Ce este fermentația în chimie?

Fermentaţie este un proces folosit pentru producerea vinului, berii, iaurt și alte produse. Iată o privire asupra procesului chimic care are loc în timpul fermentației.

Fermentarea este un proces metabolic în care un organism transformă un carbohidrat, cum ar fi amidonul sau a zahăr, într-un alcool sau un acid. De exemplu, drojdia realizează fermentația pentru a obține energie prin transformarea zahărului în alcool. Bacteriile efectuează fermentația, transformând carbohidrații în acid lactic. Studiul fermentației se numește zimologie.

Termenul „ferment” provine de la cuvântul latin fervere, ceea ce înseamnă „a fierbe”. Fermentarea a fost descrisă de alchimiștii din secolul al XIV-lea, dar nu în sensul modern. Procesul chimic de fermentare a devenit subiect de investigații științifice despre anul 1600.

Fermentarea este un proces natural. Oamenii au aplicat fermentația pentru a face produse precum vin, pajiște, brânză și bere cu mult înainte ca procesul biochimic să fie înțeles. În anii 1850 și 1860,

Majoritatea oamenilor sunt conștienți de alimente și băuturi care sunt produse de fermentare, dar este posibil să nu realizeze multe produse industriale importante rezultate din fermentare.

• Bere
• Vin
• Iaurt
• Brânză
• Anumite alimente acre conțin acid lactic, inclusiv varză, kimchi și ardei iute
• Drojdie de pâine prin drojdie
• Tratarea apelor uzate
• Unele producții industriale de alcool, cum ar fi pentru biocombustibili
• Gaz hidrogen

Drojdia și anumite bacterii efectuează fermentația cu etanol unde piruvatul (din metabolismul glucozei) este rupt în etanol și dioxid de carbon. Ecuația chimică netă pentru producția de etanol din glucoză este:

C₆H₁₂O₆ (glucoză) → 2C₂H₅OH (etanol) + 2 CO₂ (dioxid de carbon)

Fermentarea cu etanol a folosit producția de bere, vin și pâine. De remarcat este faptul că fermentația în prezența unor niveluri ridicate de pectină duce la producerea unor cantități mici de metanol, care este toxic atunci când este consumată.

Moleculele de piruvat din metabolismul glucozei (glicoliza) pot fi fermentate în acid lactic. Fermentarea acidului lactic este utilizată pentru a transforma lactoza în acid lactic în producția de iaurt. Apare și în mușchii animalelor, când țesutul necesită energie într-o viteză mai rapidă decât poate fi furnizat oxigen. Următoarea ecuație pentru producția de acid lactic din glucoză este:

C₆H₁₂O₆ (glucoză) → 2 CH₃CHOHCOOH (acid lactic)

Producția de acid lactic din lactoză și apă poate fi rezumată la:

C₁₂H₂₂O₁₁ (lactoză) + H₂O (apă) → 4 CH₃CHOHCOOH (acid lactic)

Procesul de fermentare poate produce gaz hidrogen și gaz metan.

Arhaea metanogenă suferă o reacție de disproporționare în care un electron este transferat de la a carbonil al unei grupări de acid carboxilic la o grupare metil de acid acetic pentru a produce metan și dioxid de carbon gaz.

Multe tipuri de fermentație produc gaz hidrogen. Produsul poate fi utilizat de către organism pentru a regenera NAD⁺ de la NADH. Gazul de hidrogen poate fi utilizat ca substrat de către reducătorii de sulfați și metanogeni. Oamenii experimentează producția de gaz de hidrogen din bacteriile intestinale, producând flatus.

• Fermentarea este un proces anaerob, ceea ce înseamnă că nu necesită oxigen pentru a se produce. Cu toate acestea, chiar și atunci când oxigenul este abundent, celulele de drojdie preferă fermentația decât respirația aerobă, cu condiția să fie disponibilă o cantitate suficientă de zahăr.
• Fermentarea apare în sistemul digestiv al oamenilor și al altor animale.
• Într-o afecțiune medicală rară numită sindromul fermentației intestinale sau sindromul auto-berăriei, fermentația în tractul digestiv uman duce la intoxicație prin producția de etanol.
• Fermentarea are loc în celulele musculare umane. Muschii pot cheltui ATP mai rapid decât poate fi furnizat oxigen. În această situație, ATP este produs prin glicoliză, care nu utilizează oxigen.
• Deși fermentația este o cale comună, nu este singura metodă utilizată de organisme pentru obținerea energiei anaerobe. Unele sisteme folosesc sulfatul ca acceptor final al electronilor în lanț de transport de electroni.

• Hui, Y. H. (2004). Manual de conservare și prelucrare a legumelor. New York: M. Dekker. p. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Microbiologie (Ediția a 6-a). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). Viața, Știința Biologiei (Ediția a 7-a). Sunderland, Liturghie: Sinauer Associates. pp. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Manual de produse alimentare indigene fermentate (Ediția a 2-a). CRC Press. ISBN 9781351442510.