La fermentazione del glucosio è una delle principali reazioni con cui è possibile la preparazione di bevande alcoliche. Può essere eseguito in diversi modi, in ognuno dei quali si formano i singoli prodotti. Questo processo gioca un ruolo chiave in molte aree della nostra vita, dalla cottura e produzione di vino e vodka alle reazioni che avvengono nel nostro corpo.
Cronologia
Il processo di fermentazione del glucosio e di altri zuccheri veniva utilizzato dagli antichi. Mangiavano cibo leggermente fermentato. Tale cibo era più sicuro, poiché conteneva alcol, in cui morivano molti batteri nocivi. Nell'antico Egitto e in Babilonia, le persone sapevano già come fermentare molte bevande zuccherate e latte. Quando le persone alla fine del 18° secolo riuscirono a studiare meglio questo processo, i suoi tipi e le possibilità di miglioramento, industrie come il kvas, la produzione di birra e la vodka di vino crebbero in modo molto qualitativo.
Tipi di fermentazione
Stranamente, ma questo processo è diverso. E ci sono tipi di fermentazione del glucosio da prodotti finali. Quindi, c'è acido lattico, alcol, acido citrico, acetone, butirrico e molti altri. Parliamo un po' di ogni tipo diseparatamente. La fermentazione dell'acido lattico del glucosio è il processo principale nella preparazione di prodotti come yogurt, panna acida, kefir, ricotta. Viene anche utilizzato per conservare le verdure e svolge una funzione fondamentale nel nostro organismo: in condizioni di carenza di ossigeno, il glucosio viene convertito nel prodotto finale, l'acido lattico, che provoca dolori muscolari durante e dopo l'allenamento.
La fermentazione alcolica è diversa in quanto si forma alcol etilico come prodotto finale. Si verifica con l'aiuto di microrganismi - lievito. E svolge un ruolo fondamentale in cucina, poiché oltre al prodotto principale, durante la fermentazione alcolica del glucosio viene rilasciata anidride carbonica (questo spiega lo splendore della pasta lievitata).
La fermentazione dell'acido citrico avviene, come si può intuire, con la formazione dell'acido citrico. Si verifica sotto l'influenza di un certo tipo di fungo e fa parte del ciclo di Krebs, che assicura la respirazione di tutte le cellule del nostro corpo.
La fermentazione acetone-butilica è molto simile alla fermentazione butirrica. Di conseguenza, si formano acido butirrico, alcoli butilici ed etilici, acetone e anidride carbonica. La fermentazione butirrica produce solo l'acido che porta il nome e l'anidride carbonica.
Ora esamineremo tutti i tipi in modo più dettagliato, ma iniziamo con la fermentazione alcolica del glucosio più elementare. Tutte le reazioni e le sfumature del loro corso verranno analizzate in dettaglio.
Fermentazione alcolica
Raccontiamo qualcosa in più sulla fermentazione del glucosio, la cui equazione è:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Cosa si può imparare da questa reazione? Abbiamo due prodotti: alcol etilico e anidride carbonica. A causa di quest'ultimo, osserviamo il rigonfiamento della pasta lievitata. E grazie al primo, abbiamo l'opportunità di avere un assaggio indimenticabile di vino e bevande al vino. Ma in re altà, questa è solo un'equazione semplificata. La reazione di fermentazione completa del glucosio è più complicata, quindi analizziamola un po'.
Esiste un processo come la glicolisi. Letteralmente, il suo nome si traduce come "scissione dello zucchero". Si verifica nel corpo e il suo sottoprodotto è l'acido piruvico e il principale è l'adenosina trifosfato (ATP), che si forma durante questa reazione da un altro composto. Possiamo dire che l'ATP è il vettore energetico nel corpo, e infatti, la glicolisi serve a fornire energia al nostro corpo.
