Alkoholos erjesztés

Az alkoholos fermentáció az erjesztés  egyik fajtája, amelyben a szénhidrátok , főleg a glükóz etanollá és szén-dioxid molekulákká alakulnak . Az alkoholos erjesztést az esetek túlnyomó többségében élesztő végzi . Ebben a folyamatban nincs szükség oxigénre, ami azt jelenti, hogy az alkoholos erjedés anaerob folyamat. Az erjesztési folyamat melléktermékei közé tartozik a hő, a szén-dioxid, a víz és az alkohol [1] . Ismeretesek az alkoholos fermentáció olyan módosításai, amelyek során az etanol helyett vagy azzal együtt bizonyos vegyszerek hatására az élesztő glicerint kezd termelni.. Az alkoholos erjesztés nagy ipari jelentőségű, ősidők óta használták az emberek különféle alkoholos italok előállítására és a pékségben .

Tanulmánytörténet

A kémikusok , köztük Antoine Lavoisier , sokáig kémiai reakciónak tekintették az erjesztést, amelyhez az élő szervezeteknek semmi közük. 1837-ben Charles Cagnard de La Tour , Theodor Schwann és Friedrich Kützing egymástól függetlenül publikáltak tanulmányokat, amelyek kimutatták, hogy a sör- és borkészítésben évszázadok óta használt élesztőgombák olyan élő szervezetek, amelyek bimbózással képesek szaporodni [2] . Schwann szőlőlevet főzött , ezzel megölve az élesztőt, és kimutatta, hogy az erjedés csak új élesztő hozzáadása után indulhat újra. Azonban még e vizsgálatok után is sok kémikus továbbra is tagadta az élő szervezetek szerepét a fermentációban [3] . A helyzet megváltozott, amikor Louis Pasteur megismételte Schwann kísérleteit az 1850-es és 1860-as években, és kimutatta, hogy az erjesztést élő szervezetek végzik. Bár Pasteur meggyőzően bebizonyította, hogy az erjesztést mikroorganizmusok végzik, bennük pontosan mi a felelős ezért a folyamatért, ismeretlen maradt. Sok tudós, köztük Pasteur is, sikertelenül próbálta elkülöníteni az erjesztési reakciókat katalizáló komponenseket az élesztőből. Végül 1887-ben Eduard Buchner német kémikus élesztőt termesztett, kivonatot nyert belőle, és felfedezte, hogy ez a „halott” folyadék az élő élesztőhöz hasonlóan képes cukrokat erjeszteni, etanolt és szén-dioxidot képezve . Buchner eredményei megalapozták a biokémia tudományát. Felfedezéseinek köszönhetően világossá vált, hogy a fermentációt a mikroorganizmusokban található speciális fehérjék  - enzimek végzik [4] . Eredményeiért Buchner 1907-ben kémiai Nobel-díjat kapott [5] .

Mikroorganizmusok

Az alkoholos fermentációt az esetek 90%-ában a Saccharomyces és Schizosaccharomyces nemzetséghez tartozó élesztőgombák végzik . Szintén alkoholos erjesztésre képesek a Kloeckera nemzetséghez tartozó élesztők, amelyek a szőlőlé spontán erjedését okozzák , valamint a Torula és az Eudomyces [6] nemzetség képviselői . Annak ellenére, hogy az alkoholos erjedés során képződő etanol hatással van a sejtmembránokra , az élesztő 9-12 térfogatszázalékig, a szaké rizs vodka készítéséhez használt szaké élesztő pedig 18 térfogatszázalékig képes ellenállni. Ezenkívül az élesztő nem létezhet sokáig anaerob körülmények között, mivel a sejtekben a foszfolipid bioszintézis egyik szakaszához oxigén jelenlétére van szükség , ezért anaerob körülmények között egy élesztősejt legfeljebb hatszor osztódhat [ 7] .

