Lên men glucoza là một trong những phản ứng chính để điều chế đồ uống có cồn. Nó có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau, trong đó từng sản phẩm riêng lẻ được hình thành. Quá trình này đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống của chúng ta, từ nấu ăn, sản xuất rượu vang và các sản phẩm vodka cho đến các phản ứng diễn ra trong cơ thể chúng ta.
Lịch sử
Quá trình lên men đường glucose và các loại đường khác đã được người cổ đại sử dụng. Họ đã ăn thức ăn lên men nhẹ. Thực phẩm như vậy an toàn hơn, vì nó có chứa cồn, trong đó nhiều vi khuẩn có hại đã chết. Ở Ai Cập và Babylon cổ đại, người ta đã biết cách lên men nhiều đồ uống có đường và sữa. Khi mọi người vào cuối thế kỷ 18 quản lý để nghiên cứu tốt hơn quá trình này, các loại và khả năng cải tiến của nó, chẳng hạn như kvass, sản xuất bia và rượu-vodka đã phát triển rất chất lượng.
Các loại lên men
Thật kỳ lạ, nhưng quá trình này lại khác. Và có những kiểu lên men đường glucoza theo sản phẩm cuối cùng. Do đó, có axit lactic, rượu, axit xitric, axeton, butyric và một số loại khác. Hãy nói một chút về từng loạiriêng biệt. Quá trình lên men axit lactic của glucose là quá trình chính trong việc chuẩn bị các sản phẩm như sữa chua, kem chua, kefir, pho mát. Nó cũng được sử dụng để bảo quản rau quả và thực hiện một chức năng quan trọng trong cơ thể chúng ta: trong điều kiện thiếu oxy, glucose sẽ được chuyển hóa thành sản phẩm cuối cùng - axit lactic, chất gây đau cơ trong và sau khi tập luyện.
Lên men rượu khác biệt ở chỗ rượu etylic được tạo thành sản phẩm cuối cùng. Nó xảy ra với sự trợ giúp của vi sinh vật - nấm men. Và nó đóng một vai trò quan trọng trong việc nấu ăn, vì ngoài sản phẩm chính, carbon dioxide được giải phóng trong quá trình lên men rượu của glucose (điều này giải thích sự huy hoàng của bột men).
Quá trình lên men axit xitric xảy ra, như bạn có thể đoán, với sự hình thành axit xitric. Nó xảy ra dưới ảnh hưởng của một loại nấm nhất định và là một phần của chu trình Krebs, đảm bảo sự hô hấp của tất cả các tế bào trong cơ thể chúng ta.
Lên men axeton-butyl rất giống với lên men butyric. Kết quả là, axit butyric, rượu butyl và etylic, axeton và carbon dioxide được hình thành. Quá trình lên men butyric chỉ tạo ra axit mang tên và carbon dioxide.
Bây giờ chúng ta sẽ xem xét tất cả các loại chi tiết hơn, nhưng hãy bắt đầu với cơ bản nhất - lên men rượu của glucose. Tất cả các phản ứng và sắc thái của khóa học của họ sẽ được phân tích chi tiết.
Lên men rượu
Hãy nói thêm một chút về quá trình lên men glucose, phương trình của nó là:S6N12O6=2S2N5OH + 2CO2. Có thể học được gì từ phản ứng này? Chúng ta có hai sản phẩm: rượu etylic và khí cacbonic. Do sau này, chúng tôi quan sát thấy sự phồng lên của bột nhào men. Và do lần đầu tiên, chúng tôi có cơ hội để có được một hương vị khó quên của rượu vang và đồ uống rượu vang. Nhưng trên thực tế, đây chỉ là một phương trình đơn giản hóa. Phản ứng lên men glucose hoàn toàn phức tạp hơn, vì vậy chúng ta hãy chia nhỏ nó một chút.
Có một quá trình như đường phân. Theo nghĩa đen, tên của nó được dịch là "tách đường." Nó xuất hiện trong cơ thể, và sản phẩm phụ của nó là axit pyruvic, và sản phẩm chính là adenosine triphosphate (ATP), được hình thành trong phản ứng này từ một hợp chất khác. Chúng ta có thể nói rằng ATP là chất mang năng lượng trong cơ thể và trên thực tế, quá trình đường phân đóng vai trò cung cấp năng lượng cho cơ thể chúng ta.
Chúng tôi đã đề cập đến quá trình này là có lý do. Trên thực tế, quá trình lên men rất giống với quá trình đường phân, vì giai đoạn đầu tiên hoàn toàn giống nhau đối với chúng. Thậm chí có thể nói rằng quá trình lên men rượu thành glucozo là sự tiếp tục của quá trình đường phân. Pyruvate (ion axit pyruvic) được tạo thành trong quá trình sau này được chuyển đổi thành acetaldehyde (CH3-C (O) H) với việc giải phóng carbon dioxide như một sản phẩm phụ. Sau đó, sản phẩm tạo thành bị khử bởi coenzyme NADH có trong vi khuẩn. Sự khử dẫn đến sự hình thành rượu etylic.