Abbiamo toccato questo processo per una ragione. In effetti, la fermentazione è molto simile alla glicolisi, poiché la prima fase è esattamente la stessa per loro. Si può anche affermare che la fermentazione alcolica del glucosio è una continuazione della glicolisi. Il piruvato (ione acido piruvico) formatosi nel corso di quest'ultimo viene convertito in acetaldeide (CH3-C(O)H) con rilascio di anidride carbonica come sottoprodotto. Successivamente, il prodotto risultante viene ridotto dal coenzima NADH contenuto nei batteri. La riduzione porta alla formazione di alcol etilico.
Quindi, la reazione di fermentazione del glucosio all'alcol etilico si presenta così:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH funge da catalizzatore per la reazione e lo ione NAD+svolge un ruolo chiave nella fase iniziale della glicolisi e, formatosi alla fine della fermentazione alcolica, ritorna al processo.
Passiamo al prossimo tipo di reazione in studio.
Fermentazione lattica del glucosio
Questa specie differisce dall'alcol in quanto non si trova sotto l'influenza del lievito, ma con l'aiuto dei batteri dell'acido lattico. Pertanto, abbiamo prodotti completamente diversi. La fermentazione dell'acido lattico si verifica anche nei nostri muscoli quando lavoriamo sodo e manchiamo di ossigeno.
Ci sono due tipi di questo processo. La prima è la fermentazione omofermentativa. Se hai mai sentito il prefisso "homo", probabilmente capisci cosa significa. La fermentazione omofermentativa è un processo che coinvolge un singolo enzima. Nella prima fase si verifica la glicolisi e si forma l'acido piruvico. Quindi il piruvato risultante (in soluzione questo acido può esistere solo sotto forma di ioni) viene sottoposto a idrogenazione utilizzando NADH+H e lattato deidrogenasi. Di conseguenza, il prodotto di riduzione è l'acido lattico, che costituisce circa il 90% di tutti i prodotti ottenuti durante la reazione. Questo composto, tuttavia, può essere formato anche sotto forma di duediversi isomeri: D e L. Questi tipi differiscono in quanto sono immagini speculari l'uno dell' altro e, di conseguenza, influenzano il nostro corpo in modi diversi. Quale isomero si formerà in misura maggiore determina la struttura della lattato deidrogenasi.
Passiamo al secondo tipo di fermentazione lattica - quella eterofermentativa. Questo processo coinvolge diversi enzimi e segue un percorso più complesso. Per questo motivo, durante la reazione si formano più prodotti diversi: oltre all'acido lattico, possiamo trovare acido acetico e alcol etilico.
Quindi abbiamo considerato la fermentazione dell'acido lattico. Questo è il processo attraverso il quale possiamo assaporare il gusto della ricotta, del latte cagliato, del latte cotto al forno fermentato e del kefir. Riassumiamo e annotiamo la reazione generale della fermentazione lattica del glucosio: C6H12O6=2 C 3H6O3. Naturalmente, questo è un diagramma semplificato del processo di fermentazione omofermentativa, poiché anche il diagramma di un processo di fermentazione eterofermentativa sarà molto complesso. I chimici stanno ancora studiando la fermentazione lattica del glucosio e ne stanno chiarendo i meccanismi completi, quindi c'è ancora spazio per miglioramenti.
Fermentazione con acido citrico
Le reazioni di questo tipo di fermentazione si verificano, come con l'alcol, sotto l'azione di funghi di un certo ceppo. Il meccanismo completo di questa reazione non è ancora completamente compreso e possiamo fare affidamento solo su alcune semplificazioni. Tuttavia, ci sono suggerimenti che la fase iniziale del processo sia la glicolisi. Quindi l'acido piruvico viene convertito insi trasforma in vari acidi e arriva a citrico. A causa di questo meccanismo, altri acidi si accumulano nel mezzo di reazione - prodotti dell'ossidazione incompleta del glucosio.
Questo processo avviene sotto l'influenza dell'ossigeno, e in termini generali può essere scritto come la seguente equazione: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Prima che si scoprisse questo tipo di fermentazione, le persone estraevano l'acido citrico esclusivamente premendo il frutto dell'albero corrispondente. Tuttavia, questo acido non è più del 15% nel limone, quindi questo metodo si è rivelato poco pratico e, dopo la scoperta di questa reazione, tutto l'acido ha iniziato ad essere ottenuto per fermentazione.
