Reakcia na fermentáciu glukózy. Typy, význam a produkt kvasenia

Fermentácia glukózy je jednou z hlavných reakciís ktorými je možné pripraviť alkoholické nápoje. Môže sa vykonávať rôznymi spôsobmi, z ktorých každá tvorí jednotlivé produkty. Tento proces zohráva kľúčovú úlohu v mnohých oblastiach nášho života, od varenia a varenia vodky až po reakcie, ktoré sa odohrávajú v našom tele.

príbeh

Proces fermentácie glukózy a iných cukrovdokonca aj starí ľudia to používali. Jedli trochu jedla. Táto potravina bola bezpečnejšia, pretože obsahovala alkohol, v ktorom boli zabité mnohé škodlivé baktérie. V starovekom Egypte a Babylone ľudia už vedeli, ako fermentovať veľa nápojov obsahujúcich cukor a mlieka. Keď sa ľudia koncom 18. storočia podarilo lepšie študovať tento proces, jeho typy a možnosti na zlepšenie, také priemyselné odvetvia ako kvass, varenie a víno-vodka rástli veľmi kvalitatívne.

Druhy fermentácie

Je to zvláštne, ale tento proces je iný. Rozlišujeme typy fermentácie glukózy v konečných výrobkoch. Existuje teda kyselina mliečna, alkohol, kyselina citrónová, acetón, kyselina maslová a niekoľko ďalších. Rozprávajme sa trochu o každom druhu zvlášť. Fermentácia kyseliny mliečnej glukózy je hlavným procesom pri príprave produktov, ako je kysnuté mlieko, kyslá smotana, kefír, tvaroh. Používa sa aj na konzervovanie zeleniny a vykonáva kľúčovú funkciu v našom tele: v podmienkach nedostatku kyslíka sa glukóza mení na konečný produkt - kyselina mliečna, ktorá spôsobuje bolesť svalov v čase tréningu a trochu po ňom.

Alkoholová fermentácia sa líši v tom, že ako akonečný výrobok vyrába etylalkohol. Vyskytuje sa pomocou mikroorganizmov - kvasiniek. A zohráva kľúčovú úlohu vo varení, pretože okrem hlavného produktu alkoholové kvasenie glukózy uvoľňuje oxid uhličitý (čo vysvetľuje kvapkanie kvasinkového testu).

Fermentácia citrónovej kyseliny sa vyskytuje tak, ako je to jednoduchéhádajte, s tvorbou kyseliny citrónovej. Vyskytuje sa pod vplyvom určitého typu húb a je súčasťou Krebsovho cyklu, ktorý zabezpečuje dýchanie všetkých buniek v našom tele.

Aceton-butylová fermentácia je veľmi podobnákyseliny maslovej. Výsledkom je tvorba kyseliny olejovej, butylových a etylalkoholov, acetónu a oxidu uhličitého. Pri fermentácii olejovou kyselinou sa tvorí len kyselina a oxid uhličitý zodpovedajúce tomuto názvu.

Teraz sa pozrieme na všetky typy podrobnejšie a začneme s najzákladnejšou - alkoholovou fermentáciou glukózy. Všetky reakcie a nuansy ich priebehu budú podrobne analyzované.

Alkoholické kvasenie

Povedzme trochu viac o fermentácii glukózy, ktorej rovnica je: C₆H₁₂ach₆ = 2C₂H₅OH + 2CO₂, Čo sa z tejto reakcie môžete naučiť? Máme dva produkty: etylalkohol a oxid uhličitý. Kvôli tomu dochádza k opuchu kvasinkových testov. A kvôli prvej máme príležitosť získať nezabudnuteľnú chuť vína a vínnych nápojov. Ale v skutočnosti je to len zjednodušená rovnica. Úplná reakcia na fermentáciu glukózy je zložitejšia, takže si ju ešte trochu hlbšie.

Existuje taký proces, akým je glykolýza. Doslovne sa jeho názov prekladá ako "štiepací cukor". Vyskytuje sa v tele a jej vedľajším produktom je kyselina pyrohroznová a hlavnou je kyselina adenozín-trifosforečná (ATP), ktorá vzniká počas tejto reakcie z inej zlúčeniny. Možno povedať, že ATP je nosičom energie v tele a v skutočnosti glykolýza slúži na to, aby naše telo získalo energiu.

