Przeczytaj
Czym jest proces fermentacji?
FermentacjaFermentacja (łac. fermentatio „zakwaszenie”, „burzenie się”) to reakcja biochemiczna zachodząca w warunkach beztlenowych przy udziele drobnoustrojów, głównie pod wpływem wydzielanych przez nie enzymów. Zazwyczaj w procesie fermentacji wydzielają się produkty gazowe, które odpowiadają za tworzenie się piany na powierzchni roztworu. Procesy fermentacyjne są głównie formą metabolizmu drobnoustrojów, umożliwiającą pozyskiwanie im energii niezbędną do procesów życiowych.
W przemyśle procesy fermentacyjne są wykorzystywane do otrzymywania określonych produktów, najczęściej w gazowym stanie skupienia.
W tym samym kontekście omawiane zjawisko obejmuje ostatecznie zarówno procesy beztlenowe, jak i tlenowe. Przykładem fermentacji beztlenowej jest fermentacja etanolowa (alkoholowa), zaś fermentacji tlenowej – fermentacja cytrynianowa. Nazwa rodzaju procesu fermentacji wynika z otrzymywanego produktu końcowego. Wyróżniamy np. fermentację etanolową, mleczanową, octową, pirogronianową, masłową, metanową i inne. W tym materiale omówiono pierwsze trzy rodzaje.
Fermentacja alkoholowa (etanolowa)
Fermentacja alkoholowaFermentacja alkoholowa jest reakcją wieloetapową, zachodzącą w żywych organizmach. W dużym uproszczeniu, biorąc pod uwagę jedynie główny substrat i ostateczne produkty równanie reakcji chemicznej, wygląda następująco:
Jest to reakcja rozkładu cukrów prostych do alkoholualkoholu etylowego (etanolu) i tlenku węgla() . Fermentacja alkoholowa jest biochemicznym procesem, przebiegającym w warunkach beztlenowych.
Proces fermentacji alkoholowej wykorzystywany jest do produkcji napojów alkoholowych, takich jak np. wino, piwo, wódka. Wówczas, oprócz etanolu i tlenu węgla(), powstaje również wiele produktów ubocznych – np. gliceryna, kwas bursztynowy i kwas octowy (etanowy), a także wyższe alkohole i estry, odpowiadające za walory smakowo–zapachowe wyrobów.
Fermentacja alkoholowa – badanie procesu
W oparciu o problem badawczy i instrukcję, przeprowadź poniższe doświadczenie i zbadaj wpływ temperatury na przebieg procesu fermentacji. Spośród podanych hipotez, wybierz tę najbardziej słuszną według Ciebie, a po wykonaniu doświadczenia, zanotuj obserwacje oraz wnioski.
Wykonaj poniższe doświadczenie, aby potwierdzić, czy jednym z produktów fermentacji alkoholowej jest tlenek węgla(). Zapisz swoje obserwacje oraz wnioski.
Fermentacja octowa
Fermentacja octowaFermentacja octowa jest procesem biochemicznym, zachodzącym w warunkach tlenowych. Polega na tworzeniu kwasu octowego (kwasu etanowego) z etanolu (alkoholu etylowego) w rozcieńczonym roztworze z udziałem bakterii octowych (AAB, ang. Acetic Acid Bacteria).
Zapis procesu można przedstawić w sposób uproszczony:
Proces fermentacji octowej wykorzystywany jest do produkcji octu.
Szacuje się, że ocet otrzymywany jest od ponad lat.
Do jego produkcji wykorzystuje się różne surowce pochodzenia rolniczego, zawierające węglowodany lub alkohol.
Proces produkcji octu z owoców przebiega w dwóch etapach. Najpierw powstaje alkohol – produkt fermentacji alkoholowej, która przebiega właśnie przy udziale drożdży. Później, pod wpływem tlenu z powietrza z alkoholu, w wyniku fermentacji octowej, powstaje kwas octowy.
W odniesieniu do produktów przemysłu winiarskiego i piwowarskiego może być to proces niekorzystny, ponieważ powoduje kwaśnienie wyrobów alkoholowych.
Fermentacja mlekowa
Fermentacja mlekowaFermentacja mlekowa jest procesem, w którym rozkładowi ulegają takie cukry, jak glukoza, maltoza, laktoza oraz sacharoza, przy udziale enzymów katalizujących fermentację wytwarzanych przez bakterie mlekowe. Produktem fermentacji mlekowej jest kwas mlekowy.
Laktoza, będąca disacharydem, który wchodzi w skład mleka, zostaje przekształcona w kwas mlekowy (kwas 2–hydroksypropanowy). Proces przebiega dwuetapowo.
