Fermentační reakce na glukóze. Typy, význam a produkt fermentace

Fermentace glukózy je jednou z hlavních reakcí, pomocí kterých je možné připravit alkoholické nápoje. Může se provádět různými způsoby, z nichž každá tvoří jednotlivé produkty. Tento proces hraje klíčovou roli v mnoha oblastech našeho života, od vaření a vaření vodky až po reakce, které se odehrávají v našem těle.

Historie

Proces fermentace glukózy a jiných cukrů byl použit starými lidmi. Jedli trochu jídlo. Toto jídlo bylo bezpečnější, protože obsahovalo alkohol, u něhož bylo zabito mnoho škodlivých bakterií. Ve starověkém Egyptě a Babylonu lidé již věděli, jak fermentovat mnoho nápojů obsahujících cukr a mléko. Když se lidé v pozdní 18. století byl schopen lépe porozumět tomuto procesu, jeho typy a příležitosti pro zlepšení, výrazně zvýšila kvalitu odvětví, jako jsou kvaso-, pivovarství a vína vodky.

Druhy fermentace

Naneštěstí, ale tento proces je jiný. Rozlišujeme typy fermentace glukózy v konečných produktech. Existuje tedy kyselina mléčná, alkohol, kyselina citronová, aceton, kyselina máselná a několik dalších. Mluvme trochu o každém druhu zvlášť. Mléčná fermentace glukóza - základní proces pro přípravu výrobků, jako jsou jogurty, zakysaná smetana, jogurt, tvaroh. Také se používá ke konzervaci ovoce a plní klíčovou funkci v našem těle: v podmínkách nedostatku kyslíku, glukózy se přemění na konečný produkt - kyselina mléčná, která způsobuje bolest ve svalech při cvičení a trochu později.

Alkoholická fermentace vyznačující se tím, že se jako konečný produkt tvoří ethylalkohol. Vyskytuje se s pomocí mikroorganismů - kvasinek. A hraje klíčovou roli při vaření, protože kromě hlavního produktu během alkoholové fermentace glukózy uvolní oxid uhličitý (to vysvětluje loft kynutého těsta).

Fermentace citronových kyselin nastává, jak není těžké odhadnout, při tvorbě kyseliny citronové. Vyskytuje se pod vlivem určitého druhu hub a je součástí cyklus Krebs, který zajišťuje dýchání všech buněk našeho těla.

Aceton-butylová fermentace je velmi podobná kyselině máselné. Výsledkem je kyselina olejová, butyl a ethylalkoholy, aceton a oxid uhličitý. Při fermentaci kyselinou olejovou vzniká pouze kyselina a oxid uhličitý odpovídající jménu.

Nyní se podrobněji podíváme na všechny typy a začneme nejzákladnějším alkoholovým kvašením glukózy. Všechny reakce a nuance jejich průběhu budou detailně analyzovány.

Alkoholická fermentace

Řekněme trochu víc o fermentaci glukózy, jejíž rovnice je: C_6.H_12.O_6. = 2C₂H₅OH + 2CO₂. Co se z této reakce můžete naučit? Máme dva produkty: ethylalkohol a oxid uhličitý. Kvůli tomu jsme pozorovali opuch testu kvasinek. A kvůli prvnímu, máme příležitost získat nezapomenutelnou chuť vína a vinných nápojů. Ale ve skutečnosti je to jen zjednodušená rovnice. Úplná reakce fermentace glukózy je obtížnější, a tak si ji trochu hlouběji.

Existuje takový proces, jako je glykolýza. Doslovně je jeho název přeložen jako "štěpný cukr". Objevuje se v těle a jeho vedlejším produktem je kyselina pyrohroznová, a hlavní - kyselina adenosintrifosforečná (ATP), která se během této reakce vytvoří z jiné sloučeniny. Dá se říci, že ATP je nositelem energie v těle, a ve skutečnosti glykolýza je poskytnout naše tělo s energií.

