Die Glukosevergärung ist eine der Hauptreaktionen, durch die die Herstellung von alkoholischen Getränken möglich ist. Sie kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden, wobei jeweils einzelne Produkte entstehen. Dieser Prozess spielt in vielen Bereichen unseres Lebens eine Schlüsselrolle, vom Kochen und Herstellen von Wein- und Wodkaprodukten bis hin zu den Reaktionen, die in unserem Körper stattfinden.
Geschichte
Der Prozess der Fermentation von Glukose und anderen Zuckern wurde von alten Menschen verwendet. Sie aßen leicht fermentierte Nahrung. Solche Lebensmittel waren sicherer, da sie Alkohol enthielten, in dem viele schädliche Bakterien starben. Bereits im alten Ägypten und in Babylon wussten die Menschen, wie man viele zuckerh altige Getränke und Milch fermentiert. Als es den Menschen am Ende des 18. Jahrhunderts gelang, diesen Prozess, seine Arten und Verbesserungsmöglichkeiten besser zu studieren, wuchsen solche Industrien wie Kwas, Brauen und Wein-Wodka sehr qualitativ.
Gärarten
Seltsamerweise ist dieser Prozess anders. Und es gibt Arten der Glucosefermentation von Endprodukten. So gibt es Milchsäure, Alkohol, Zitronensäure, Aceton, Buttersäure und einige andere. Lassen Sie uns ein wenig über jede Art von sprechenseparat. Die Milchsäuregärung von Glukose ist der Hauptprozess bei der Herstellung von Produkten wie Joghurt, Sauerrahm, Kefir und Hüttenkäse. Es wird auch zur Konservierung von Gemüse verwendet und erfüllt eine Schlüsselfunktion in unserem Körper: Bei Sauerstoffmangel wird Glukose in das Endprodukt Milchsäure umgewandelt, die Muskelschmerzen während und nach dem Training verursacht.
Die alkoholische Gärung unterscheidet sich darin, dass als Endprodukt Ethylalkohol entsteht. Es geschieht mit Hilfe von Mikroorganismen - Hefe. Und beim Kochen spielt sie eine zentrale Rolle, da neben dem Hauptprodukt bei der alkoholischen Gärung von Glucose Kohlendioxid freigesetzt wird (daher die Pracht des Hefeteigs).
Zitronensäuregärung findet, wie Sie sich denken können, mit der Bildung von Zitronensäure statt. Es tritt unter dem Einfluss einer bestimmten Pilzart auf und ist Teil des Krebszyklus, der die Atmung aller Zellen in unserem Körper sicherstellt.
Aceton-Butyl-Fermentation ist der Buttersäure-Fermentation sehr ähnlich. Dabei entstehen Buttersäure, Butyl- und Ethylalkohol, Aceton und Kohlendioxid. Bei der Buttergärung entstehen nur die namensgebende Säure und Kohlendioxid.
Jetzt werden wir uns alle Typen genauer ansehen, aber beginnen wir mit dem grundlegendsten - der alkoholischen Gärung von Glukose. Alle Reaktionen und die Nuancen ihres Verlaufs werden detailliert analysiert.
Alkoholgärung
Lassen Sie uns ein wenig mehr über die Fermentation von Glukose erzählen, deren Gleichung lautet:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Was kann man aus dieser Reaktion lernen? Wir haben zwei Produkte: Ethylalkohol und Kohlendioxid. Aufgrund letzterer beobachten wir das Aufquellen des Hefeteigs. Und aufgrund des ersten haben wir die Möglichkeit, einen unvergesslichen Geschmack von Wein und Weingetränken zu bekommen. Aber in Wirklichkeit ist dies nur eine vereinfachte Gleichung. Die vollständige Glucose-Fermentationsreaktion ist komplizierter, also brechen wir sie ein wenig auf.
Es gibt einen Prozess wie die Glykolyse. Wörtlich übersetzt bedeutet der Name „Zuckersp altung“. Es kommt im Körper vor und sein Nebenprodukt ist Brenztraubensäure, und das Hauptprodukt ist Adenosintriphosphat (ATP), das während dieser Reaktion aus einer anderen Verbindung gebildet wird. Wir können sagen, dass ATP der Energieträger im Körper ist, und tatsächlich dient die Glykolyse dazu, unseren Körper mit Energie zu versorgen.
