Fermentasi glukosa adalah salah satu reaksi utama yang memungkinkan pembuatan minuman beralkohol. Ini dapat dilakukan dengan cara yang berbeda, di mana masing-masing produk individu terbentuk. Proses ini memainkan peran kunci dalam banyak bidang kehidupan kita, mulai dari memasak dan membuat produk anggur dan vodka hingga reaksi yang terjadi di tubuh kita.
Sejarah
Proses fermentasi glukosa dan gula lainnya digunakan oleh orang-orang kuno. Mereka makan makanan yang sedikit difermentasi. Makanan seperti itu lebih aman, karena mengandung alkohol, di mana banyak bakteri berbahaya mati. Di Mesir dan Babel kuno, orang sudah tahu cara memfermentasi banyak minuman manis dan susu. Ketika orang-orang di akhir abad ke-18 berhasil mempelajari proses ini dengan lebih baik, jenis dan kemungkinan untuk perbaikannya, industri seperti kvass, pembuatan bir, dan anggur-vodka tumbuh sangat kualitatif.
Jenis fermentasi
Anehnya, tetapi proses ini berbeda. Dan ada jenis fermentasi glukosa oleh produk akhir. Jadi, ada asam laktat, alkohol, asam sitrat, aseton, butirat dan beberapa lainnya. Mari kita bicara sedikit tentang masing-masing jenisterpisah. Fermentasi asam laktat glukosa adalah proses utama dalam persiapan produk-produk seperti yogurt, krim asam, kefir, keju cottage. Ini juga digunakan untuk mengawetkan sayuran dan melakukan fungsi utama dalam tubuh kita: dalam kondisi kekurangan oksigen, glukosa diubah menjadi produk akhir - asam laktat, yang menyebabkan nyeri otot selama dan setelah latihan.
Fermentasi alkohol berbeda karena etil alkohol terbentuk sebagai produk akhir. Itu terjadi dengan bantuan mikroorganisme - ragi. Dan itu memainkan peran kunci dalam memasak, karena selain produk utama, karbon dioksida dilepaskan selama fermentasi alkohol glukosa (ini menjelaskan keindahan adonan ragi).
Fermentasi asam sitrat terjadi, seperti yang Anda duga, dengan pembentukan asam sitrat. Itu terjadi di bawah pengaruh jenis jamur tertentu dan merupakan bagian dari siklus Krebs, yang memastikan respirasi semua sel dalam tubuh kita.
Fermentasi aseton-butil sangat mirip dengan fermentasi butirat. Akibatnya, asam butirat, butil dan etil alkohol, aseton, dan karbon dioksida terbentuk. Fermentasi butirat hanya menghasilkan asam yang mengandung nama dan karbon dioksida.
Sekarang kita akan melihat semua jenis secara lebih rinci, tetapi mari kita mulai dengan yang paling dasar - fermentasi alkohol glukosa. Semua reaksi dan nuansa tentu saja akan dianalisis secara rinci.
Fermentasi alkohol
Mari kita ceritakan sedikit tentang fermentasi glukosa, persamaannya adalah:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Apa yang bisa dipelajari dari reaksi ini? Kami memiliki dua produk: etil alkohol dan karbon dioksida. Karena yang terakhir, kami mengamati pembengkakan adonan ragi. Dan karena yang pertama, kita berkesempatan mendapatkan rasa wine dan minuman wine yang tak terlupakan. Namun sebenarnya, ini hanyalah persamaan yang disederhanakan. Reaksi fermentasi glukosa lengkap lebih rumit, jadi mari kita uraikan sedikit.
Ada proses seperti glikolisis. Secara harfiah, namanya diterjemahkan sebagai "pemecahan gula." Itu terjadi di dalam tubuh, dan produk sampingannya adalah asam piruvat, dan yang utama adalah adenosin trifosfat (ATP), yang terbentuk selama reaksi ini dari senyawa lain. Kita dapat mengatakan bahwa ATP adalah pembawa energi dalam tubuh, dan sebenarnya, glikolisis berfungsi untuk menyediakan energi bagi tubuh kita.