Tento proces sa nedotkla márne. V skutočnosti je fermentácia veľmi podobná glykolýze, pretože prvá etapa je pre nich rovnaká. Možno dokonca povedať, že reakcia alkoholovej fermentácie glukózy je pokračovaním glykolýzy. Vzniknutý v priebehu posledného pyruvátu (ión kyseliny pyrohroznovej) sa premení na acetaldehyd (CH₃-C (O) H) s izoláciou ako vedľajším produktomprodukt oxidu uhličitého. Potom sa výsledný produkt redukuje koenzýmom NADH obsiahnutým v baktériách. Redukcia vedie k tvorbe etylalkoholu.

Reakcia fermentácie glukózy na etanol je teda nasledovná:

1) C₆H₁₂O₆ = 2 С₃H₄O₃ + 4 H⁺

2) C₃H₄O₃ = CH₃-COH + CO₂

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

NADH slúži ako katalyzátor reakcie a ión NAD⁺ hrá kľúčovú úlohu v počiatočnom štádiu glykolýzy a na konci alkoholového kvasenia sa vracia do procesu.

Presuňme sa na ďalšiu rôznorodosť typu skúmaných reakcií.

Kvasenie glukózy mliečnou kyselinou

Z alkoholu sa tento druh líšisa nevyskytuje pod vplyvom kvasiniek, ale s pomocou baktérií mliečneho kvasenia. Preto máme úplne iné produkty. Fermentácia mliečnej kyseliny sa vyskytuje aj v našich svaloch pri vysokom zaťažení a nedostatku kyslíka.

Existujú dva typy tohto procesu. Prvá je homofermentatívna fermentácia. Ak ste niekedy počuli predponu "homo", potom určite pochopíte, čo to znamená. Homofermentatívna fermentácia je proces zahŕňajúci jeden enzým. V prvej fáze prebieha glykolýza a vzniká kyselina pyrohroznová. Potom vzniknutý pyruvát (v roztoku, táto kyselina môže existovať len ako ióny) sa hydrogenuje NADH⁺H a laktátdehydrogenáza. Výsledkom redukcie je kyselina mliečna, čo je asi 90% všetkých produktov získaných počas reakcie. Táto zlúčenina však môže byť tiež vytvorená vo forme dvoch rôznych izomérov: D a L. Tieto typy sa líšia tým, že sú zrkadlovými odrazmi navzájom a preto odlišne ovplyvňujú naše telo. Aký izomér bude tvoriť vo väčšej miere určuje štruktúru laktátdehydrogenázy.

Prejdime k druhému typu mliečnej fermentácie- heterofermentatívne. Niekoľko enzýmov sa podieľa na tomto procese a ide o komplexnejšiu cestu. Z tohto dôvodu sa počas reakcie vytvára viac rôznych produktov: okrem kyseliny mliečnej sa tu nachádza kyselina octová a etylalkohol.

Preto sme skúmali mliečnu fermentáciu. To je proces, pri ktorom sa môžeme tešiť chuť tvaroh, jogurt, zakysané mlieko a jogurt. Pre zhrnutie a zapísané vo všeobecnej forme reakcie fermentácie kyseliny mliečnej glukózy: C₆H₁₂O₆ = 2 ° C₃H₆O₃ , Samozrejme, toto je zjednodušená schéma tohto procesuhomofermentatívna fermentácia, pretože aj schéma heteroenzymatického procesu bude veľmi komplikovaná. Lekári ešte stále študujú mliečne kvasenie glukózy a zisťujú jej plné mechanizmy, takže stále máme veľa úsilia.

Citrónovo fermentovaná fermentácia

Reakcie tohto typu fermentácie sa vyskytujú, ako valkohol, pod vplyvom húb určitého druhu. Úplný mechanizmus tejto reakcie ešte nebol úplne pochopený a môžeme sa spoliehať len na niektoré zjednodušenia. Existujú však návrhy, že počiatočným štádiom procesu je glykolýza. Potom sa kyselina pyrohroznová mení na rôzne kyseliny a prichádza do citrónu. Vďaka takémuto mechanizmu sa v reakčnom médiu hromadia aj iné produkty kyseliny neúplnej oxidácie glukózy.

Tento proces sa vyskytuje pod vplyvom kyslíka a vo všeobecnosti môže byť napísaný ako nasledujúca rovnica: 2C₆H₁₂O₆ + 3O₂ = 2C₆H₈ach₇ + 4H₂O. Predtým, než tento typ fermentácie sa otvorili ľudia ťažil stlačiť výhradne kyselina citrónová zodpovedajúce ovocie zo stromu. Avšak, v tejto kyselina citrónová najviac 15%, avšak táto metóda sa ukázala ako nepraktická, a po otvorení reakcie začala dostávať všetky kyslú fermentácie.

