (глюкоза) → 2 С₂Н₅ОН (етанол) + 2 СО₂ (въглероден двуокис)

Етаноловата ферментация е използвала производството на бира, вино и хляб. Струва си да се отбележи, че ферментацията в присъствието на високи нива на пектин води до производството на малки количества метанол, който е токсичен при консумация.

Пируватните молекули от метаболизма на глюкозата (гликолиза) могат да се ферментират в млечна киселина. Млечнокиселата ферментация се използва за превръщане на лактозата в млечна киселина при производството на кисело мляко. Той се среща и в мускулите на животните, когато тъканта се нуждае от енергия с по-бърза скорост, отколкото може да бъде доставен кислород. Следващото уравнение за производството на млечна киселина от глюкоза е:

° С₆Н₁₂О₆ (глюкоза) → 2 CH₃CHOHCOOH (млечна киселина)

Производството на млечна киселина от лактоза и вода може да се обобщи като:

° С₁₂Н₂₂О₁₁ (лактоза) + Н₂0 (вода) → 4 СН₃CHOHCOOH (млечна киселина)

Процесът на ферментация може да доведе до водороден газ и газ метан.

Метаногенните археи претърпяват непропорционална реакция, при която един електрон се прехвърля от a карбонил от група карбоксилна киселина до метилова група оцетна киселина, за да се получи метан и въглероден диоксид газ.

Много видове ферментация дават водороден газ. Продуктът може да се използва от организма за регенериране на NAD⁺ от NADH. Водородният газ може да се използва като субстрат от сулфатни редуктори и метаногени. Хората изпитват производство на водороден газ от чревни бактерии, произвежда плоскост.

• Ферментацията е анаеробен процес, което означава, че не се нуждае от кислород, за да се случи. Въпреки това, дори когато кислородът е в изобилие, клетките с дрожди предпочитат ферментацията пред аеробното дишане, при условие че има достатъчно запас захар.
• Ферментацията протича в храносмилателната система на хората и други животни.
• При рядко медицинско състояние, наречено синдром на ферментация на червата или синдром на авто-пивоварство, ферментацията в храносмилателния тракт на човека води до интоксикация от производството на етанол.
• Ферментацията протича в човешките мускулни клетки. Мускулите могат да изразходват ATP по-бързо, отколкото може да бъде доставен кислород. В тази ситуация АТФ се произвежда чрез гликолиза, която не използва кислород.
• Въпреки че ферментацията е общ път, това не е единственият метод, използван от организмите за получаване на енергия анаеробно. Някои системи използват сулфат като краен акцептор на електрон в електронна транспортна верига.

• Hui, Y. H. (2004). Наръчник за консервиране и преработка на зеленчуци. Ню Йорк: М. Декер. стр. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Клайн, Доналд У.; Lansing M.; Harley, John (2006). микробиология (6-то изд.). Ню Йорк: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Първес, Уилям К.; Садава, Дейвид Е.; Орианс, Гордън Н.; Heller, H. Крейг (2003). Животът, науката за биологията (7-мо изд.). Съндърланд, Масово: Sinauer Associates. стр. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Наръчник за коренно ферментирали храни (2-ро изд.). CRC Press. ISBN 9781351442510.