Wyjaśniamy, czym jest fermentacja, jakie rodzaje fermentacji można zastosować i jakie ma różne zastosowania.
Co to jest fermentacja?
Fermentacja to proces utlenianie niekompletny, nie wymagający tlenu, w wyniku czego powstaje substancja organiczna. Jest to proces typu katabolicznego, czyli przemiana molekuły złożone do prostych cząsteczek i generowanie energia chemiczna w formie ATP (Adenozynotrifosforan).
Fermentacja składa się z procesu glikoliza (rozpad cząsteczki glukozy), która wytwarza pirogronian (kwas pirogronowy) i której brakuje tlenu jako receptora dla elektrony pozostały wyprodukowany NADH (dinukleotyd nikotynoadeninowy), wykorzystuje substancję organiczną, którą należy zredukować, aby ponownie utlenić NADH do NAD+, uzyskując w końcu pochodną wyjściowego substratu, która jest utleniona. W zależności od finalnej substancji, będą różne rodzaje fermentacji.
Proces ten został odkryty przez francuskiego chemika Louisa Pasteura, który opisał go jako „Życie bez powietrza” (La vie sans l’air), ponieważ można to przeprowadzić przy braku tlenu przez mikroorganizmy jak bakteria, drożdżelub niektóre metazoans i protisty. A zatem w tym procesie ani mitochondria ani struktur związanych z procesem oddychania komórkowego.
W porównaniu do oddychanie aerobowefermentacja nie jest metoda bardzo wydajne źródło energii: na zużytą cząsteczkę glukozy wytwarzane są tylko 2 cząsteczki ATP, podczas gdy oddychanie uzyskuje się od 36 do 38.
Proces ten jest jednak realizowany przez różne komórki naszego ciała, aby pokryć chwile braku tlenu, jak to ma miejsce w komórkach mięśniowych, które fermentują glukozę, gdy dopływ tlenu nie wystarcza do dalszego oddychania.
Rodzaje fermentacji
Ze względu na substancję otrzymaną pod koniec procesu fermentacji możemy ją zaklasyfikować do:
- Fermentacja alkoholowa. Jest to proces realizowany głównie przez drożdże, w którym z niektórych cukrów wytwarzana jest pewna ilość alkoholu etanolowego, dwutlenek węgla i ATP. Jest to proces używany do produkcji napojów alkoholowych.
- Fermentacja octowa. Własność bakterii z rodzaju Acetobacter, zamienia alkohol etylowy w kwas octowy, czyli alkohol w occie. Jest to jednak proces tlenowy, więc może wystąpić w winach narażonych na działanie powietrze.
- Fermentacja mlekowa. Polega na częściowym utlenianiu glukozy przez bakterie mlekowe lub przez komórki mięśniowe zwierząt (gdy zabraknie im tlenu do oddychania). Proces ten generuje ATP, ale jako produkt uboczny wytwarza kwas mlekowy, który po nagromadzeniu powoduje bolesne uczucie zmęczenia mięśni.
- Fermentacja masłowa. Polega na przemianie glukozy w kwas masłowy i gaz, który nadaje jej typowo nieprzyjemny zapach. Jest charakterystycznie wykonywany przez bakterie z rodzaju Clostridium i wymaga obecności laktozy.
- Fermentacja butanodiolowa. Jest to wariant fermentacji mlekowej, prowadzonej przez Enterobacteriaceae, które uwalniają dwutlenek węgla i wytwarzają butanodiol, bezbarwny i lepki alkohol.
- Fermentacja propionowa. W tym proces interweniować kwas octowy, dwutlenek węgla i kwas bursztynowy. Otrzymywany jest z nich wszystkich kwas propionowy, a substancja żrący o ostrym zapachu.
Zastosowania fermentacji
Wina wymagają procesu produkcyjnego, w którym wykorzystuje się fermentację alkoholową.
Wiele przemysłów wytworzonych przez człowieka wykorzystuje fermentację w celu uzyskania określonych substancji. Na przykład w przemysł spożywczy sera prowadzone są procesy fermentacji propionowej lub w konserwowaniu wielu rodzajów artykułów spożywczych wykorzystuje się obecność kwasu mlekowego, który na skutek fermentacji mlekowej pełni rolę konserwantu.
Podobnie dzieje się z przemysłem alkoholowym, zarówno w przypadku win, piw, jak i innych rodzajów trunków, które wymagają procesu produkcyjnego, w którym interweniuje fermentacja alkoholowa. Z drugiej strony, jeśli niektóre likiery, takie jak wino, pozostaną niezakryte przez dłuższy czas, dodany tlen rozpocznie fermentację octową, a napój zacznie zamieniać się w ocet.