Laktoza, dzięki działaniu enzymu laktazy (beta–D–galaktozydaza), ulega hydrolizie z utworzeniem glukozy i galaktozy.
Glukoza, pod wpływem bakterii mlekowych, tworzy kwas mlekowy:
Fermentacja mlekowa nie jest możliwa bez bakterii fermentacji mlekowej.
Do produkcji kwasu mlekowego zdolne są przede wszystkim bakterie fermentacji mlekowej (LAB, ang. Lactic Acid Bacteria). Bakterie kwasu mlekowego są grupą zróżnicowaną ewolucyjnie.
Ze względu na metabolizm, bakterie fermentacji mlekowej można podzielić na:
Fermentacja mlekowa jest wykorzystywana w przemyśle spożywczym do produkcji:
kefirów,
jogurtów,
zakwasu chlebowego,
kiszonych ogórków, kapusty i innych warzyw,
niektórych wędlin,
koncentratów spożywczych.
W przypadku tworzenia pasz dla zwierząt, fermentacja mlekowa odnalazła się także w produkcji sianokiszonek.
Fermentacja mlekowa – badanie procesu
Procesy fermentacji alkoholowej, octanowej i mlekowej mają duże znaczenie w gospodarce człowieka – pozwalają bowiem produkować i przechowywać żywność. Złożoność omawianych procesów wpływa na końcowy bukiet smakowy i walory uzyskiwanych produktów. To właśnie produkty pośrednie wpływają na niepowtarzalność i unikatowość smaku danej potrawy czy napoju. Za wszystkie te procesy odpowiadają bakterie i grzyby.
Słownik
reakcja biochemiczna, zachodząca pod wpływem enzymów drobnoustrojów, zwykle w warunkach beztlenowych; niektóre procesy produkcji związków organicznych z wykorzystaniem mikroorganizmów nazwane są fermentacją, mimo że zachodzą z udziałem tlenu, np. fermentacja octowa
proces biochemiczny rozkładu cukrów (głownie heksoz np. glukoza) przy udziale enzymów katalizujących fermentację, wytwarzanych przez drożdże – produktami procesu fermentacji alkoholowej jest etanol oraz tlenek węgla(); proces fermentacji etanolowej wykorzystywany jest do produkcji napojów alkoholowych, takich jak np. wino, piwo, wódka z surowców naturalnych, w których znajdują się polisacharydy – np. owoce czy zboża
proces biochemiczny utleniania etanolu (alkoholu etylowego) do kwasu etanowego (octowego), przy udziale enzymów katalizujących fermentację, wytwarzanych przez bakterie octowe
proces biochemiczny rozkładu cukrów, takich jak glukoza, maltoza, laktoza, sacharoza, przy udziale enzymów katalizujących fermentację, wytwarzanych przez bakterie mlekowe z rodzaju Streptococcus spp. i Lactobacillus spp; produktem jest kwas mlekowy; zachodzi podczas kiszenia ogórków, kapusty czy kwaśnienia mleka
grupa związków organicznych, zawierająca jedną lub więcej grup hydroksylowych
wielkocząsteczkowe związki chemiczne; katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne; ich działanie polega na obniżeniu energii aktywacji katalizowanej reakcji chemicznej
Bibliografia
Bakterie fermentacji mlekowej, pod red. Z. Libudzisza, P. Walczaka i J. Bardowskiego, Łódź 2004.
Bednarski W., Biotechnologia żywności, Warszawa 2003.
Encyklopedia Chemia WSiP, Warszawa 2001.
Grębosz M., Zapotoczny Sz., Słownik Szkolny. Chemia, Kraków 2007.
Hutkins R.W., Microbiology and technology of fermented foods, Iowa 2006.
Narayanan N., Roychoudhury P. K., Srivastava A., L (+) lactic acid fermentation and its product polymerization. Biotechnology Industry, „Electronic Journal of Biotechnology” 2004, nr 7/2, s. 167‑179.
Klebicka E., Kusewicz D., Bakterie kwasu octowego [w:] Mikrobiologia techniczna, pod red. Z. Libudzisza, t. 2., Warszawa 2009, s. 65–71.
Mikroorganizmy w żywności i żywieniu, pod red. J. Gawęckiego i Z. Libudzisza, Poznań 2006.
Molenda J., Zarys mikrobiologii żywności, Wrocław 2003.
Słońska A., Klimuszko D., Bakteriocyny probiotycznych pałeczek z rodzaju Lactobacillus, „Postępy Mikrobiologii” 2010, nr 40/2, s. 87‑96.
Unicki‑Goldginger W.J.H., Życie bakterii, Warszawa 2006.