Glucosegæring er en af de vigtigste reaktioner, hvorved tilberedning af alkoholholdige drikkevarer er mulig. Det kan udføres på forskellige måder, i hver af hvilke individuelle produkter dannes. Denne proces spiller en nøglerolle på mange områder af vores liv, lige fra madlavning og fremstilling af vin og vodkaprodukter til de reaktioner, der finder sted i vores krop.
Historie
Gæringsprocessen af glucose og andre sukkerarter blev brugt af oldtidens mennesker. De spiste let fermenteret mad. Sådan mad var mere sikker, da den indeholdt alkohol, hvor mange skadelige bakterier døde. I det gamle Egypten og Babylon vidste folk allerede, hvordan man fermenterer mange sukkerholdige drikkevarer og mælk. Da folk i slutningen af det 18. århundrede formåede bedre at studere denne proces, dens typer og muligheder for forbedring, voksede industrier som kvass, brygning og vin-vodka meget kvalitativt.
Gæringstyper
Mærkeligt nok, men denne proces er anderledes. Og der er typer af glucosefermentering af slutprodukter. Der er således mælkesyre, alkohol, citronsyre, acetone, smørsyre og flere andre. Lad os tale lidt om hver typeseparat. Mælkesyregæring af glukose er hovedprocessen i fremstillingen af sådanne produkter som yoghurt, creme fraiche, kefir, hytteost. Det bruges også til at konservere grøntsager og udfører en nøglefunktion i vores krop: Under tilstande med mangel på ilt omdannes glukose til det endelige produkt - mælkesyre, som forårsager muskelsmerter under og efter træning.
Alkoholisk gæring er anderledes ved, at ethylalkohol dannes som slutproduktet. Det sker ved hjælp af mikroorganismer - gær. Og det spiller en nøglerolle i madlavningen, da der ud over hovedproduktet frigives kuldioxid under den alkoholiske gæring af glucose (dette forklarer gærdejens pragt).
Citronsyregæring sker, som du måske kan gætte, med dannelsen af citronsyre. Det opstår under påvirkning af en bestemt type svamp og er en del af Krebs cyklus, som sikrer respirationen af alle celler i vores krop.
Acetone-butylfermentering minder meget om smørsyregæring. Som et resultat dannes smørsyre, butyl og ethylalkoholer, acetone og kuldioxid. Smørsyregæring producerer kun den navnebærende syre og kuldioxid.
Nu vil vi se på alle typer mere detaljeret, men lad os starte med det mest basale - alkoholisk gæring af glukose. Alle reaktioner og nuancerne i deres forløb vil blive analyseret i detaljer.
Alkoholgæring
Lad os fortælle lidt mere om gæringen af glukose, hvis ligning er:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Hvad kan man lære af denne reaktion? Vi har to produkter: ethylalkohol og kuldioxid. På grund af sidstnævnte observerer vi hævelsen af gærdejen. Og grundet det første har vi mulighed for at få en uforglemmelig smag af vin og vindrikke. Men faktisk er dette kun en forenklet ligning. Den komplette glucosefermenteringsreaktion er mere kompliceret, så lad os nedbryde den lidt.
Der er sådan en proces som glykolyse. Bogstaveligt t alt oversættes dets navn som "sp altning af sukker." Det forekommer i kroppen, og dets biprodukt er pyrodruesyre, og det vigtigste er adenosintrifosfat (ATP), som dannes under denne reaktion fra en anden forbindelse. Vi kan sige, at ATP er energibæreren i kroppen, og faktisk tjener glykolyse til at forsyne vores krop med energi.
Vi kom ind på denne proces af en grund. Faktisk minder fermentering meget om glykolyse, da det første trin er nøjagtigt det samme for dem. Det kan endda siges, at den alkoholiske gæring af glukose er en fortsættelse af glykolysen. Pyruvatet (pyrodruesyreion), der dannes i løbet af sidstnævnte, omdannes til acetaldehyd (CH3-C(O)H) med frigivelse af kuldioxid som et biprodukt. Derefter reduceres det resulterende produkt af NADH-coenzymet indeholdt i bakterierne. Reduktion fører til dannelse af ethylalkohol.
Gæringsreaktionen mellem glucose og ethylalkohol ser således ud:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH tjener som en katalysator for reaktionen, og NAD-ionen+spiller en nøglerolle i det tidlige stadie af glykolyse, og dannes ved slutningen af alkoholisk gæring, vender tilbage til processen.
Lad os gå videre til den næste type reaktion, der er under undersøgelse.
Mælkesyregæring af glukose
Denne art adskiller sig fra alkohol ved, at den ikke forekommer under påvirkning af gær, men ved hjælp af mælkesyrebakterier. Derfor har vi helt andre produkter. Mælkesyregæring sker også i vores muskler, når vi arbejder hårdt og mangler ilt.
Der er to typer af denne proces. Den første er homofermentativ gæring. Hvis du nogensinde har hørt præfikset "homo", så forstår du sikkert, hvad det betyder. Homofermentativ fermentering er en proces, der involverer et enkelt enzym. I det første stadium opstår glykolyse, og der dannes pyrodruesyre. Derefter underkastes det resulterende pyruvat (i opløsning kan denne syre kun eksistere i form af ioner) for hydrogenering under anvendelse af NADH+H og lactatdehydrogenase. Som et resultat heraf er reduktionsproduktet mælkesyre, som udgør omkring 90 % af alle produkter opnået under reaktionen. Denne forbindelse kan imidlertid også dannes i form af toforskellige isomerer: D og L. Disse typer adskiller sig ved, at de er spejlbilleder af hinanden og som følge heraf påvirker vores krop på forskellige måder. Hvilken isomer der i højere grad dannes bestemmer strukturen af lactatdehydrogenase.
