Tindak balas penapaian glukosa. Jenis, makna dan hasil penapaian

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Penapaian glukosa adalah salah satu tindak balas utama yang membolehkan penyediaan minuman beralkohol. Ia boleh dilakukan dengan cara yang berbeza, di mana setiap produk individu terbentuk. Proses ini memainkan peranan penting dalam banyak bidang kehidupan kita, daripada memasak dan membuat produk wain dan vodka kepada tindak balas yang berlaku dalam badan kita.

Sejarah

Proses penapaian glukosa dan gula lain telah digunakan oleh orang purba. Mereka makan makanan yang sedikit ditapai. Makanan sedemikian adalah lebih selamat, kerana ia mengandungi alkohol, di mana banyak bakteria berbahaya mati. Di Mesir dan Babylon purba, orang sudah tahu cara menapai banyak minuman manis dan susu. Apabila orang pada penghujung abad ke-18 berjaya mengkaji dengan lebih baik proses ini, jenis dan kemungkinannya untuk penambahbaikan, industri seperti kvass, pembuatan bir dan wine-vodka berkembang dengan sangat kualitatif.

Jenis penapaian

Cukup pelik, tetapi proses ini berbeza. Dan terdapat jenis penapaian glukosa oleh produk akhir. Oleh itu, terdapat asid laktik, alkohol, asid sitrik, aseton, butirik dan beberapa lagi. Mari kita bercakap sedikit tentang setiap jenissecara berasingan. Penapaian asid laktik glukosa adalah proses utama dalam penyediaan produk seperti yogurt, krim masam, kefir, keju kotej. Ia juga digunakan untuk mengawet sayur-sayuran dan melaksanakan fungsi utama dalam badan kita: dalam keadaan kekurangan oksigen, glukosa ditukar kepada produk akhir - asid laktik, yang menyebabkan sakit otot semasa dan selepas latihan.

Penapaian alkohol adalah berbeza kerana etil alkohol terbentuk sebagai produk akhir. Ia berlaku dengan bantuan mikroorganisma - yis. Dan ia memainkan peranan penting dalam memasak, kerana sebagai tambahan kepada produk utama, karbon dioksida dibebaskan semasa penapaian alkohol glukosa (ini menerangkan kemegahan doh ragi).

Pepenapaian asid sitrik berlaku, seperti yang anda sangka, dengan pembentukan asid sitrik. Ia berlaku di bawah pengaruh jenis kulat tertentu dan merupakan sebahagian daripada kitaran Krebs, yang memastikan pernafasan semua sel dalam badan kita.

penapaian aseton-butil sangat serupa dengan penapaian butirik. Akibatnya, asid butirik, butil dan etil alkohol, aseton dan karbon dioksida terbentuk. Penapaian butirik hanya menghasilkan asid dan karbon dioksida yang mengandungi nama.

Sekarang kita akan melihat semua jenis dengan lebih terperinci, tetapi mari kita mulakan dengan yang paling asas - penapaian alkohol glukosa. Semua tindak balas dan nuansa kursusnya akan dianalisis secara terperinci.

penapaian alkohol

Mari kita ceritakan lebih lanjut tentang penapaian glukosa, persamaannya ialah:S₆N₁₂O₆ =2S₂N ₅OH + 2CO_{2. Apakah yang boleh dipelajari daripada tindak balas ini? Kami mempunyai dua produk: etil alkohol dan karbon dioksida. Oleh kerana yang terakhir, kami memerhatikan pembengkakan doh ragi. Dan disebabkan yang pertama, kami berpeluang untuk mendapatkan rasa wain dan minuman wain yang tidak dapat dilupakan. Tetapi sebenarnya, ini hanyalah persamaan yang dipermudahkan. Tindak balas penapaian glukosa yang lengkap adalah lebih rumit, jadi mari kita pecahkan sedikit.}

Terdapat proses seperti glikolisis. Secara harfiah, namanya diterjemahkan sebagai "pemecahan gula." Ia berlaku di dalam badan, dan hasil sampingannya ialah asid piruvik, dan yang utama ialah adenosin trifosfat (ATP), yang terbentuk semasa tindak balas ini daripada sebatian lain. Kita boleh katakan bahawa ATP adalah pembawa tenaga dalam badan, dan sebenarnya, glikolisis berfungsi untuk membekalkan badan kita dengan tenaga.

