Fermentation ist ein Verfahren zur Herstellung von Wein, Bier, Joghurt und andere Produkte. Hier ist ein Blick auf den chemischen Prozess, der während der Fermentation stattfindet.
Fermentationsdefinition
Fermentation ist ein Stoffwechselprozess, bei dem ein Organismus wandelt ein Kohlenhydrat umwie Stärke oder a Zucker, In ein Alkohol oder eine Säure. Zum Beispiel führt Hefe eine Fermentation durch, um Energie zu gewinnen, indem Zucker in Alkohol umgewandelt wird. Bakterien führen eine Fermentation durch und wandeln Kohlenhydrate in Milchsäure um. Das Studium der Fermentation heißt Zymologie.
Geschichte der Fermentation
Der Begriff "Ferment" kommt vom lateinischen Wort fervere, was "kochen" bedeutet. Die Fermentation wurde von Alchemisten des späten 14. Jahrhunderts beschrieben, jedoch nicht im modernen Sinne. Der chemische Fermentationsprozess wurde um das Jahr 1600 Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen.
Die Fermentation ist ein natürlicher Prozess. Die Menschen verwendeten die Fermentation, um Produkte wie Wein, Met, Käse und Bier herzustellen, lange bevor der biochemische Prozess verstanden wurde. In den 1850er und 1860er Jahren
Louis Pasteur wurde der erste Zymurgist oder Wissenschaftler, um die Fermentation zu untersuchen, als er nachwies, dass die Fermentation durch lebende Zellen verursacht wurde. Pasteur war jedoch erfolglos bei seinen Versuchen, das für die Fermentation verantwortliche Enzym aus Hefezellen zu extrahieren. 1897 mahlte der deutsche Chemiker Eduard Büchner Hefe, extrahierte daraus Flüssigkeit und stellte fest, dass die Flüssigkeit eine Zuckerlösung fermentieren konnte. Büchners Experiment gilt als Beginn der Wissenschaft der Biochemie und brachte ihm das Jahr 1907 ein Nobelpreis für Chemie.Beispiele für durch Fermentation gebildete Produkte
Die meisten Menschen sind sich der Lebensmittel und Getränke bewusst, die Fermentationsprodukte sind, erkennen jedoch möglicherweise nicht, dass viele wichtige Industrieprodukte aus der Fermentation resultieren.
- Bier
- Wein
- Joghurt
- Käse
- Bestimmte saure Lebensmittel, die Milchsäure enthalten, einschließlich Sauerkraut, Kimchi und Peperoni
- Brot, das durch Hefe gesäuert wird
- Abwasserbehandlung
- Einige industrielle Alkoholproduktion, wie zum Beispiel für Biokraftstoffe
- Wasserstoffgas
Ethanolfermentation
Hefe und bestimmte Bakterien führen eine Ethanolfermentation durch, bei der Pyruvat (aus dem Glukosestoffwechsel) in Ethanol und Ethanol gebrochen wird Kohlendioxid. Die chemische Nettogleichung für die Herstellung von Ethanol aus Glucose lautet:
C.6H.12Ö6 (Glucose) → 2 C.2H.5OH (Ethanol) + 2 CO2 (Kohlendioxid)
Bei der Ethanolfermentation wurden Bier, Wein und Brot hergestellt. Es ist erwähnenswert, dass die Fermentation in Gegenwart hoher Pektinspiegel zur Produktion kleiner Mengen Methanol führt, das beim Verzehr giftig ist.
Milchsäurefermentation
Die Pyruvatmoleküle aus dem Glucosestoffwechsel (Glykolyse) können zu Milchsäure fermentiert werden. Die Milchsäurefermentation wird verwendet, um Laktose bei der Joghurtproduktion in Milchsäure umzuwandeln. Es tritt auch in tierischen Muskeln auf, wenn das Gewebe Energie schneller benötigt, als Sauerstoff zugeführt werden kann. Die nächste Gleichung für die Milchsäureproduktion aus Glucose lautet:
C.6H.12Ö6 (Glucose) → 2 CH3CHOHCOOH (Milchsäure)
Die Produktion von Milchsäure aus Laktose und Wasser kann wie folgt zusammengefasst werden:
C.12H.22Ö11 (Laktose) + H.2O (Wasser) → 4 CH3CHOHCOOH (Milchsäure)
Wasserstoff- und Methangasproduktion
Der Fermentationsprozess kann Wasserstoffgas und Methangas ergeben.
Methanogene Archaeen durchlaufen eine Disproportionierungsreaktion, bei der ein Elektron von a übertragen wird Carbonyl einer Carbonsäuregruppe zu einer Methylgruppe von Essigsäure, um Methan und Kohlendioxid zu ergeben Gas.
Viele Arten der Fermentation ergeben Wasserstoffgas. Das Produkt kann vom Organismus zur Regeneration von NAD verwendet werden+ von NADH. Wasserstoffgas kann von Sulfatreduzierern und Methanogenen als Substrat verwendet werden. Menschen erfahren Wasserstoffgasproduktion aus Darmbakterien, Blähungen produzieren.
Fakten zur Fermentation
- Die Fermentation ist ein anaerober Prozess, dh es wird kein Sauerstoff benötigt, um aufzutreten. Selbst wenn reichlich Sauerstoff vorhanden ist, ziehen Hefezellen die Fermentation der aeroben Atmung vor, sofern eine ausreichende Zuckerversorgung zur Verfügung steht.
- Die Fermentation erfolgt im Verdauungssystem von Menschen und anderen Tieren.
- In einer seltenen Erkrankung, die als Darmfermentationssyndrom oder Auto-Brauerei-Syndrom bezeichnet wird, führt die Fermentation im menschlichen Verdauungstrakt zu einer Vergiftung durch Ethanolproduktion.
- Die Fermentation erfolgt in menschlichen Muskelzellen. Muskeln können verbrauchen ATP schneller als Sauerstoff zugeführt werden kann. In dieser Situation wird ATP durch Glykolyse hergestellt, bei der kein Sauerstoff verwendet wird.
- Obwohl die Fermentation ein üblicher Weg ist, ist sie nicht die einzige Methode, mit der Organismen Energie anaerob gewinnen. Einige Systeme verwenden Sulfat als endgültigen Elektronenakzeptor in der Elektronentransportkette.
Zusätzliche Referenzen
- Hui, Y. H. H. (2004). Handbuch zur Konservierung und Verarbeitung von Gemüse. New York: M. Dekker. p. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
- Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobiologie (6. Aufl.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
- Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). Das Leben, die Wissenschaft der Biologie (7. Aufl.). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates. pp. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
- Steinkraus, Keith (2018). Handbuch der einheimischen fermentierten Lebensmittel (2. Aufl.). CRC Drücken Sie. ISBN 9781351442510.