Kami menyentuh proses ini karena suatu alasan. Faktanya, fermentasi sangat mirip dengan glikolisis, karena tahap pertama persis sama untuk mereka. Bahkan dapat dikatakan bahwa fermentasi alkohol glukosa merupakan kelanjutan dari glikolisis. Piruvat (ion asam piruvat) yang terbentuk selama proses terakhir diubah menjadi asetaldehida (CH3-C(O)H) dengan pelepasan karbon dioksida sebagai produk sampingan. Setelah itu, produk yang dihasilkan direduksi oleh koenzim NADH yang terkandung dalam bakteri. Reduksi mengarah pada pembentukan etil alkohol.
Jadi, reaksi fermentasi glukosa menjadi etil alkohol terlihat seperti ini:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH berfungsi sebagai katalis untuk reaksi, dan ion NAD+memainkan peran kunci dalam tahap awal glikolisis, dan, terbentuk pada akhir fermentasi alkohol, kembali ke proses.
Mari kita beralih ke jenis reaksi berikutnya yang sedang dipelajari.
fermentasi asam laktat glukosa
Spesies ini berbeda dari alkohol karena terjadi tidak di bawah pengaruh ragi, tetapi dengan bantuan bakteri asam laktat. Oleh karena itu, kami memiliki produk yang sama sekali berbeda. Fermentasi asam laktat juga terjadi di otot kita saat kita bekerja keras dan kekurangan oksigen.
Ada dua jenis proses ini. Yang pertama adalah fermentasi homofermentatif. Jika Anda pernah mendengar awalan "homo", maka Anda mungkin mengerti apa artinya. Fermentasi homofermentatif adalah proses yang melibatkan satu enzim. Pada tahap pertama, glikolisis terjadi dan asam piruvat terbentuk. Kemudian piruvat yang dihasilkan (dalam larutan asam ini hanya dapat ada dalam bentuk ion) mengalami hidrogenasi menggunakan NADH+H dan laktat dehidrogenase. Akibatnya, produk reduksi adalah asam laktat, yang membentuk sekitar 90% dari semua produk yang diperoleh selama reaksi. Senyawa ini, bagaimanapun, juga dapat dibentuk dalam bentuk duaisomer yang berbeda: D dan L. Jenis ini berbeda karena merupakan bayangan cermin satu sama lain dan, akibatnya, memengaruhi tubuh kita dengan cara yang berbeda. Isomer mana yang akan terbentuk lebih banyak menentukan struktur laktat dehidrogenase.
Mari kita beralih ke fermentasi asam laktat tipe kedua - heterofermentatif. Proses ini melibatkan beberapa enzim dan mengikuti jalur yang lebih kompleks. Karena itu, lebih banyak produk yang berbeda terbentuk selama reaksi: selain asam laktat, kita dapat menemukan asam asetat dan etil alkohol di sana.
Jadi kami telah mempertimbangkan fermentasi asam laktat. Ini adalah proses dimana kita bisa menikmati rasa keju cottage, susu kental, susu panggang fermentasi dan kefir. Mari kita simpulkan dan tuliskan reaksi umum fermentasi asam laktat glukosa: C6H12O6=2 C 3H6O3. Tentu saja, ini adalah diagram yang disederhanakan dari proses fermentasi homofermentatif, karena diagram proses fermentasi heterofermentatif pun akan sangat kompleks. Ahli kimia masih mempelajari fermentasi laktat glukosa dan menjelaskan mekanisme lengkapnya, sehingga masih ada ruang untuk perbaikan.
fermentasi asam sitrat
Reaksi jenis fermentasi ini terjadi, seperti halnya alkohol, di bawah pengaruh jamur dari jenis tertentu. Mekanisme lengkap dari reaksi ini belum sepenuhnya dipahami, dan kita hanya dapat mengandalkan beberapa penyederhanaan. Namun, ada saran bahwa tahap awal dari proses ini adalah glikolisis. Kemudian asam piruvat diubah menjadiberubah menjadi berbagai asam dan menjadi sitrat. Karena mekanisme ini, asam lain terakumulasi dalam media reaksi - produk oksidasi glukosa yang tidak lengkap.
