Ang pagbuburo ng glucose ay isa sa mga pangunahing reaksyon kung saan posible ang paghahanda ng mga inuming may alkohol. Maaari itong isagawa sa iba't ibang paraan, sa bawat isa kung saan nabuo ang mga indibidwal na produkto. Ang prosesong ito ay gumaganap ng mahalagang papel sa maraming bahagi ng ating buhay, mula sa pagluluto at paggawa ng mga produktong alak at vodka hanggang sa mga reaksyong nagaganap sa ating katawan.
Kasaysayan
Ang proseso ng pagbuburo ng glucose at iba pang asukal ay ginamit ng mga sinaunang tao. Kumain sila ng bahagyang fermented na pagkain. Ang ganitong pagkain ay mas ligtas, dahil naglalaman ito ng alkohol, kung saan maraming nakakapinsalang bakterya ang namatay. Sa sinaunang Egypt at Babylon, alam na ng mga tao kung paano mag-ferment ng maraming matamis na inumin at gatas. Nang ang mga tao sa pagtatapos ng ika-18 siglo ay nagawang mas mapag-aralan ang prosesong ito, ang mga uri nito at mga posibilidad para sa pagpapabuti, ang mga industriyang gaya ng kvass, paggawa ng serbesa at wine-vodka ay napakahusay na lumago.
Mga uri ng pagbuburo
Kakaiba, ngunit iba ang prosesong ito. At may mga uri ng glucose fermentation sa pamamagitan ng mga end products. Kaya, mayroong lactic acid, alkohol, sitriko acid, acetone, butyric at marami pang iba. Pag-usapan natin ng kaunti ang bawat uri ngmagkahiwalay. Ang lactic acid fermentation ng glucose ay ang pangunahing proseso sa paghahanda ng mga produktong tulad ng yogurt, sour cream, kefir, cottage cheese. Ginagamit din ito para mag-imbak ng mga gulay at gumaganap ng isang mahalagang function sa ating katawan: sa mga kondisyon ng kakulangan ng oxygen, ang glucose ay na-convert sa huling produkto - lactic acid, na nagiging sanhi ng pananakit ng kalamnan habang at pagkatapos ng pagsasanay.
Ang alcoholic fermentation ay iba dahil ang ethyl alcohol ay nabuo bilang huling produkto. Ito ay nangyayari sa tulong ng mga microorganism - lebadura. At ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagluluto, dahil bilang karagdagan sa pangunahing produkto, ang carbon dioxide ay inilabas sa panahon ng alcoholic fermentation ng glucose (ito ay nagpapaliwanag ng ningning ng yeast dough).
Ang citric acid fermentation ay nangyayari, gaya ng maaari mong hulaan, sa pagbuo ng citric acid. Ito ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng isang partikular na uri ng fungus at bahagi ng Krebs cycle, na nagsisiguro sa paghinga ng lahat ng mga selula sa ating katawan.
Ang Acetone-butyl fermentation ay halos kapareho ng butyric fermentation. Bilang isang resulta, ang butyric acid, butyl at ethyl alcohols, acetone at carbon dioxide ay nabuo. Ang butyric fermentation ay gumagawa lamang ng acid at carbon dioxide na may pangalan.
Ngayon ay titingnan natin ang lahat ng uri nang mas detalyado, ngunit magsimula tayo sa pinakapangunahing - alcoholic fermentation ng glucose. Ang lahat ng mga reaksyon at ang mga nuances ng kanilang kurso ay susuriin nang detalyado.
Pagbuburo ng alak
Magkwento pa tayo ng kaunti pa tungkol sa fermentation ng glucose, ang equation nito ay:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Ano ang matututuhan sa reaksyong ito? Mayroon kaming dalawang produkto: ethyl alcohol at carbon dioxide. Dahil sa huli, napapansin natin ang pamamaga ng yeast dough. At dahil sa una, mayroon kaming pagkakataon na makakuha ng hindi malilimutang lasa ng mga inuming alak at alak. Ngunit sa katunayan, ito ay isang pinasimpleng equation lamang. Ang kumpletong glucose fermentation reaction ay mas kumplikado, kaya hatiin natin ito nang kaunti.
May proseso tulad ng glycolysis. Sa literal, isinasalin ang pangalan nito bilang "paghahati ng asukal." Ito ay nangyayari sa katawan, at ang by-product nito ay pyruvic acid, at ang pangunahing isa ay adenosine triphosphate (ATP), na nabuo sa panahon ng reaksyong ito mula sa isa pang compound. Masasabi nating ang ATP ang carrier ng enerhiya sa katawan, at sa katunayan, ang glycolysis ay nagsisilbing magbigay ng enerhiya sa ating katawan.