Như vậy, phản ứng lên men của glucozơ thành rượu etylic có dạng như sau:
1)C6H12O6=2 C3H4O3+ 4 H+
2) C3H4O3=CH3-COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H5OH + KHÔNG+
NADH đóng vai trò như một chất xúc tác cho phản ứng và ion NAD+đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn đầu của quá trình đường phân và, được hình thành ở cuối quá trình lên men rượu, quay lại quy trình.
Hãy chuyển sang kiểu phản ứng tiếp theo đang nghiên cứu.
Axit lactic lên men glucose
Loài này khác với rượu ở chỗ nó không xuất hiện dưới tác động của nấm men, mà với sự trợ giúp của vi khuẩn axit lactic. Do đó, chúng tôi có những sản phẩm hoàn toàn khác biệt. Quá trình lên men axit lactic cũng xảy ra trong cơ bắp của chúng ta khi chúng ta làm việc căng thẳng và thiếu oxy.
Có hai loại quy trình này. Đầu tiên là quá trình lên men đồng nhất. Nếu bạn đã từng nghe tiền tố "homo", thì có lẽ bạn đã hiểu ý nghĩa của nó. Lên men đồng tính là một quá trình liên quan đến một loại enzyme duy nhất. Ở giai đoạn đầu, quá trình đường phân xảy ra và axit pyruvic được hình thành. Sau đó, pyruvate tạo thành (trong dung dịch axit này chỉ có thể tồn tại ở dạng ion) bị hydro hóa bằng cách sử dụng NADH+H và lactate dehydrogenase. Kết quả là, sản phẩm khử là axit lactic, chiếm khoảng 90% tổng số sản phẩm thu được trong quá trình phản ứng. Hợp chất này, tuy nhiên, cũng có thể được hình thành ở dạng haicác đồng phân khác nhau: D và L. Các loại này khác nhau ở chỗ chúng là hình ảnh phản chiếu của nhau và do đó, ảnh hưởng đến cơ thể chúng ta theo những cách khác nhau. Đồng phân nào sẽ được hình thành ở mức độ lớn hơn sẽ xác định cấu trúc của lactate dehydrogenase.
Hãy chuyển sang kiểu lên men axit lactic thứ hai - quá trình lên men dị loại. Quá trình này liên quan đến một số enzym và theo một con đường phức tạp hơn. Do đó, nhiều sản phẩm khác nhau được hình thành trong quá trình phản ứng: ngoài axit lactic, chúng ta có thể tìm thấy axit axetic và rượu etylic ở đó.
Vì vậy, chúng tôi đã xem xét quá trình lên men axit lactic. Đây là quá trình mà chúng ta có thể thưởng thức hương vị của pho mát, sữa đông, sữa nướng lên men và kefir. Hãy tổng hợp và viết các phản ứng tổng quát của quá trình lên men axit lactic thành glucozơ: C6H12O6=2 C3H6O3. Tất nhiên, đây là một sơ đồ đơn giản hóa của quá trình lên men đồng loại, vì ngay cả sơ đồ của một quá trình lên men dị hình cũng sẽ rất phức tạp. Các nhà hóa học vẫn đang nghiên cứu quá trình lên men lactic của glucose và làm sáng tỏ cơ chế đầy đủ của nó, vì vậy vẫn còn chỗ để cải thiện.
Lên men axit citric
Các phản ứng của kiểu lên men này xảy ra, giống như với rượu, dưới tác dụng của nấm thuộc một chủng nhất định. Cơ chế đầy đủ của phản ứng này vẫn chưa được hiểu đầy đủ và chúng ta chỉ có thể dựa vào một số đơn giản hóa. Tuy nhiên, có ý kiến cho rằng giai đoạn đầu của quá trình là quá trình đường phân. Sau đó, axit pyruvic được chuyển thànhchuyển thành các axit khác nhau và đi đến xitric. Do cơ chế này, các axit khác tích tụ trong môi trường phản ứng - sản phẩm của quá trình oxy hóa không hoàn toàn glucose.
Quá trình này xảy ra dưới ảnh hưởng của oxy, và nói chung nó có thể được viết dưới dạng phương trình sau: 6+ 3O2=2C6N8O 7+ 4H2O. Trước khi loại lên men này được phát hiện, người ta chiết xuất axit xitric độc quyền bằng cách ép quả của cây tương ứng. Tuy nhiên, lượng axit này không nhiều hơn 15% trong chanh, vì vậy phương pháp này hóa ra là không thực tế, và sau khi phát hiện ra phản ứng này, tất cả axit bắt đầu thu được bằng cách lên men.