Proses ini terjadi di bawah pengaruh oksigen, dan secara umum dapat ditulis sebagai persamaan berikut: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Sebelum jenis fermentasi ini ditemukan, orang mengekstrak asam sitrat secara eksklusif dengan menekan buah dari pohon yang sesuai. Namun, asam ini tidak lebih dari 15% dalam lemon, jadi metode ini ternyata tidak praktis, dan setelah ditemukannya reaksi ini, semua asam mulai diperoleh dengan fermentasi.
fermentasi butirat
Mari kita beralih ke jenis berikutnya. Jenis fermentasi ini terjadi di bawah aksi bakteri asam butirat. Mereka tersebar luas, dan proses yang ditimbulkannya memainkan peran kunci dalam siklus biologis yang penting. Dengan bantuan bakteri ini, penguraian organisme mati terjadi. Asam butirat yang terbentuk selama reaksi menarik pemulung dengan baunya.
Jenis fermentasi ini digunakan dalam industri. Seperti yang Anda duga, mereka mendapatkan asam butirat. Esternya banyak digunakan dalam wewangian dan memiliki bau yang menyenangkan, tidak seperti dirinya sendiri. Namun, fermentasi butirat tidak selalu bermanfaat. Dapat merusak sayuran, makanan kaleng, susu dan produk lainnya. Tapi ini hanya bisa terjadi jika bakteri asam butirat telah masuk ke dalam produk.
Mari kita menganalisis mekanisme butiratfermentasi glukosa. Reaksinya seperti ini: C6H12O6 → CH3 CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Akibatnya, energi juga dihasilkan, yang memastikan aktivitas vital bakteri butirat.
Fermentasi aseton-butil
Tipe ini sangat mirip dengan butirat. Tidak hanya glukosa, tetapi juga gliserol dan asam piruvat dapat difermentasi dengan cara ini. Proses ini dapat dibagi menjadi dua tahap: yang pertama (kadang-kadang disebut asam) sebenarnya adalah fermentasi butirat. Namun, selain asam butirat, asam asetat juga dilepaskan. Sebagai hasil dari fermentasi glukosa dengan cara ini, kami mendapatkan produk yang masuk ke tahap kedua (asetonobutil). Karena seluruh proses ini juga terjadi di bawah aksi bakteri, ketika media diasamkan (peningkatan konsentrasi asam), enzim khusus dilepaskan oleh bakteri. Mereka menginduksi konversi produk fermentasi glukosa menjadi n-butanol (butil alkohol) dan aseton. Selain itu, beberapa etanol dapat diproduksi.
Jenis fermentasi lainnya
Selain lima jenis proses ini, ada beberapa lagi. Misalnya, ini adalah fermentasi asetat. Itu juga terjadi di bawah aksi banyak bakteri. Jenis fermentasi ini dapat digunakan untuk tujuan yang berguna saat pengawetan. Ini melindungi makanan dari bakteri patogen dan berbahaya. Ada juga fermentasi basa atau metana. Berbeda dengan tipe sebelumnya, tipe inifermentasi dapat dilakukan untuk sebagian besar senyawa organik. Sebagai hasil dari sejumlah besar reaksi kompleks, zat organik dipecah menjadi metana, hidrogen, dan karbon dioksida.
Peran biologis
Fermentasi adalah cara paling kuno untuk memperoleh energi oleh organisme hidup. Beberapa makhluk menghasilkan zat organik, menerima energi di sepanjang jalan, sementara yang lain menghancurkan zat ini, sementara juga menerima energi. Seluruh hidup kita dibangun di atas ini. Dan di masing-masing dari kita, fermentasi terjadi dalam satu bentuk atau lainnya. Seperti yang kami katakan di atas, fermentasi asam laktat terjadi di otot selama latihan intensif.
Apa lagi yang harus dibaca?
Jika Anda tertarik dengan biokimia dari proses yang sangat menarik ini, Anda harus mulai dengan buku pelajaran kimia dan biologi sekolah. Banyak buku pelajaran universitas yang begitu rinci sehingga setelah membacanya Anda bisa menjadi ahli di bidang ini.
Kesimpulan
Di sini kita sampai pada akhir. Kami menganalisis semua jenis fermentasi glukosa dan prinsip umum proses ini, yang memainkan peran yang sangat penting baik dalam fungsi organisme hidup maupun dalam industri kami. Ada kemungkinan bahwa di masa depan kita akan menemukan beberapa jenis lagi dari proses kuno ini dan belajar bagaimana menggunakannya untuk keuntungan kita, seperti yang kita lakukan dengan yang sudah kita kenal.
