Глюкозна ферментационна реакция. Видове, значимост и продукт на ферментацията

Глюкозната ферментация е една от основните реакции, чрез които е възможно да се приготвят алкохолни напитки. Тя може да се извърши по различни начини, във всеки от които се формират отделни продукти. Този процес играе ключова роля в много сектори от нашия живот, от готвене и готвене на водка до реакциите, които се случват в нашето тяло.

история

Процесът на ферментация на глюкоза и други захари е бил използван от древните хора. Те ядоха малко храна. Тази храна е по-безопасна, защото съдържа алкохол, в чиято среда са убити много вредни бактерии. В древния Египет и Вавилон хората вече знаеха как да ферментират много от напитките и млякото, съдържащи захар. Когато хората в края на 18-ти век успяха да изучат по-добре този процес, неговите видове и възможности за подобрение, такива отрасли като квас, пивоварство и вино-водка нараснаха много качествено.

Видове ферментация

Странно, но този процес е различен. Разграничават се видовете ферментация на глюкозата в крайните продукти. По този начин има млечна киселина, алкохол, лимонена киселина, ацетон, маслена киселина и няколко други. Нека поговорим малко за всеки вид поотделно. Млечна ферментация глюкоза - основният процес при приготвянето на продукти като заквасено мляко, заквасена сметана, кефир, извара. Тя се използва и за запазване на зеленчуци и изпълнява ключова функция в тялото: в условията на липса на кислород, глюкоза се превръща в крайния продукт - млечна киселина, което причинява болка в мускулите по време на физически упражнения и малко след това.

Алкохолна ферментация се характеризира с това, че като краен продукт се образува етилов алкохол. Тя се случва с помощта на микроорганизми - мая. И играе ключова роля в готвенето, тъй като в допълнение към основния продукт, алкохолната ферментация на глюкозата отделя въглероден диоксид (това обяснява пухкавостта на теста за дрожди).

Ферментацията на лимоновата киселина възниква, както не е трудно да се отгатне, с образуването на лимонена киселина. Той се среща под влияние на определен тип гъби и е част от цикъл Кребс, който осигурява дишането на всички клетки на тялото ни.

Ацетон-бутилната ферментация е много подобна на маслената киселина. В резултат на това той образува олеинова киселина, бутил и етил алкохоли, ацетон и въглероден диоксид. При ферментация с маслена киселина се формират само киселината и въглеродният диоксид, съответстващи на името.

Сега ще разгледаме всички видове по-подробно и ще започнем с най-основната - алкохолната ферментация на глюкозата. Всички реакции и нюанси на курса им ще бъдат анализирани подробно.

Алкохолна ферментация

Нека да кажем малко повече за глюкозната ферментация, чието уравнение е: C₆Н₁₂ох₆ = 2 ° С₂Н₅OH + 2CO₂. Какво можете да научите от тази реакция? Имаме два продукта: етилов алкохол и въглероден диоксид. Поради това, наблюдаваме отока на теста за дрожди. И заради първото, ние имаме възможност да получите незабравим вкус на вино и винени напитки. Но всъщност това е просто опростено уравнение. Пълната реакция на глюкозната ферментация е по-трудна, така че нека я вземем малко по-дълбоко.

Има такъв процес като гликолизата. Буквално името му се превежда като "разцепваща захар". Налице е в тялото и неговият страничен продукт е пирогроздена киселина, и основната - аденозин трифосфорна киселина (АТР), която се образува по време на тази реакция от друго съединение. Може да се каже, че АТР е носител на енергия в организма и в действителност гликолизата служи за осигуряване на нашето тяло с енергия.

Ние не напразно се докосвахме до този процес. Всъщност, ферментацията е много подобна на гликолизата, тъй като първият етап е точно същият за тях. Дори може да се каже, че реакцията на алкохолната ферментация на глюкозата е продължение на гликолизата. Образуваният в хода на последния пируват (йон с пирогроздена киселина) се превръща в ацеталдехид (CH₃-С (О) Н), с освобождаването на въглероден диоксид като страничен продукт. След това полученият продукт се редуцира от коензим NADH, съдържащ се в бактериите. Намаляването води до образуване на етилов алкохол.

Така реакцията на глюкозната ферментация към етанола е, както следва:

1) С₆Н₁₂О₆ = 2 С₃Н₄О₃ + 4 H⁺

2) С.₃Н₄О₃ = СН₃-COH + CO₂

3) CH₃-COH + NADH + Н⁺ = С₂Н₅OH + NAD⁺

NADH служи като реакционен катализатор и NAD йон⁺ играе ключова роля в ранния стадий на гликолизата и, като се формира в края на алкохолната ферментация, се връща към процеса.

Нека да преминем към следващото разнообразие от вида реакции, които се изследват.

Ферментация на глюкоза на млечна киселина

От алкохола този вид се различава, тъй като не се среща под въздействието на дрожди, а с помощта на млечнокисели бактерии. Ето защо имаме съвсем различни продукти. Ферментацията на млечна киселина също се наблюдава в нашите мускули при високи натоварвания и липса на кислород.

Има два вида на този процес. Първата е хомоферментационна ферментация. Ако някога сте чували префикса "хомо", тогава със сигурност разбирате какво означава това. Хомеферментативната ферментация е процес, включващ един ензим. В първия етап се осъществява гликолиза и се образува пирогроздена киселина. След това полученият пируват (в разтвора, тази киселина може да съществува само като йони) се хидрогенира с NADH⁺Н и лактат дехидрогеназа. В резултат на това продуктът на редукцията е млечна киселина, която е около 90% от всички продукти, получени по време на реакцията. Това съединение обаче може да се образува и под формата на два различни изомера: D и L. Тези типове се различават по това, че са огледални отражения един на друг и поради това влияят по различен начин на нашето тяло. Какъв изомер ще се формира в по-голяма степен определя структурата на лактат дехидрогеназата.

