Fermentacja (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.

R1Pj5pHlEpLNS

Zdjęcie przedstawiające biofermentator. Pokryty zieloną blachą zbiornik jest okrągły ze stożkowatą pokrywą, wychodzi z niego kilka rur. W tle znajdują się drzewa oraz błękitne niebo.

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 jest reakcją wieloetapową, zachodzącą w żywych organizmach. W dużym uproszczeniu, biorąc pod uwagę jedynie główny substrat  i ostateczne produkty równanie reakcji chemicznej, wygląda następująco:

$\underset{\text{glukoza}}{{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6}\stackrel{\text{drożdże}}{\to }2 \underset{\text{etanol}}{{\text{C}}_2{\text{H}}_5\text{OH} }+\underset{\text{tlenek} \text{węgla(IV)}}{2 {\text{CO}}_2\uparrow }$

Jest to reakcja rozkładu cukrów prostych do alkoholu etylowego (etanolu) ${\text{C}}_2{\text{H}}_5\text{OH}$ i tlenku węgla($\text{IV}$) ${\text{CO}}_2$. Fermentacja alkoholowa jest biochemicznym procesem, przebiegającym w warunkach beztlenowych.

R16m4vK3BhZxB

Zdjęcie mikroskopowe przedstawiające drożdże w trakcie pączkowania. Mikroorganizmy mają postać jajowatą z kilkoma zaokrąglonymi wypustkami. Mają długość około pięć mikrometrów.

Ciekawostka

Zapoznaj się z poniższym materiałem, a dowiesz się, jak przebiega proces produkcji wina na skalę przemysłową.

RVrysg1j3q1Ff

Na filmie przedstawiono etapy produkcji win gronowych.

Na filmie przedstawiono etapy produkcji win gronowych.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RVrysg1j3q1Ff

Na filmie przedstawiono etapy produkcji win gronowych.

Fermentacja 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:

$\underset{\text{etanol}}{{\text{C}}_2{\text{H}}_5\text{OH}} + \underset{\text{tlen}}{{\text{O}}_2} \stackrel{\text{bakterie} \text{octowe}}{\to } \underset{\text{kwas octowy}}{{\text{CH}}_3\text{COOH}} + \underset{\text{woda}}{{\text{H}}_2\text{O}}$

Proces fermentacji octowej wykorzystywany jest do produkcji octu.

Ciekawostka

Szacuje się, że ocet otrzymywany jest od ponad $10000$ 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.

RY2TZ5s6joQ6J

Ilustracja przedstawiająca schemat przemysłowego wytwarzania octu. 1. a) Surowce skrobiowe, na przykład jęczmień, żyto, ryż, kukurydza, ziemniaki itp. są rozdrabniane i zacierane (słód lub mikrobiologiczne preparaty enzymatyczne). 1. b) Surowce zawierające cukry ulegające fermentacji alkoholowej: owoce, na przykład jabłka winogrona itp., które są rozdrabniane i zostaje z nich wyciśnięty sok oraz inne, na przykład miód czy serwatka, które zostają rozcieńczone lub zagęszczone. 2. Fermentacja alkoholowa (Saccharomyces cerevisiae) przebiegająca zgodnie z równaniem cząsteczka glukozy ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$ strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki etanolu ${\text{C}}_2{\text{H}}_5\text{OH}$ dodać dwie cząsteczki dwutlenku węgla ${\text{CO}}_2$. 3. a) Destylacja dająca spirytus. 3. b) Przygotowanie brzeczki do fermentacji octowej, to jest zakwaszenie octem, korekta stężeń, uzupełnienie składnikami pożywki dla bakterii. 4. Fermentacja octowa, w której biorą udział bakterie kwasu octowego, zgodnie z równaniem: cząsteczka etanolu ${\text{C}}_2{\text{H}}_5\text{OH}$, dodać cząsteczka tlenu ${\text{O}}_2$, strzałka w prawo, nad strzałką zapis "warunki tlenowe", za strzałką cząsteczka kwasu octowego ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ dodać cząsteczka wody ${\text{H}}_2\text{O}$. 5. Ocet, na przykład spirytusowy, winny, słodowy, cydrowy, miodowy, serwatkowy, itp.

Ciekawostka

Zapoznaj się z poniższym materiałem, a dowiesz się, jak przebiega proces produkcji wina na skalę przemysłową.

RVrysg1j3q1Ff

Na filmie przedstawiono etapy produkcji win gronowych.

Na filmie przedstawiono etapy produkcji win gronowych.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RVrysg1j3q1Ff

Na filmie przedstawiono etapy produkcji win gronowych.

Fermentacja 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.

$\text{I.}$ Laktoza, dzięki działaniu enzymu laktazy (βbeta–D–galaktozydaza), ulega hydrolizie z utworzeniem glukozy i galaktozy.

$\underset{\text{laktoza}}{{\text{C}}_{12}{\text{H}}_{22}{\text{O}}_{11}}+\underset{\text{woda}}{{\text{H}}_2\text{O}}\stackrel{\text{laktaza}}{\to }\underset{\text{glukoza}}{{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6}+\underset{\text{galaktoza}}{{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6}$

$\text{II.}$ Glukoza, pod wpływem bakterii mlekowych, tworzy kwas mlekowy:

$\underset{\text{glukoza}}{{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6}\stackrel{\text{bakterie mlekowe}}{\to }2 \underset{\text{kwas mlekowy}}{{\text{CH}}_3\text{CH}\left(\text{OH}\right)\text{COOH}}$

Fermentacja mlekowa jest wykorzystywana w przemyśle spożywczym do produkcji:

• kefirów,

• jogurtów,

• zakwasu chlebowego,

• kiszonych ogórków, kapusty i innych warzyw,

• niektórych wędlin,

• koncentratów spożywczych.

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.

Rg3sQz6zOfwXw

Zdjęcie przedstawiające trzy słoiki z kapustą kiszoną znajdujące się na drewnianym blacie. Obok leży główka młodej kapusty oraz mała, biała miseczka z solą himalajską. W dwóch ze słoików znajduje się czerwona kapusta kiszona w trzecim biała.