Pinag-usapan namin ang prosesong ito para sa isang dahilan. Sa katunayan, ang pagbuburo ay halos kapareho sa glycolysis, dahil ang unang yugto ay eksaktong pareho para sa kanila. Masasabi pa nga na ang alcoholic fermentation ng glucose ay isang pagpapatuloy ng glycolysis. Ang pyruvate (pyruvic acid ion) na nabuo sa kurso ng huli ay na-convert sa acetaldehyde (CH3-C(O)H) kasama ang paglabas ng carbon dioxide bilang isang by-product. Pagkatapos nito, ang resultang produkto ay nababawasan ng NADH coenzyme na nakapaloob sa bacteria. Ang pagbabawas ay humahantong sa pagbuo ng ethyl alcohol.
Kaya, ganito ang hitsura ng fermentation reaction ng glucose sa ethyl alcohol:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
AngNADH ay nagsisilbing catalyst para sa reaksyon, at ang NAD ion+ay gumaganap ng mahalagang papel sa maagang yugto ng glycolysis, at, nabuo sa pagtatapos ng alcoholic fermentation, babalik sa proseso.
Pumunta tayo sa susunod na uri ng reaksyong pinag-aaralan.
Lactic acid fermentation ng glucose
Ang species na ito ay naiiba sa alkohol dahil hindi ito nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng yeast, ngunit sa tulong ng lactic acid bacteria. Samakatuwid, mayroon kaming ganap na magkakaibang mga produkto. Ang lactic acid fermentation ay nangyayari rin sa ating mga kalamnan kapag tayo ay nagtatrabaho nang husto at kulang sa oxygen.
Mayroong dalawang uri ng prosesong ito. Ang una ay homofermentative fermentation. Kung narinig mo na ang prefix na "homo", malamang naiintindihan mo kung ano ang ibig sabihin nito. Ang homofermentative fermentation ay isang prosesong kinasasangkutan ng isang enzyme. Sa unang yugto, nangyayari ang glycolysis at nabuo ang pyruvic acid. Pagkatapos ang resultang pyruvate (sa solusyon ang acid na ito ay maaaring umiral lamang sa anyo ng mga ions) ay sasailalim sa hydrogenation gamit ang NADH+H at lactate dehydrogenase. Bilang resulta, ang produktong pagbabawas ay lactic acid, na bumubuo ng halos 90% ng lahat ng mga produkto na nakuha sa panahon ng reaksyon. Ang tambalang ito, gayunpaman, ay maaari ding mabuo sa anyo ng dalawaiba't ibang isomer: D at L. Ang mga uri na ito ay naiiba dahil sila ay mga salamin na imahe ng bawat isa at, bilang resulta, nakakaapekto sa ating katawan sa iba't ibang paraan. Aling isomer ang mabubuo sa mas malaking lawak ang tumutukoy sa istruktura ng lactate dehydrogenase.
Let's move on to the second type of lactic acid fermentation - heterofermentative. Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng ilang mga enzyme at sumusunod sa isang mas kumplikadong landas. Dahil dito, mas maraming iba't ibang produkto ang nabubuo sa panahon ng reaksyon: bilang karagdagan sa lactic acid, makakakita tayo ng acetic acid at ethyl alcohol doon.
Kaya isinasaalang-alang namin ang lactic acid fermentation. Ito ang proseso kung saan masisiyahan tayo sa lasa ng cottage cheese, curdled milk, fermented baked milk at kefir. Ibuod natin at isulat ang pangkalahatang reaksyon ng lactic acid fermentation ng glucose: C6H12O6=2 C 3H6O3. Siyempre, ito ay isang pinasimple na diagram ng proseso ng homofermentative fermentation, dahil kahit na ang diagram ng isang heterofermentative fermentation na proseso ay magiging napaka-kumplikado. Pinag-aaralan pa rin ng mga chemist ang lactic fermentation ng glucose at inilalarawan ang buong mekanismo nito, kaya may puwang pa para sa pagpapabuti.
Citric acid fermentation
Ang mga reaksyon ng ganitong uri ng fermentation ay nagaganap, tulad ng sa alkohol, sa ilalim ng pagkilos ng mga mushroom na may partikular na strain. Ang buong mekanismo ng reaksyong ito ay hindi pa ganap na nauunawaan, at maaari lamang tayong umasa sa ilang mga pagpapasimple. Gayunpaman, may mga mungkahi na ang unang yugto ng proseso ay glycolysis. Pagkatapos ay ang pyruvic acid ay na-convert sanagiging iba't ibang mga acid at nagiging sitriko. Dahil sa mekanismong ito, naiipon ang ibang mga acid sa medium ng reaksyon - mga produkto ng hindi kumpletong oksihenasyon ng glucose.
Nangyayari ang prosesong ito sa ilalim ng impluwensya ng oxygen, at sa mga pangkalahatang termino maaari itong isulat bilang sumusunod na equation: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Bago natuklasan ang ganitong uri ng pagbuburo, ang mga tao ay nakakuha lamang ng citric acid sa pamamagitan ng pagpindot sa bunga ng kaukulang puno. Gayunpaman, ang acid na ito ay hindi hihigit sa 15% sa lemon, kaya ang pamamaraang ito ay naging hindi praktikal, at pagkatapos ng pagtuklas ng reaksyong ito, ang lahat ng acid ay nagsimulang makuha sa pamamagitan ng pagbuburo.