Fermentazione butirrica
Passiamo al tipo successivo. Questo tipo di fermentazione avviene sotto l'azione dei batteri dell'acido butirrico. Sono diffusi e il processo che provocano gioca un ruolo chiave nei cicli biologicamente importanti. Con l'aiuto di questi batteri, si verifica la decomposizione degli organismi morti. L'acido butirrico formatosi durante le reazioni attira gli spazzini con il suo odore.
Questo tipo di fermentazione viene utilizzato nell'industria. Come puoi immaginare, ottengono acido butirrico. I suoi esteri sono ampiamente utilizzati in profumeria e hanno un odore gradevole, a differenza di lui. Tuttavia, la fermentazione butirrica non è sempre benefica. Può rovinare verdure, cibo in scatola, latte e altri prodotti. Ma questo può accadere solo se i batteri dell'acido butirrico sono entrati nel prodotto.
Analizziamo il meccanismo del butirricofermentazione del glucosio. La sua reazione è la seguente: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Di conseguenza, viene generata anche energia, che assicura l'attività vitale dei batteri butirrici.
Fermentazione acetone-butilica
Questo tipo è molto simile al butirrico. Non solo il glucosio, ma anche il glicerolo e l'acido piruvico possono fermentare in questo modo. Questo processo può essere suddiviso in due fasi: la prima (a volte chiamata acida) è in re altà la fermentazione butirrica. Tuttavia, oltre all'acido butirrico, viene rilasciato anche acido acetico. Come risultato della fermentazione del glucosio in questo modo, otteniamo prodotti che passano al secondo stadio (acetonobutile). Poiché l'intero processo si verifica anche sotto l'azione dei batteri, quando il mezzo viene acidificato (aumento della concentrazione di acidi), speciali enzimi vengono rilasciati dai batteri. Inducono la conversione dei prodotti della fermentazione del glucosio in n-butanolo (alcol butilico) e acetone. Inoltre, potrebbe essere prodotto dell'etanolo.
Altri tipi di fermentazione
Oltre ai cinque tipi di questo processo elencati, ce ne sono molti altri. Ad esempio, questa è la fermentazione acetica. Si verifica anche sotto l'azione di molti batteri. Questo tipo di fermentazione può essere utilizzata per scopi utili durante il decapaggio. Protegge il cibo da batteri patogeni e pericolosi. Ci sono anche fermentazioni alcaline o metano. A differenza dei tipi precedenti, questo tipola fermentazione può essere effettuata per la maggior parte dei composti organici. Come risultato di un gran numero di reazioni complesse, le sostanze organiche si scindono in metano, idrogeno e anidride carbonica.
Ruolo biologico
La fermentazione è il modo più antico per ottenere energia dagli organismi viventi. Alcune creature producono sostanze organiche, ricevendo energia lungo il percorso, mentre altre distruggono queste sostanze, ricevendo anche energia. Tutta la nostra vita è costruita su questo. E in ognuno di noi, la fermentazione avviene in una forma o nell' altra. Come abbiamo detto sopra, la fermentazione dell'acido lattico avviene nei muscoli durante un allenamento intenso.
Cos' altro leggere?
Se sei interessato alla biochimica di questo processo molto interessante, dovresti iniziare con i libri di testo scolastici di chimica e biologia. Molti libri di testo universitari sono così dettagliati che dopo averli letti puoi diventare solo un esperto in questo campo.
Conclusione
Arriviamo alla fine. Abbiamo analizzato tutti i tipi di fermentazione del glucosio e i principi generali di questi processi, che svolgono un ruolo molto importante sia nel funzionamento degli organismi viventi che nel nostro settore. È possibile che in futuro scopriremo molti altri tipi di questo antico processo e impareremo come usarli a nostro vantaggio, come abbiamo fatto con quelli a noi già noti.