Kami menyentuh proses ini atas sebab tertentu. Sebenarnya, penapaian sangat serupa dengan glikolisis, kerana peringkat pertama adalah sama untuk mereka. Malah boleh dikatakan bahawa penapaian alkohol glukosa adalah kesinambungan glikolisis. Piruvat (ion asid piruvat) yang terbentuk dalam perjalanan yang terakhir ditukarkan kepada asetaldehid (CH_{3-C(O)H) dengan pembebasan karbon dioksida sebagai hasil sampingan. Selepas itu, produk yang terhasil dikurangkan oleh koenzim NADH yang terkandung dalam bakteria. Pengurangan membawa kepada pembentukan etil alkohol.}

Oleh itu, tindak balas penapaian glukosa kepada etil alkohol kelihatan seperti ini:

1)C₆H₁₂O₆=2 C₃H₄O₃ + 4 H⁺

2) C₃H₄O₃=CH₃ -COH + CO₂

3) CH₃-COH + NADH + H⁺=C₂H ₅OH + NAD⁺

NADH berfungsi sebagai pemangkin untuk tindak balas, dan ion NAD+memainkan peranan penting dalam peringkat awal glikolisis, dan, terbentuk pada penghujung penapaian alkohol, kembali kepada proses.

Mari kita beralih kepada jenis tindak balas seterusnya yang sedang dikaji.

Pepenapaian asid laktik glukosa

Spesies ini berbeza daripada alkohol kerana ia tidak berlaku di bawah pengaruh yis, tetapi dengan bantuan bakteria asid laktik. Oleh itu, kami mempunyai produk yang sama sekali berbeza. Penapaian asid laktik juga berlaku dalam otot kita apabila kita bekerja keras dan kekurangan oksigen.

Terdapat dua jenis proses ini. Yang pertama ialah penapaian homofermentatif. Jika anda pernah mendengar awalan "homo", maka anda mungkin faham maksudnya. Penapaian homofermentatif ialah proses yang melibatkan satu enzim. Pada peringkat pertama, glikolisis berlaku dan asid piruvik terbentuk. Kemudian piruvat yang terhasil (dalam larutan asid ini boleh wujud hanya dalam bentuk ion) tertakluk kepada penghidrogenan menggunakan NADH+H dan laktat dehidrogenase. Akibatnya, produk pengurangan adalah asid laktik, yang membentuk kira-kira 90% daripada semua produk yang diperoleh semasa tindak balas. Sebatian ini, bagaimanapun, juga boleh dibentuk dalam bentuk duaisomer berbeza: D dan L. Jenis ini berbeza kerana ia adalah imej cermin antara satu sama lain dan, akibatnya, mempengaruhi badan kita dengan cara yang berbeza. Isomer manakah yang akan terbentuk pada tahap yang lebih besar menentukan struktur laktat dehidrogenase.

Mari beralih kepada jenis kedua penapaian asid laktik - heterofermentatif. Proses ini melibatkan beberapa enzim dan mengikut laluan yang lebih kompleks. Disebabkan ini, lebih banyak produk berbeza terbentuk semasa tindak balas: sebagai tambahan kepada asid laktik, kita boleh menemui asid asetik dan etil alkohol di sana.

Jadi kami telah mempertimbangkan penapaian asid laktik. Ini adalah proses di mana kita boleh menikmati rasa keju kotej, susu curdled, susu bakar yang ditapai dan kefir. Mari kita rumuskan dan tuliskan tindak balas umum penapaian asid laktik glukosa: C₆H₁₂O₆=2 C ₃H₆O₃. Sudah tentu, ini adalah rajah ringkas proses penapaian homofermentatif, kerana walaupun rajah proses penapaian heterofermentatif akan menjadi sangat kompleks. Ahli kimia masih mengkaji penapaian laktik glukosa dan menjelaskan mekanisme penuhnya, jadi masih ada ruang untuk penambahbaikan.

penapaian asid sitrik

Tindak balas jenis penapaian ini berlaku, seperti alkohol, di bawah tindakan cendawan daripada ketegangan tertentu. Mekanisme penuh tindak balas ini belum difahami sepenuhnya, dan kita hanya boleh bergantung pada beberapa penyederhanaan. Walau bagaimanapun, terdapat cadangan bahawa peringkat awal proses adalah glikolisis. Kemudian asid piruvik ditukar kepadabertukar menjadi pelbagai asid dan datang kepada sitrik. Disebabkan oleh mekanisme ini, asid lain terkumpul dalam medium tindak balas - hasil pengoksidaan glukosa yang tidak lengkap.