Oxigén jelenlétében az élesztőgombák az alkoholos erjedésről energetikailag sokkal kedvezőbb aerob légzésre váltanak át , amelyben 20-szor több biomasszát képeznek . Ezt az átmenetet Pasteur-effektusnak nevezik [8] .

Alkoholos fermentációt csak néhány prokarióta esetében találtak, mivel bennük ritkán fordul elő az ilyen típusú fermentációhoz szükséges piruvát-dekarboxiláz A szigorúan anaerob Gram-pozitív Sarcina ventriculi baktérium az élesztőhöz hasonlóan alkoholos erjesztésre képes. A Zymonomonas mobilis baktérium , bár rendelkezik piruvát-dekarboxilázzal, nem végez alkoholos erjesztést, hanem az Entner-Doudoroff út mentén erjeszti a cukrot . Ezt a baktériumot az agavélé fermentálására használják a tequila készítése során [9] . Egy másik piruvát-dekarboxilázt tartalmazó baktérium, az Erwinia amylovora  képes alkoholos erjesztésre, más típusú fermentáció mellett [10] . Egyes Clostridia és Enterobacteriaceae , valamint a heterofermentatív tejsavbaktérium, a Leuconostoc mesenteroides olyan fermentációt végez, amelyben az etanol az egyik termék [9] .

Mechanizmus

Mint fentebb megjegyeztük, az alkoholos erjesztést szinte mindig élesztő végzi. Mono- és diszacharidokat erjesztenek etanol és szén-dioxid képződésével. Az alkoholos fermentáció oxidatív szakasza a glikolízis útját követi, amikor egy glükózmolekulából két piruvátmolekula , két ATP- molekula és két NADH+H + -molekula képződik . A redukáló szakaszban a piruvát-dekarboxiláz enzim, amelynek koenzimje a tiamin-pirofoszfát , oxigén hiányában a piruvátot acetaldehiddé alakítja szén-dioxid molekula felszabadulásával. Ezután az alkohol-dehidrogenáz enzim az oxidációs szakaszban képződő két NADH + H + felhasználásával két acetaldehidmolekulát állít vissza etanollá. Az alkoholos fermentáció általános reakcióegyenlete: glükóz + 2 ADP + P i → 2 etanol + 2 CO 2 + 2 ATP [11] .

Módosítások

Carl Neuberg kimutatta, hogy amikor speciális vegyszereket adnak az erjesztő élesztőhöz, megváltozik a fermentációs termékek összetétele. Például, ha nátrium-hidrogén-szulfit NaHS03 - ot adunk hozzá , akkor az acetaldehidet köt meg , és nem az etanol, hanem a glicerin lesz a fő fermentációs termék. A biszulfithoz kötött acetaldehid nem tud hidrogén akceptorként működni, ezt a szerepet a dihidroxiaceton-foszfát veszi át , amely redukálódik , defoszforilálódik és glicerinné alakul. Az általános fermentációs egyenlet a következő: glükóz + nátrium-hidrogén-szulfit → glicerin + acetaldehid-szulfit + CO 2 . Ezt a módosítást a biotechnológiában glicerin előállítására használják, és Neuberg-féle II-es fermentációként ismert (Neuberg a normál alkoholos fermentációt az I. formájú fermentációnak tekintette) [12] .

NaHCO 3 vagy Na 2 HPO 4 erjesztő élesztőhöz való hozzáadása megváltoztatja a táptalaj pH -ját, aminek következtében a diszmutációs reakcióban az acetaldehid etanollá és acetáttá alakul , a dihidroxi-aceton-foszfát pedig hidrogént fogad fel, glicerint képezve. Ez a módosulás Neuberg szerint a fermentáció III. formájaként ismert, teljes egyenlete: 2 glükóz + H 2 O → etanol + acetát + 2 glicerin + 2CO 2 [12] .