Нека да преминем към втория вид млечна ферментация - хетероферментативно. Няколко ензима участват в този процес и преминават по по-сложен път. Поради това, по време на реакцията се образуват по-различни продукти: в допълнение към млечната киселина, ние можем да намерим оцетна киселина и етилов алкохол.

Така че изследвахме млечната ферментация. Това е процесът, чрез който можем да се наслаждаваме на вкус на извара, кисело мляко, ризаченка и кефир. Да обобщим и да напишем като цяло реакцията на млечна ферментация на глюкозата:₆Н₁₂О₆ = 2 ° С₃Н₆О₃ . Разбира се, това е опростена схема на процес хомоферментация ферментация, тъй като дори и схемата хетероферментиране процес ще бъде много трудно. Химистите все още изучават млечната ферментация на глюкозата и откриват пълните си механизми, затова все още имаме много да се стремим.

Ферментация, ферментирана с лимон

Реакциите на този тип ферментация се случват, както при алкохола, под въздействието на гъбички от определен щам. Пълният механизъм на тази реакция все още не е напълно разбран и можем да разчитаме само на някои опростявания. Има обаче предложения, че началната фаза на процеса е гликолизата. След това пирувиновата киселина се превръща в различни киселини и стига до лимон. Благодарение на такъв механизъм, в реакционната среда се натрупват други киселини - продуктите са непълни окисляване на глюкозата.

Този процес се осъществява под въздействието на кислорода и като цяло той може да бъде написан като следното уравнение: 2C₆Н₁₂О₆ +3О₂ = 2 ° С₆Н₈ох₇ + 4Н₂А. Преди да бъде открит този тип ферментация, хората извличат лимонена киселина само чрез изстискване на плодовете на съответното дърво. Въпреки това, в лимона на тази киселина не е повече от 15%, така че този метод се оказа несправедливо, и след откриването на тази реакция цялата киселина се започва да се получава чрез ферментация.

Мазна ферментация

Преминете към следващия тип. Този вид ферментация се получава при действието на бактерии на маслената киселина. Те са широко разпространени и процесът, който причиняват, играе ключова роля в биологично важните цикли. С помощта на тези бактерии се извършва разлагането на мъртвите организми. Маслената киселина, образувана по време на реакциите, привлича аромата на заглушители.

Този вид ферментация се използва в промишлеността. Както може да предположите, те получават мазна киселина. Неговите естери са широко използвани в парфюмерията и имат приятна миризма, за разлика от самата нея. Нефтената ферментация обаче не винаги е от полза. То може да причини щети на зеленчуци, консерви, мляко и други продукти. Но това може да се случи, ако в продукта се появи само бактерията.

Нека анализираме механизма на ферментацията на глюкоза. Реакцията му изглежда така:₆Н₁₂О₆ → CH₃СН₂СН₂COOH + 2CO₂urr- + 2H₂. В резултат на това се генерира и енергия, което осигурява жизнената активност на маслените бактерии.

Ацетон-бутилова ферментация

Този тип е много подобен на маслената киселина. Скитането по този начин може не само да глюкоза, но и глицерол и пирувинова киселина. Този процес може да бъде разделен на два етапа: първият (понякога наричан кисел) е всъщност ферментация на олеинова киселина. Обаче в допълнение към маслото се освобождава и оцетна киселина. В резултат на ферментацията на глюкоза по този начин получаваме продукти, които преминават към втория етап (ацетонбутил). Тъй като целият процес се осъществява и при действието на бактериите, подкисляването на средата (повишаване на концентрацията на киселини) води до отделянето на специални ензими от бактериите. Те индуцират реакция за превръщане на глюкозните ферментационни продукти в n-бутанол (бутилов алкохол) и ацетон. Освен това може да се образува определено количество етанол.

Други видове ферментация

В допълнение към тези пет вида на този процес, има още няколко. Например това е оцетна ферментация. Също така се среща под действието на много бактерии. Този вид ферментация може да се използва за полезни цели при очистене. Той предпазва храната от патогени и опасни бактерии. Особено се отличава и алкалната или метанната ферментация. За разлика от предишните видове, този тип ферментация може да се извърши за повечето органични съединения. В резултат на голям брой сложни реакции органичните вещества се разделят на метан, водород и въглероден диоксид.

Биологична роля

Ферментацията е най-старият метод за получаване на енергия от живи организми. Някои същества произвеждат органични вещества, между другото получават енергия, докато други разрушават тези вещества, като същевременно получават енергия. Целият ни живот е изграден върху това. И във всяка от нас постъпва ферментация в една или друга форма. Както споменахме по-горе, млечната ферментация възниква в мускулите с интензивно обучение.

Какво друго да прочетете?

Ако се интересувате от биохимията на този много интересен процес, струва си да започнете с учебниците по химия и биология. В много университетски учебници е представен толкова подробен материал, че след прочитането му можете да станете просто експерт в тази област.

заключение

Така стигнахме до края. Ние сме разглобявали всички видове глюкозна ферментация и общите принципи на тези процеси, които играят много важна роля както във функционирането на живите организми, така и в нашата индустрия. Възможно е в бъдеще да отворим още няколко вида от този древен процес и да се научим как да ги използваме в полза на себе си, както и с тези, които вече ни са известни.