fermentarea alcoolică - proces biochimic de fermentație, în care zaharuri cum ar fi glucoza și fructoza, sunt degradate de enzimele cu eliberarea de energie și formarea de etanol și dioxid de carbon. Permite două moli de ATP pe mol de glucoză în condiții anaerobe. Ecuația generală de fermentare a alcoolului:
Această cale metabolică este tipică pentru multe ciuperci (drojdie, drojdie și unele ciuperci de mucegai), alge, protozoare și unele bacterii. Alimentarea cu alcool a fost folosită de mult timp de om în procesul de coacere (cauzând creșterea "drojdiei") și producerea de băuturi alcoolice. Una dintre noile utilizări ale acestei căi metabolice este producția de etanol ca biocombustibil reducător și relativ ieftin.
Reacțiile de fermentație alcoolică
În timpul fermentației alcoolice a digestiei glucozei începe mod glicolitice (cu exceptia bacteria Zymomonas mobilis, în care glucoza este metabolizat de către Entner-Dudorova). Reacțiile glicolitice este scindată și oxidat glucoza la două molecule de piruvat, are loc fosforilarea substratului a două molecule de ADP pentru a forma ATP si NADH sunt reduse la două molecule de NAD +. În condiții aerobe NADH este oxidată a da din nou electroni printr-o serie de intermediari în oxigen molecular și poate fi apoi folosit din nou în procesul de glicoliza. În condiții anaerobe, regenerarea NAD + are loc în etapele finale de fermentație în care acceptor de electroni este piruvat însuși sau derivații acesteia în cazul fermentației alcoolice - acetaldehidă.
Acetaldehida este formată din piruvat prin decarboxilare (scindarea dioxidului de carbon), care este catalizată de decarboxilază cu piruvat. Această enzimă necesită prezența ionilor Mg2 + și conține pirofosfat de tiamină cu coenzima atașată covalent.
Următoarea etapă este reducerea acetaldehidei la alcoolul etilic datorită transferului de hidrură a ionului cu NADH format în glicoliză. Reacția are loc cu participarea alcool dehidrogenază enzimă, care conține ionul de zinc situs activ care polarizează gruparea carbonil de substrat facilitează hidrură de atașare.
Astfel, produsele finale de fermentare alcoolică pe moleculă de glucoză sunt două molecule de alcool etilic, două molecule de CO 2 și două molecule de ATP. Ca urmare, nici oxidarea, nici recuperarea glucozei (raportul C: H este același pentru substanțele inițiale (glucoză) și produsele (etanol + dioxid de carbon) este 1: 2).
răspândire
Calea metabolică a fermentației alcoolice disponibile în multe organisme, inclusiv fungi (drojdii, drojdii și anumite ciuperci), alge, protozoare, bacterii și unele plante. In unele parti organisme anaerobe este modul principal de energie, cum ar fi bacteria Zymomonas mobilis, în timp ce mulți anaerobi facultativi, cum ar fi drojdie Saccharomyces cerevisiae, este folosit ca o respirație alternativă numai în absența oxigenului.
Spre deosebire de enzima piruvat decarboxilaza, care este specific pentru fermentarea alcoolică și absentă în organisme, care sunt caracterizate prin fermentația acidului lactic (inclusiv la om), alcool dehidrogenaza este prezentă în multe specii care pot utiliza etanol ca sursă de energie. În ficatul uman, această enzimă catalizează reacția inversă a fermentației alcoolice.
Utilizarea fermentației alcoolice
Producția de băuturi alcoolice
Fermentarea alcoolică a fost folosită de mult timp pentru producerea de băuturi alcoolice, cum ar fi vinul, berea, al. Sursa de carbohidrați pentru aceste procese poate servi ca o varietate de plante. Unele dintre acestea conțin mono- și oligozaharide gata pentru fermentare: de exemplu, zaharoză și fructoză în suc de struguri. În acest caz, fermentația poate începe fără tratament prealabil. Pe de altă parte, cerealele, cum ar fi grâul, ovăzul, orezul etc. și alte produse care conțin amidon trebuie mai întâi supuse procesului de hidroliză a polizaharidelor. Produsul de hidroliză este un must care conține deja zahăr gata pentru fermentare.