Emberi felhasználás

Az emberiség évezredek óta alkalmazza az etanolos fermentációs eljárást. Az emberek az erjesztést, különösen a sörfőzésben , a neolitikum óta, ie 7000 körül alkalmazzák. e. Kínában [ 13] . Alkoholos erjesztéssel és sokféle szubsztrátum segítségével különféle alkoholos italokat állítanak elő hozzá: sört , bort , habzóborokat , szeszes italokat [14] .

Az ókori görögök a méz és a víz erjesztésével készült mézsör gyártásáról ismertek . Időközben azonban a méz háttérbe szorult más élelmiszerek, leggyakrabban a gabonafélék (sör és szeszes italok) és a szőlő (bor) mellett. A további alapélelmiszerek közé tartoznak más gyümölcsök, például bogyók, alma és így tovább, rizs (a kedvéért ) és egyebek [1] .

A mikroorganizmusokat-erjesztőket az élelmiszeriparban használják sütéshez, így nyerik az ázsiai konyha egyes termékeit [15] .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 Hogyan lesz a szőlőből és a magokból pia? Tudjon meg többet a fermentációról.  (angol) . Liquor.com . Letöltve: 2022. szeptember 7.
2. ↑ Shurtleff William, Aoyagi Akiko. A fermentáció rövid története, Kelet és Nyugat . Soyinfo Center . Soyfoods Center, Lafayette, Kalifornia. Letöltve: 2018. április 30. Az eredetiből archiválva : 2020. június 7. (határozatlan)
3. ↑ Tobin Allan, Dusheck Jennie. Kérdés az életről  (neopr.) . — 3. Pacific Grove, Kalifornia: Brooks/Cole, 2005. - S. 108-109. — ISBN 9780534406530 .
4. ↑ Cornish-Bowden, Athel. Új sör egy régi üvegben. Eduard Buchner és a biokémiai ismeretek növekedése. - Universitat de Valencia, 1997. - ISBN 978-84-370-3328-0 .
5. ↑ Lagerkvist, Ulf. Az erjesztés rejtélye: a bölcsek kövétől az első biokémiai Nobel-díjig . - World Scientific Publishers, 2005. -  7. o . - ISBN 978-981-256-421-4 .
6. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 23.
7. ↑ Netrusov, Kotova, 2012 , p. 131-132.
8. ↑ Netrusov, Kotova, 2012 , p. 130.
9. ↑ 1 2 Netrusov, Kotova, 2012 , p. 132.
10. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 25.
11. ↑ Kuranova, Kupatadze, 2017 , p. 23-24.
12. ↑ 1 2 Netrusov, Kotova, 2012 , p. 130-131.
13. ^ McGovern PE , Zhang J. , Tang J. , Zhang Z. , Hall GR , Moreau RA , Nuñez A. , Butrym ED , Richards MP , Wang CS , Cheng G. , Zhao Z. , Wang C. Előerjesztett erjesztett italok - és a prototörténelmi Kína.  (angol)  // Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleménye. - 2004. - december 21. ( 101. évf. , 51. sz.). - P. 17593-17598 . - doi : 10.1073/pnas.0407921102 . — PMID 15590771 .
14. ↑ Schmid, 2015 , p. 12-14.
15. ↑ Schmid, 2015 , p. 16-18.

Irodalom

• Netrusov A.I., Kotova I.B. Mikrobiológia. - 4. kiadás, átdolgozva. és további - M . : "Akadémia" Kiadói Központ, 2012. - 384 p. - ISBN 978-5-7695-7979-0 .
• Kuranova N. G., Kupatadze G. A. Mikrobiológia. 2. rész. Prokarióták anyagcseréje. - M. , 2017. - 100 p. - ISBN 978-5-906879-11-0 .
• Shmid R. Vizuális biotechnológia és géntechnológia. — M. : BINOM. Tudáslaboratórium, 2015. - 324 p. — ISBN 978-5-94774-767-6 .

Szótárak és enciklopédiák	Brockhaus és Efron
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 15960482x GND : 4222478-0