Proses ini berlaku di bawah pengaruh oksigen, dan secara umum ia boleh ditulis sebagai persamaan berikut: 6 _+3O2_=2C 6_N8_{O 7} + 4H₂O. Sebelum jenis penapaian ini ditemui, orang ramai mengekstrak asid sitrik secara eksklusif dengan menekan buah pokok yang sepadan. Walau bagaimanapun, asid ini tidak lebih daripada 15% dalam lemon, jadi kaedah ini ternyata tidak praktikal, dan selepas penemuan tindak balas ini, semua asid mula diperoleh melalui penapaian.

penapaian butirik

Mari kita beralih ke jenis seterusnya. Penapaian jenis ini berlaku di bawah tindakan bakteria asid butirik. Ia meluas, dan proses yang ditimbulkannya memainkan peranan penting dalam kitaran biologi yang penting. Dengan bantuan bakteria ini, penguraian organisma mati berlaku. Asid butirik yang terbentuk semasa tindak balas menarik pemulung dengan baunya.

Jenis penapaian ini digunakan dalam industri. Seperti yang anda fikirkan, mereka mendapat asid butirik. Esternya digunakan secara meluas dalam minyak wangi dan mempunyai bau yang menyenangkan, tidak seperti dirinya. Walau bagaimanapun, penapaian butirik tidak selalunya bermanfaat. Ia boleh merosakkan sayur-sayuran, makanan dalam tin, susu dan produk lain. Tetapi ini boleh berlaku hanya jika bakteria asid butirik telah memasuki produk.

Mari kita analisa mekanisme butirikpenapaian glukosa. Reaksinya kelihatan seperti ini: C₆H₁₂O₆ → CH_3CH2_CH2_{COOH + 2CO}2_{↑ + 2J} 2 _{. Hasilnya, tenaga juga dijana, yang memastikan aktiviti penting bakteria butirik.}

penapaian aseton-butil

Jenis ini sangat serupa dengan butirik. Bukan sahaja glukosa, tetapi juga gliserol dan asid piruvik boleh ditapai dengan cara ini. Proses ini boleh dibahagikan kepada dua peringkat: yang pertama (kadang-kadang dipanggil berasid) sebenarnya adalah penapaian butirik. Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada asid butirik, asid asetik juga dikeluarkan. Hasil daripada penapaian glukosa dengan cara ini, kami mendapat produk yang pergi ke peringkat kedua (acetonobutyl). Oleh kerana keseluruhan proses ini juga berlaku di bawah tindakan bakteria, apabila medium berasid (peningkatan kepekatan asid), enzim khas dikeluarkan oleh bakteria. Mereka mendorong penukaran produk penapaian glukosa kepada n-butanol (butil alkohol) dan aseton. Di samping itu, sesetengah etanol mungkin dihasilkan.

Jenis penapaian lain

Selain lima jenis proses ini yang disenaraikan, terdapat beberapa lagi. Sebagai contoh, ini adalah penapaian asetik. Ia juga berlaku di bawah tindakan banyak bakteria. Penapaian jenis ini boleh digunakan untuk tujuan yang berguna semasa penjerukan. Ia melindungi makanan daripada bakteria patogen dan berbahaya. Terdapat juga penapaian alkali atau metana. Tidak seperti jenis sebelumnya, jenis inipenapaian boleh dijalankan untuk kebanyakan sebatian organik. Hasil daripada sejumlah besar tindak balas kompleks, bahan organik terbahagi kepada metana, hidrogen dan karbon dioksida.

Peranan biologi

Penapaian ialah cara paling kuno untuk mendapatkan tenaga oleh organisma hidup. Sesetengah makhluk menghasilkan bahan organik, menerima tenaga di sepanjang jalan, sementara yang lain memusnahkan bahan ini, sementara juga menerima tenaga. Seluruh hidup kita dibina di atas ini. Dan dalam setiap kita, penapaian berlaku dalam satu bentuk atau yang lain. Seperti yang kami katakan di atas, penapaian asid laktik berlaku dalam otot semasa latihan yang sengit.

Apa lagi yang perlu dibaca?

Jika anda berminat dengan biokimia proses yang sangat menarik ini, anda harus bermula dengan buku teks sekolah dalam kimia dan biologi. Banyak buku teks universiti sangat terperinci sehinggakan selepas membacanya anda boleh menjadi pakar dalam bidang ini.

Kesimpulan

Di sini kita sampai ke penghujungnya. Kami menganalisis semua jenis penapaian glukosa dan prinsip umum proses ini, yang memainkan peranan yang sangat penting dalam kedua-dua fungsi organisma hidup dan dalam industri kami. Ada kemungkinan bahawa pada masa hadapan kita akan menemui beberapa lagi jenis proses purba ini dan mempelajari cara menggunakannya untuk kelebihan kita, seperti yang kita lakukan dengan yang telah diketahui oleh kita.