Tento proces jsme se marně nedotkli. Ve skutečnosti je fermentace velmi podobná glykolýze, protože první stupeň je pro ně naprosto stejný. Lze dokonce říci, že reakce alkoholové fermentace glukózy je pokračováním glykolýzy. Vzniklý v průběhu posledního pyruvátu (ionty kyseliny pyrohroznové) se převede na acetaldehyd (CH₃-C (O) H), s uvolňováním oxidu uhličitého jako vedlejšího produktu. Poté se výsledný produkt redukuje koenzymem NADH obsaženým v bakteriích. Snížení vede k tvorbě ethylalkoholu.

Takže reakce fermentace glukózy na ethanol je následující:

1) C_6.H_12.O_6. = 2 С₃H₄O₃ + 4 H⁺

2) C₃H₄O₃ = CH₃-COH + CO₂

3) CH₃-COH + NADH + H⁺ = C₂H₅OH + NAD⁺

NADH slouží jako reakční katalyzátor a ion NAD⁺ hraje klíčovou roli v počátečním stádiu glykolýzy a na konci alkoholové fermentace se vrací do procesu.

Přejdeme k další variantě typu vyšetřovaných typů reakcí.

Fermentace glukózy s kyselinou mléčnou

Z alkoholu se tento druh liší tím, že se nevyskytuje pod vlivem kvasinek, ale s pomocí bakterií mléčného kvašení. Proto máme zcela odlišné produkty. Fermentace mléčné kyseliny se vyskytuje také v našich svalech při vysokém zatížení a nedostatku kyslíku.

Existují dva typy tohoto procesu. První je homofermentační fermentace. Pokud jste někdy slyšeli předponu "homo", jistě pochopíte, co to znamená. Homofermentativní fermentace je proces zahrnující jeden enzym. V prvním stupni probíhá glykolýza a vzniká kyselina pyrohroznová. Poté vzniklý pyruvát (v roztoku, tato kyselina může existovat pouze jako ionty) se hydrogenuje NADH⁺H a laktát. Redukce produktu je kyselina mléčná, což představuje asi 90% z výsledných produktů v průběhu reakce. Tato sloučenina však může být také vytvořena jako dva různé izomery: D a L. Tyto typy se liší v tom, že to jsou zrcadlové obrazy jeden druhého, a proto mají různé účinky na náš organismus. To, izomer bude vytvořena tak, aby ve větší míře, určuje strukturu laktátdehydrogenázy.

Přejdeme k druhému typu mléčné fermentace - heterofermentativní. Několik enzymů se účastní tohoto procesu, a to jde po složitější cestě. Z tohoto důvodu vzniká během reakce více různých produktů: kromě kyseliny mléčné se nachází kyselina octová a ethylalkohol.

Takže jsme zkoumali mléčnou fermentaci. Jedná se o proces, kterým můžeme vychutnat chuť tvarohu, jogurtu, ryazenky a kefír. Celkově shrnujeme a zapisujeme reakci mléčné fermentace glukózy: C_6.H_12.O_6. = 2 ° C₃H_6.O₃ . Samozřejmě je to zjednodušený schéma procesu homofermentační fermentace, protože i schéma heteroenzymatického procesu bude velmi komplikované. Lékárníci stále studují mléčnou fermentaci glukózy a zjišťují její plné mechanismy, takže stále máme hodně úsilí.

Citronová fermentace

Reakce tohoto typu fermentace se vyskytují, jako u alkoholu, pod vlivem hub určitého kmene. Úplný mechanismus této reakce ještě nebyl plně pochopen a můžeme se spoléhat jen na některé zjednodušení. Existují však návrhy, že počáteční fází procesu je glykolýza. Poté se kyselina pyrohroznová střídá na různé kyseliny a přichází k citrónu. V důsledku takového mechanismu se v reakčním médiu hromadí další kyseliny - produkty neúplné oxidace glukózy.