Lad os gå videre til den anden type mælkesyrefermentering - heterofermentativ. Denne proces involverer flere enzymer og følger en mere kompleks vej. På grund af dette dannes flere forskellige produkter under reaktionen: Udover mælkesyre kan vi finde eddikesyre og ethylalkohol der.
Så vi har overvejet mælkesyregæring. Dette er den proces, hvorved vi kan nyde smagen af hytteost, koaguleret mælk, fermenteret bagt mælk og kefir. Lad os opsummere og nedskrive den generelle reaktion af mælkesyregæring af glukose: C6H12O6=2 C 3H6O3. Selvfølgelig er dette et forenklet diagram over processen med homofermentativ fermentering, da selv diagrammet for en heterofermentativ gæringsproces vil være meget kompleks. Kemikere studerer stadig mælkesyregæringen af glukose og belyser dens fulde mekanismer, så der er stadig plads til forbedringer.
Citronsyregæring
Reaktioner af denne type gæring forekommer, som med alkohol, under påvirkning af svampe af en bestemt stamme. Den fulde mekanisme for denne reaktion er endnu ikke fuldt ud forstået, og vi kan kun stole på nogle forenklinger. Der er dog forslag om, at den indledende fase af processen er glykolyse. Derefter omdannes pyrodruesyre tilbliver til forskellige syrer og kommer til citronsyre. På grund af denne mekanisme akkumuleres andre syrer i reaktionsmediet - produkter af ufuldstændig oxidation af glucose.
Denne proces foregår under påvirkning af ilt, og generelt kan den skrives som følgende ligning: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Før denne type gæring blev opdaget, udtog folk udelukkende citronsyre ved at presse frugten af det tilsvarende træ. Denne syre er dog ikke mere end 15 % i citron, så denne metode viste sig at være upraktisk, og efter opdagelsen af denne reaktion begyndte al syre at blive opnået ved gæring.
Smørsyregæring
Lad os gå videre til den næste type. Denne type gæring sker under påvirkning af smørsyrebakterier. De er udbredte, og den proces, de forårsager, spiller en nøglerolle i biologisk vigtige kredsløb. Ved hjælp af disse bakterier sker nedbrydningen af døde organismer. Smørsyren, der dannes under reaktionerne, tiltrækker ådselædere med sin lugt.
Denne type gæring bruges i industrien. Som du måske kan gætte, får de smørsyre. Dens estere er meget udbredt i parfumeri og har en behagelig lugt i modsætning til sig selv. Smørfermentering er dog ikke altid gavnlig. Det kan ødelægge grøntsager, dåsemad, mælk og andre produkter. Men dette kan kun ske, hvis smørsyrebakterier er kommet ind i produktet.
Lad os analysere mekanismen for smørsyregæring af glukose. Hans reaktion ser sådan ud: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Som et resultat genereres der også energi, som sikrer den vitale aktivitet af smørbakterier.
Acetone-butylfermentering
Denne type minder meget om smørsyre. Ikke kun glukose, men også glycerol og pyrodruesyre kan gære på denne måde. Denne proces kan opdeles i to faser: den første (nogle gange kaldet sur) er faktisk smørsyregæring. Men udover smørsyre frigives også eddikesyre. Som følge af glucosefermentering på denne måde får vi produkter, der går til anden fase (acetonobutyl). Da hele denne proces også sker under påvirkning af bakterier, når mediet forsures (stigning i koncentrationen af syrer), frigives specielle enzymer af bakterier. De inducerer omdannelsen af glucosefermenteringsprodukter til n-butanol (butylalkohol) og acetone. Derudover kan der produceres noget ethanol.
Andre typer gæring
Ud over de fem nævnte typer af denne proces, er der flere flere. For eksempel er dette eddikesyregæring. Det forekommer også under påvirkning af mange bakterier. Denne type gæring kan bruges til nyttige formål ved syltning. Det beskytter fødevarer mod patogene og farlige bakterier. Der er også alkalisk eller methan gæring. I modsætning til de tidligere typer, denne typefermentering kan udføres for de fleste organiske forbindelser. Som et resultat af en lang række komplekse reaktioner sp altes organiske stoffer i metan, brint og kuldioxid.
Biologisk rolle
Fermentering er den ældste måde at få energi fra levende organismer. Nogle skabninger producerer organiske stoffer, modtager energi undervejs, mens andre ødelægger disse stoffer, mens de også modtager energi. Hele vores liv er bygget på dette. Og i hver af os foregår gæringen i en eller anden form. Som vi sagde ovenfor, sker mælkesyregæringen i musklerne under intens træning.
Hvad skal man ellers læse?
Hvis du er interesseret i biokemien i denne meget interessante proces, bør du starte med skolelærebøger i kemi og biologi. Mange universitetslærebøger er så detaljerede, at du efter at have læst dem bare kan blive en ekspert på dette område.
Konklusion
Her kommer vi til slutningen. Vi analyserede alle typer glucosefermentering og de generelle principper for disse processer, som spiller en meget vigtig rolle både for levende organismers funktion og i vores industri. Det er muligt, at vi i fremtiden vil opdage flere typer af denne ældgamle proces og lære at bruge dem til vores fordel, som vi gjorde med dem, vi allerede kendte.