Wir haben diesen Prozess aus einem bestimmten Grund angesprochen. Tatsächlich ist die Fermentation der Glykolyse sehr ähnlich, da die erste Stufe für sie genau gleich ist. Man kann sogar sagen, dass die alkoholische Gärung von Glucose eine Fortsetzung der Glykolyse ist. Das dabei entstehende Pyruvat (Brenztraubensäure-Ion) wird unter Freisetzung von Kohlendioxid als Nebenprodukt in Acetaldehyd (CH3-C(O)H) umgewandelt. Danach wird das entstehende Produkt durch das in den Bakterien enth altene Coenzym NADH reduziert. Reduktion führt zur Bildung von Ethylalkohol.
Die Fermentationsreaktion von Glucose zu Ethylalkohol sieht also so aus:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH dient als Katalysator für die Reaktion, und das NAD-Ion+spielt eine Schlüsselrolle im frühen Stadium der Glykolyse und entsteht am Ende der alkoholischen Gärung, kehrt zum Prozess zurück.
Lassen Sie uns zum nächsten untersuchten Reaktionstyp übergehen.
Milchsäuregärung von Glukose
Diese Spezies unterscheidet sich von Alkohol dadurch, dass sie nicht unter dem Einfluss von Hefen, sondern mit Hilfe von Milchsäurebakterien entsteht. Daher haben wir ganz unterschiedliche Produkte. Die Milchsäuregärung findet auch in unseren Muskeln statt, wenn wir hart arbeiten und Sauerstoffmangel herrscht.
Es gibt zwei Arten dieses Prozesses. Die erste ist die homofermentative Fermentation. Wenn Sie schon einmal die Vorsilbe „homo“gehört haben, wissen Sie wahrscheinlich, was sie bedeutet. Homofermentative Fermentation ist ein Prozess, an dem ein einzelnes Enzym beteiligt ist. In der ersten Stufe findet Glykolyse statt und es entsteht Brenztraubensäure. Anschließend wird das entstandene Pyruvat (in Lösung kann diese Säure nur in Form von Ionen vorliegen) einer Hydrierung mit NADH+H und Lactatdehydrogenase unterzogen. Das Reduktionsprodukt ist daher Milchsäure, die etwa 90 % aller bei der Reaktion erh altenen Produkte ausmacht. Diese Verbindung kann aber auch zu zweit gebildet werdenverschiedene Isomere: D und L. Diese Typen unterscheiden sich dadurch, dass sie Spiegelbilder voneinander sind und sich daher auf unterschiedliche Weise auf unseren Körper auswirken. Welches Isomer in größerem Umfang gebildet wird, bestimmt die Struktur der Laktatdehydrogenase.
Kommen wir zur zweiten Art der Milchsäuregärung - heterofermentativ. Dieser Prozess umfasst mehrere Enzyme und folgt einem komplexeren Weg. Dadurch entstehen bei der Reaktion weitere unterschiedliche Produkte: Neben Milchsäure findet man dort Essigsäure und Ethylalkohol.
Also haben wir die Milchsäuregärung in Erwägung gezogen. Dies ist der Prozess, durch den wir den Geschmack von Hüttenkäse, Sauermilch, fermentierter Backmilch und Kefir genießen können. Fassen wir die allgemeine Reaktion der Milchsäuregärung von Glukose zusammen und schreiben sie auf: C6H12O6=2 C 3H6O3. Natürlich ist dies ein vereinfachtes Diagramm des Prozesses der homofermentativen Fermentation, da selbst das Diagramm eines heterofermentativen Fermentationsprozesses sehr komplex sein wird. Chemiker untersuchen immer noch die Milchsäurefermentation von Glukose und klären ihre vollständigen Mechanismen auf, sodass noch Raum für Verbesserungen besteht.
Zitronensäuregärung
Reaktionen dieser Art der Fermentation finden, wie beim Alkohol, unter der Wirkung von Pilzen einer bestimmten Sorte statt. Der vollständige Mechanismus dieser Reaktion ist noch nicht vollständig verstanden, und wir können uns nur auf einige Vereinfachungen verlassen. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass die Anfangsphase des Prozesses die Glykolyse ist. Dann wird Brenztraubensäure umgewandeltverwandelt sich in verschiedene Säuren und kommt zu Zitronensäure. Aufgrund dieses Mechanismus reichern sich andere Säuren im Reaktionsmedium an - Produkte einer unvollständigen Oxidation von Glucose.
Dieser Prozess findet unter dem Einfluss von Sauerstoff statt und kann allgemein als folgende Gleichung geschrieben werden: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Bevor diese Art der Fermentation entdeckt wurde, gewannen die Menschen Zitronensäure ausschließlich durch Pressen der Früchte des entsprechenden Baumes. Diese Säure macht jedoch in Zitrone nicht mehr als 15 % aus, daher stellte sich diese Methode als unpraktisch heraus, und nach der Entdeckung dieser Reaktion begann man, die gesamte Säure durch Fermentation zu gewinnen.