Tento proces se objevuje pod vlivem kyslíku a obecně se může psát jako následující rovnice: 2C_6.H_12.O_6. +3O₂ = 2C_6.H_8.O_7. + 4H₂A. Předtím, než byl tento druh fermentace objeven, lidé extrahovali kyselinu citronovou výhradně stisknutím plodů odpovídajícího stromu. Nicméně, v této kyselina citrónová nejvýše 15%, avšak tato metoda se ukázala jako nepraktická, a po otevření reakce začala dostávat všechny kyselou fermentace.

Olejová fermentace

Pokračujte k dalšímu typu. Tento typ fermentace nastává při působení bakterií s kyselinou máselnou. Jsou rozšířené a proces, který způsobují, hraje klíčovou roli v biologicky důležitých cyklech. S pomocí těchto bakterií dochází k rozkladu mrtvých organismů. Olejovitá kyselina, vytvořená během reakcí, přitahuje vůni losů.

Tento typ fermentace se používá v průmyslu. Jak můžete hádat, mají mastnou kyselinu. Její estery jsou široce používány v parfumerii a mají příjemnou vůni, na rozdíl od ní samotné. Fermentace ropy však není vždy přínosná. Může poškodit zeleninu, konzervy, mléko a jiné produkty. To se však může stát, pokud se do produktu dostanou pouze bakterie oleje.

Podívejme se na mechanismus fermentace glukosového oleje. Jeho reakce vypadá takto: C_6.H_12.O_6. → CH₃CH₂CH₂COOH + 2CO₂m / z + 2H₂. Výsledkem je i tvorba energie, která zajišťuje životnost olejnatých bakterií.

Aceton-butylová fermentace

Tento typ je velmi podobný kyselině máselné. Putování tímto způsobem může nejen glukóza, ale také glycerol a kyselinu pyrohroznovou. Tento proces lze rozdělit na dvě fáze: první (někdy nazývaná kyselá) je vlastně fermentace kyseliny olejové. Kromě oleje se však uvolňuje kyselina octová. Tímto způsobem dostaneme produkty z fermentace glukózy, které jdou do druhého stupně (atsetonobutilovuyu). Protože celý tento proces probíhá i pod vlivem bakterií, pak se okyselení prostředí (zvýšení koncentrace kyseliny) je rozdělení specifických enzymů bakterií. Vyvolávají reakci pro přeměnu fermentačních produktů glukózy na n-butanol (butylalkohol) a aceton. Kromě toho může být vytvořeno určité množství ethanolu.

Jiné druhy fermentace

Kromě těchto pěti typů tohoto procesu existuje i několik dalších. Například je to acetické fermentace. Objevuje se také při působení mnoha bakterií. Tento typ fermentace může být užitečný při moření. Chrání jídlo proti patogenům a nebezpečným bakteriím. Rovněž se rozlišuje alkalické nebo metanové fermentace. Na rozdíl od předchozích typů lze tento typ fermentace provádět pro většinu organických sloučenin. V důsledku velkého počtu složitých reakcí jsou organické látky rozděleny na metan, vodík a oxid uhličitý.

Biologická role

Fermentace je nejstarší metodou získávání energie živými organismy. Některá stvoření produkují organické látky, mimochodem dostávají energii, zatímco jiné zničí tyto látky a zároveň dostávají energii. Celý náš život je postaven na tomto. A v každém z nás probíhá fermentace v jedné nebo jiné formě. Jak jsme uvedli výše, mléčná fermentace se vyskytuje ve svalech s intenzivním tréninkem.

Co jiného číst?

Pokud máte zájem o biochemii tohoto velmi zajímavého procesu, stojí za to začít se školními učebnicemi o chemii a biologii. V mnoha univerzitních učebnicích je prezentován tak podrobný materiál, že po jejich přečtení se můžete stát jen odborníkem v této oblasti.

Závěr

Tak jsme skončili. Rozložili jsme všechny typy fermentace glukózy a obecné zásady těchto procesů, které hrají velmi důležitou roli jak ve fungování živých organismů, tak v našem průmyslu. Je možné, že v budoucnu otevíráme několik dalších typů tohoto starodávného procesu a dozvíme se, jak je využívat ve prospěch sami, stejně jako u těch, které jsou již známy.