Butyric fermentation
Ilipat natin sa susunod na uri. Ang ganitong uri ng pagbuburo ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng butyric acid bacteria. Ang mga ito ay laganap, at ang prosesong dulot ng mga ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa biologically mahalagang mga cycle. Sa tulong ng mga bakteryang ito, nangyayari ang pagkabulok ng mga patay na organismo. Ang butyric acid na nabuo sa panahon ng mga reaksyon ay umaakit sa mga scavenger sa amoy nito.
Ang ganitong uri ng fermentation ay ginagamit sa industriya. Tulad ng maaari mong hulaan, nakakakuha sila ng butyric acid. Ang mga ester nito ay malawakang ginagamit sa pabango at may kaaya-ayang amoy, hindi katulad nito. Gayunpaman, ang butyric fermentation ay hindi palaging kapaki-pakinabang. Maaari nitong masira ang mga gulay, de-latang pagkain, gatas at iba pang produkto. Ngunit ito ay maaaring mangyari lamang kung ang butyric acid bacteria ay pumasok sa produkto.
Suriin natin ang mekanismo ng butyricpagbuburo ng glucose. Mukhang ganito ang reaksyon niya: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Bilang resulta, nabubuo din ang enerhiya, na nagsisiguro sa mahahalagang aktibidad ng butyric bacteria.
Acetone-butyl fermentation
Ang ganitong uri ay halos kapareho sa butyric. Hindi lamang glucose, kundi pati na rin ang glycerol at pyruvic acid ay maaaring mag-ferment sa ganitong paraan. Ang prosesong ito ay maaaring nahahati sa dalawang yugto: ang una (minsan ay tinatawag na acidic) ay aktwal na butyric fermentation. Gayunpaman, bilang karagdagan sa butyric acid, ang acetic acid ay inilabas din. Bilang resulta ng glucose fermentation sa ganitong paraan, nakakakuha tayo ng mga produkto na napupunta sa ikalawang yugto (acetonobutyl). Dahil ang buong prosesong ito ay nangyayari din sa ilalim ng pagkilos ng bakterya, kapag ang daluyan ay acidified (pagtaas sa konsentrasyon ng mga acid), ang mga espesyal na enzyme ay inilabas ng bakterya. Hinikayat nila ang conversion ng mga produkto ng glucose fermentation sa n-butanol (butyl alcohol) at acetone. Bilang karagdagan, maaaring gumawa ng ilang ethanol.
Iba pang uri ng fermentation
Bukod sa limang uri ng prosesong ito na nakalista, marami pa. Halimbawa, ito ay acetic fermentation. Nangyayari rin ito sa ilalim ng pagkilos ng maraming bakterya. Ang ganitong uri ng pagbuburo ay maaaring gamitin para sa mga kapaki-pakinabang na layunin kapag nag-aatsara. Pinoprotektahan nito ang pagkain mula sa mga pathogen at mapanganib na bakterya. Mayroon ding alkaline o methane fermentation. Hindi tulad ng mga naunang uri, ang ganitong uriang pagbuburo ay maaaring isagawa para sa karamihan ng mga organikong compound. Bilang resulta ng malaking bilang ng mga kumplikadong reaksyon, ang mga organikong sangkap ay nahahati sa methane, hydrogen at carbon dioxide.
Biological role
Ang Fermentation ay ang pinaka sinaunang paraan ng pagkuha ng enerhiya ng mga buhay na organismo. Ang ilang mga nilalang ay gumagawa ng mga organikong sangkap, tumatanggap ng enerhiya sa daan, habang ang iba ay sumisira sa mga sangkap na ito, habang tumatanggap din ng enerhiya. Buong buhay natin ay binuo dito. At sa bawat isa sa atin, ang pagbuburo ay nagaganap sa isang anyo o iba pa. Gaya ng sinabi namin sa itaas, ang lactic acid fermentation ay nangyayari sa mga kalamnan sa panahon ng matinding pagsasanay.
Ano pa ang babasahin?
Kung interesado ka sa biochemistry ng napakakawili-wiling prosesong ito, dapat kang magsimula sa mga aklat-aralin sa paaralan sa kimika at biology. Napakadetalyado ng maraming aklat-aralin sa unibersidad na pagkatapos basahin ang mga ito ay maaari kang maging eksperto lamang sa larangang ito.
Konklusyon
Heto na tayo sa dulo. Sinuri namin ang lahat ng uri ng glucose fermentation at ang mga pangkalahatang prinsipyo ng mga prosesong ito, na gumaganap ng napakahalagang papel kapwa sa paggana ng mga buhay na organismo at sa aming industriya. Posible na sa hinaharap ay makakatuklas tayo ng higit pang mga uri ng sinaunang prosesong ito at matutunan kung paano gamitin ang mga ito sa ating kapakinabangan, tulad ng ginawa natin sa mga kilala na natin.