Lên men butyric
Hãy chuyển sang loại tiếp theo. Đây là kiểu lên men xảy ra dưới tác dụng của vi khuẩn axit butyric. Chúng phổ biến rộng rãi và quá trình chúng gây ra đóng một vai trò quan trọng trong các chu kỳ sinh học quan trọng. Với sự trợ giúp của những vi khuẩn này, sự phân hủy của các sinh vật chết xảy ra. Axit butyric được hình thành trong các phản ứng thu hút những người ăn xác thối bằng mùi của nó.
Loại lên men này được sử dụng trong công nghiệp. Như bạn có thể đoán, chúng nhận được axit butyric. Este của nó được sử dụng rộng rãi trong nước hoa và có mùi dễ chịu, không giống như chính nó. Tuy nhiên, quá trình lên men butyric không phải lúc nào cũng có lợi. Nó có thể làm hỏng rau, đồ hộp, sữa và các sản phẩm khác. Nhưng điều này chỉ có thể xảy ra nếu vi khuẩn axit butyric đã xâm nhập vào sản phẩm.
Hãy phân tích cơ chế của butyriclên men glucozơ. Phản ứng của anh ấy trông như thế này: C6H12O6→ CH3 CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H2. Do đó, năng lượng cũng được tạo ra, đảm bảo hoạt động quan trọng của vi khuẩn butyric.
Lên men axeton-butyl
Loại này rất giống butyric. Không chỉ glucose, mà glycerol và axit pyruvic cũng có thể lên men theo cách này. Quá trình này có thể được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn đầu tiên (đôi khi được gọi là axit) thực sự là lên men butyric. Tuy nhiên, ngoài axit butyric, axit axetic còn được giải phóng. Kết quả của quá trình lên men glucose theo cách này, chúng tôi nhận được các sản phẩm chuyển sang giai đoạn thứ hai (acetonobutyl). Vì toàn bộ quá trình này cũng xảy ra dưới tác dụng của vi khuẩn nên khi môi trường bị axit hóa (tăng nồng độ axit), vi khuẩn sẽ tiết ra các enzym đặc biệt. Chúng tạo ra sự chuyển đổi các sản phẩm lên men glucose thành n-butanol (rượu butyl) và axeton. Ngoài ra, một số etanol có thể được sản xuất.
Các loại lên men khác
Ngoài năm loại quy trình này được liệt kê, còn có một số quy trình khác. Ví dụ, đây là quá trình lên men acetic. Nó cũng xảy ra dưới tác động của nhiều loại vi khuẩn. Loại lên men này có thể được sử dụng cho các mục đích hữu ích khi muối chua. Nó bảo vệ thực phẩm khỏi vi khuẩn gây bệnh và nguy hiểm. Ngoài ra còn có quá trình lên men kiềm hoặc metan. Không giống như các loại trước, loại nàycó thể thực hiện quá trình lên men đối với hầu hết các hợp chất hữu cơ. Kết quả của một số lượng lớn các phản ứng phức tạp, các chất hữu cơ được tách thành metan, hydro và carbon dioxide.
Vai trò sinh học
Lên men là cách cổ xưa nhất để thu nhận năng lượng của các sinh vật sống. Một số sinh vật tạo ra các chất hữu cơ, nhận năng lượng trên đường đi, trong khi những sinh vật khác tiêu diệt các chất này, đồng thời nhận năng lượng. Toàn bộ cuộc sống của chúng tôi được xây dựng trên điều này. Và trong mỗi chúng ta, quá trình lên men diễn ra dưới hình thức này hay hình thức khác. Như chúng tôi đã nói ở trên, quá trình lên men axit lactic xảy ra trong cơ bắp khi luyện tập cường độ cao.
Còn gì để đọc?
Nếu bạn quan tâm đến hóa sinh của quá trình rất thú vị này, bạn nên bắt đầu với sách giáo khoa hóa học và sinh học ở trường. Nhiều giáo trình đại học chi tiết đến mức sau khi đọc chúng, bạn có thể trở thành một chuyên gia trong lĩnh vực này.
Kết
Đến đây là chúng ta kết thúc. Chúng tôi đã phân tích tất cả các loại quá trình lên men glucose và các nguyên tắc chung của các quá trình này, chúng đóng một vai trò rất quan trọng đối với hoạt động của các sinh vật sống và trong ngành công nghiệp của chúng tôi. Có thể trong tương lai, chúng tôi sẽ khám phá thêm một số loại quy trình cổ xưa này và học cách sử dụng chúng để có lợi cho mình, như chúng tôi đã làm với những quy trình mà chúng tôi đã biết.