Productia de bere si de paine
Pentru bere și materii prime aleb sunt boabe: orz, grâu, orez. Aceste produse conțin amidon, care poate fi un suger de fermentație pentru digerare numai după hidroliză. Pentru activarea enzimelor hidrolitice boabe germinate malț format este măcinat și amestecat cu apă, în astfel de condiții amidonul și proteinele sunt descompuse la substanțe simple - maltoza, glucoza, aminoacizi. Se formează o mustă, la care se adaugă hameiul, care a fost utilizat în primul rând pentru a inhiba creșterea microorganismelor putrede și este încălzit. După aceasta, are loc inocularea mustului - adăugând o cultură de drojdie. Pentru producția de bere este cel mai adesea folosind drojdie de fermentație inferioară, cum ar fi Saccharomyces carlsbergensis, care se depun pe fundul fermentatorului. Fermentația durează 7-12 zile, produsul format are un pH de 4,1-4,2. Drojdiile fermentate de fermentație, cum ar fi S. cerevisiae, sunt utilizate pentru producerea de ale, este acidă pH 3,8. După fermentare, berea este maturat de ceva timp, după care se adaugă de obicei dioxidul de carbon și pasteurizat sau sterilizat prin filtrare.
Bauturile alcoolice puternice, cum ar fi whisky, vodka, gin, primesc tehnologii similare berii, suplimentate cu distilare.
coacerea pâinii
Drojdia este folosită de oameni pentru a face paine timp de cel puțin 4,5 milenii, după cum reiese din desene antice egiptene, care detaliază acest proces, precum și o brutărie din 2575 î.Hr. e. găsit în vecinătatea necropolei din Giza.
Deoarece drojdia S. cerevisiae este cultivată în condiții aerobe în timpul producției de pâine, respirația predomină asupra fermentației alcoolice. Din acest motiv, există o eliberare sporită a dioxidului de carbon și o ușoară formare de etanol. Dioxidul de carbon provoacă o "ascensiune" a aluatului și este responsabil pentru textura poroasă ușoară a pâinii, iar produsele de fermentație îi conferă un gust distinctiv.
Producția de biocombustibil
Etanolul, obținut în procesul de fermentație alcoolică, poate fi utilizat ca sursă de energie ieftină și regenerabilă. Ca materie primă pentru producerea de etanol biocombustibil materialul vegetal utilizat bogat în zaharoză, amidon sau celuloză: porumb, grâu, sfeclă de zahăr și trestie de zahăr, paie, deșeuri industria lemnului, deșeuri de origine vegetală și altele asemenea. De obicei, materia primă este tratată chimic pentru polizaharide hidrolizeaza la monomeri, după care se adaugă masa obținută la tulpinile de drojdii rezistente.
Fabricarea glicerinei
În timpul celui de-al doilea război mondial, Germania avea o mare nevoie de glicerină pentru fabricarea nitroglicerolului exploziv. Importul glicerinei a fost limitat la blocada navală britanică, așa că s-au făcut încercări de a stabili o producție proprie. În acea perioadă, se știa că glicerina în cantități mici formată cu fermentație alcoolică care implică S. cerevisiae. Omul de știință german Karl Neuberg a găsit o modalitate de a modifica procesul în așa fel încât randamentul acestei substanțe să fie mult mai mare. Pentru a face acest lucru, el a adăugat 3,5% sulfit de sodiu în mediu cu drojdie la pH 7,0. Ionii bisulfitici formează un complex cu acetaldehidă, ca urmare, acesta din urmă devine inaccesibil pentru reducerea la etanol. Deoarece drojdia necesită în egală măsură un electron și un acceptor de hidrogen, ei folosesc în acest scop unul dintre intermediarii de glicoliză dihidroxiacetonă fosfat, care este redus la glicerol fosfat. Acesta din urmă este transformat în glicerină din cauza defosforilvanei.
Această descoperire a permis Germaniei să primească aproximativ 1.000 de tone de glicerină pe lună, datorită faptului că majoritatea fabricilor de bere au fost transformate în fabrici pentru producerea acestei substanțe. După declanșarea păcii, acest mod de obținere a glicerinei nu a fost nici competitiv din punct de vedere economic și, prin urmare, oprit.