Buttersäuregärung
Lassen Sie uns zum nächsten Typ übergehen. Diese Art der Fermentation findet unter der Wirkung von Buttersäurebakterien statt. Sie sind weit verbreitet und der Prozess, den sie verursachen, spielt eine Schlüsselrolle in biologisch wichtigen Kreisläufen. Mit Hilfe dieser Bakterien erfolgt die Zersetzung abgestorbener Organismen. Die bei den Reaktionen entstehende Buttersäure lockt mit ihrem Geruch Aasfresser an.
Diese Art der Fermentation wird in der Industrie eingesetzt. Wie Sie sich vorstellen können, erh alten sie Buttersäure. Seine Ester werden häufig in der Parfümerie verwendet und haben im Gegensatz zu sich selbst einen angenehmen Geruch. Buttersäuregärung ist jedoch nicht immer vorteilhaft. Es kann Gemüse, Konserven, Milch und andere Produkte verderben. Dies kann aber nur passieren, wenn Buttersäurebakterien in das Produkt gelangt sind.
Lassen Sie uns den Mechanismus von Buttersäure analysierenFermentation von Glukose. Seine Reaktion sieht so aus: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Dadurch wird auch Energie erzeugt, die die lebenswichtige Aktivität der Buttersäurebakterien sicherstellt.
Aceton-Butyl-Fermentation
Dieser Typ ist Buttersäure sehr ähnlich. Nicht nur Glukose, sondern auch Glycerin und Brenztraubensäure können auf diese Weise fermentieren. Dieser Prozess kann in zwei Phasen unterteilt werden: Die erste (manchmal als sauer bezeichnet) ist eigentlich die Butterfermentation. Neben Buttersäure wird jedoch auch Essigsäure freigesetzt. Als Ergebnis der Glucosefermentation auf diese Weise erh alten wir Produkte, die in die zweite Stufe (Acetonobutyl) gehen. Da dieser ganze Vorgang auch unter Einwirkung von Bakterien abläuft, werden beim Ansäuern des Mediums (Säurekonzentrationserhöhung) spezielle Enzyme von Bakterien freigesetzt. Sie induzieren die Umwandlung von Glucose-Fermentationsprodukten in n-Butanol (Butylalkohol) und Aceton. Außerdem kann etwas Ethanol produziert werden.
Andere Gärungsarten
Zusätzlich zu den fünf aufgeführten Arten dieses Prozesses gibt es noch einige weitere. Dies ist zum Beispiel die Essiggärung. Es tritt auch unter der Wirkung vieler Bakterien auf. Diese Art der Fermentation kann beim Pökeln sinnvoll eingesetzt werden. Es schützt Lebensmittel vor pathogenen und gefährlichen Bakterien. Es gibt auch alkalische oder Methangärung. Im Gegensatz zu den vorherigen Typen ist dieser TypFermentation kann für die meisten organischen Verbindungen durchgeführt werden. Durch eine Vielzahl komplexer Reaktionen werden organische Stoffe in Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid gesp alten.
Biologische Rolle
Fermentation ist die älteste Art der Energiegewinnung durch lebende Organismen. Einige Kreaturen produzieren organische Substanzen und erh alten dabei Energie, während andere diese Substanzen zerstören und dabei auch Energie erh alten. Unser ganzes Leben ist darauf aufgebaut. Und in jedem von uns findet Gärung in der einen oder anderen Form statt. Wie wir oben gesagt haben, findet während des intensiven Trainings eine Milchsäuregärung in den Muskeln statt.
Was gibt es sonst noch zu lesen?
Wer sich für die Biochemie dieses sehr interessanten Prozesses interessiert, sollte mit Schulbüchern in Chemie und Biologie beginnen. Viele Universitätslehrbücher sind so detailliert, dass man nach der Lektüre zum Experten auf diesem Gebiet werden kann.
Schlussfolgerung
Hier kommen wir zum Ende. Wir haben alle Arten der Glucosefermentation und die allgemeinen Prinzipien dieser Prozesse analysiert, die sowohl für das Funktionieren lebender Organismen als auch in unserer Industrie eine sehr wichtige Rolle spielen. Es ist möglich, dass wir in Zukunft mehrere weitere Arten dieses alten Prozesses entdecken und lernen, sie zu unserem Vorteil zu nutzen, wie wir es mit den uns bereits bekannten getan haben.