Olejové kvasenie

Prejdite na ďalší typ. Tento typ fermentácie sa vyskytuje pri pôsobení baktérií kyseliny maslovej. Sú rozsiahle a proces, ktorý spôsobujú, zohráva kľúčovú úlohu v biologicky dôležitých cykloch. Pomocou týchto baktérií dochádza k rozkladu mŕtvych organizmov. Olejovitá kyselina, vzniknutá počas reakcií, priťahuje vôňu močiarov.

Tento typ fermentácie sa používa v priemysle. Ako by ste mohli uhádnuť, získavajú mastnú kyselinu. Jej estery sú široko používané v parfumériách a majú príjemnú vôňu, na rozdiel od nej samotnej. Fermentácia ropy nie je však vždy prospešná. Môže spôsobiť poškodenie zeleniny, konzervovaného tovaru, mlieka a iných výrobkov. To sa však môže stať, ak do produktu vniknú iba baktérie s olejom.

Analyzujme mechanizmus fermentácie glukózového oleja. Jeho reakcia vyzerá takto:₆H₁₂O₆ → CH₃CH₂CH₂COOH + 2CO₂↑ + 2H₂, V dôsledku toho vzniká aj energia, ktorá zabezpečuje životnú aktivitu olejnatých baktérií.

Aceton-butylová fermentácia

Tento typ je veľmi podobný kyseline maslovej. Putovanie týmto spôsobom môže nielen glukóza, ale aj glycerol a kyselina pyrohroznová. Tento proces možno rozdeliť na dve etapy: prvý (niekedy nazývaný kyslý) je vlastne fermentácia kyseliny olejovej. Okrem oleja sa však uvoľňuje aj kyselina octová. Ako výsledok fermentácie glukózy týmto spôsobom získavame výrobky, ktoré idú do druhého stupňa (acetonobutyl). Keďže celý proces sa tiež vyskytuje pri pôsobení baktérií, okyslenie média (zvýšenie koncentrácie kyselín) vedie k uvoľňovaniu špeciálnych enzýmov baktériami. Vyvolávajú reakciu na konverziu produktov na fermentáciu glukózy na n-butanol (butylalkohol) a acetón. Okrem toho sa môže vytvoriť určité množstvo etanolu.

Iné druhy fermentácie

Okrem týchto piatich typov tohto procesu,existuje niekoľko ďalších. Napríklad ide o octovú fermentáciu. Vyskytuje sa aj pri pôsobení mnohých baktérií. Tento typ fermentácie môže byť použitý na užitočné účely pri morení. Chráni potraviny pred patogénmi a nebezpečnými baktériami. Rovnako sa rozlišuje alkalické alebo metánové kvasenie. Na rozdiel od predchádzajúcich typov sa tento typ fermentácie môže vykonávať pre väčšinu organických zlúčenín. Výsledkom veľkého počtu komplexných reakcií sú organické látky rozdelené na metán, vodík a oxid uhličitý.

Biologická úloha

Fermentácia je najstaršou metódou extrakcie energieživých organizmov. Niektoré bytosti produkujú organické látky, mimochodom dostávajú energiu, zatiaľ čo iné zničia tieto látky a zároveň dostávajú energiu. Celý náš život je postavený na tomto. A v každom z nás sa vyrába kvasenie v jednej alebo inej forme. Ako sme uviedli vyššie, mliečne kvasenie sa vyskytuje vo svaloch s intenzívnym tréningom.

Čo ešte čítať?

Ak máte záujem o túto biochémiuzaujímavým procesom, stojí za to začať školskými učebnicami o chémií a biológii. V mnohých učebniciach vysokých škôl je prezentovaný taký podrobný materiál, že po ich prečítaní sa môžete stať len odborníkom v tejto oblasti.

záver

Tak sme skončili. Rozobrali sme všetky typy fermentácie glukózy a všeobecné princípy týchto procesov, ktoré zohrávajú veľmi dôležitú úlohu ako vo fungovaní živých organizmov, tak v našom priemysle. Je možné, že v budúcnosti otvoríme niekoľko ďalších typov tohto starodávneho procesu a naučíme sa, ako ich využívať v prospech nás samých, rovnako ako s tými, ktoré sú už známe.