Che cos'è la fermentazione? Definizione ed esempi

Fermentazione è un processo utilizzato per produrre vino, birra, yogurt e altri prodotti. Ecco uno sguardo al processo chimico che si verifica durante la fermentazione.

Definizione di fermentazione

La fermentazione è un processo metabolico in cui un organismo converte un carboidrato, come amido o zucchero, in un alcool o un acido. Ad esempio, il lievito esegue la fermentazione per ottenere energia convertendo lo zucchero in alcool. I batteri eseguono la fermentazione, convertendo i carboidrati in acido lattico. Viene chiamato lo studio della fermentazione zymology.

Storia della fermentazione

Il termine "fermento" deriva dalla parola latina fervere, che significa "bollire". La fermentazione fu descritta dagli alchimisti della fine del 14 ° secolo, ma non in senso moderno. Il processo chimico di fermentazione divenne oggetto di indagine scientifica intorno all'anno 1600.

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La fermentazione è un processo naturale. Le persone hanno applicato la fermentazione per produrre prodotti come vino, idromele, formaggio e birra molto prima che fosse compreso il processo biochimico. Negli anni 1850 e 1860, Louis Pasteur divenne il primo zymurgist o scienziato per studiare la fermentazione quando ha dimostrato che la fermentazione era causata da cellule viventi. Tuttavia, Pasteur non ha avuto successo nei suoi tentativi di estrarre l'enzima responsabile della fermentazione dalle cellule di lievito. Nel 1897, il chimico tedesco Eduard Buechner macinò il lievito, ne estrasse il fluido e scoprì che il liquido poteva fermentare una soluzione di zucchero. L'esperimento di Buechner è considerato l'inizio della scienza della biochimica, guadagnandosi il premio Nobel per la chimica del 1907.

Esempi di prodotti formati dalla fermentazione

La maggior parte delle persone è a conoscenza degli alimenti e delle bevande che sono prodotti di fermentazione, ma potrebbe non realizzare molti importanti prodotti industriali derivanti dalla fermentazione.

• birra
• Vino
• Yogurt
• Formaggio
• Alcuni alimenti acidi contenenti acido lattico, tra cui crauti, kimchi e peperoni
• Pane lievitato dal lievito
• Trattamento delle acque reflue
• Alcune produzioni alcoliche industriali, come quelle per i biocarburanti
• Idrogeno

Fermentazione dell'etanolo

Il lievito e alcuni batteri eseguono la fermentazione dell'etanolo in cui il piruvato (dal metabolismo del glucosio) viene scomposto in etanolo e anidride carbonica. L'equazione chimica netta per la produzione di etanolo dal glucosio è:

C₆H₁₂O₆ (glucosio) → 2 C₂H₅OH (etanolo) + 2 CO₂ (diossido di carbonio)

La fermentazione dell'etanolo ha utilizzato la produzione di birra, vino e pane. Vale la pena notare che la fermentazione in presenza di alti livelli di pectina provoca la produzione di piccole quantità di metanolo, che è tossico se consumato.

Fermentazione dell'acido lattico

Le molecole di piruvato del metabolismo del glucosio (glicolisi) possono essere fermentate in acido lattico. La fermentazione dell'acido lattico viene utilizzata per convertire il lattosio in acido lattico nella produzione di yogurt. Si verifica anche nei muscoli degli animali quando il tessuto richiede energia a un ritmo più veloce di quello che può essere fornito ossigeno. La prossima equazione per la produzione di acido lattico dal glucosio è:

C₆H₁₂O₆ (glucosio) → 2 CH₃CHOHCOOH (acido lattico)

La produzione di acido lattico da lattosio e acqua può essere sintetizzata come:

C₁₂H₂₂O₁₁ (lattosio) + H₂O (acqua) → 4 CH₃CHOHCOOH (acido lattico)

Produzione di idrogeno e gas metano

Il processo di fermentazione può produrre idrogeno gassoso e metano.

Gli archei metanogenici subiscono una reazione di sproporzione in cui un elettrone viene trasferito da un carbonile di un gruppo di acido carbossilico a un gruppo metilico di acido acetico per produrre metano e anidride carbonica.

Molti tipi di fermentazione producono idrogeno gassoso. Il prodotto può essere utilizzato dall'organismo per rigenerare il NAD⁺ da NADH. L'idrogeno gassoso può essere usato come substrato da riduttori di solfati e metanogeni. Gli esseri umani sperimentano la produzione di gas idrogeno dai batteri intestinali, producendo flatus.

Fatti di fermentazione

• La fermentazione è un processo anaerobico, il che significa che non richiede ossigeno per verificarsi. Tuttavia, anche quando l'ossigeno è abbondante, le cellule di lievito preferiscono la fermentazione alla respirazione aerobica, a condizione che sia disponibile una scorta sufficiente di zucchero.
• La fermentazione si verifica nel sistema digestivo dell'uomo e di altri animali.
• In una rara condizione medica chiamata sindrome di fermentazione intestinale o sindrome di auto-birrificio, la fermentazione nel tratto digestivo umano porta all'intossicazione da produzione di etanolo.
• La fermentazione si verifica nelle cellule muscolari umane. I muscoli possono consumare ATP più velocemente di quanto possa essere fornito ossigeno. In questa situazione, l'ATP è prodotto dalla glicolisi, che non utilizza ossigeno.
• Sebbene la fermentazione sia un percorso comune, non è l'unico metodo utilizzato dagli organismi per ottenere energia in modo anaerobico. Alcuni sistemi utilizzano solfato come accettore finale di elettroni nella catena di trasporto degli elettroni.

fonti

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• Klein, Donald W .; Lansing M .; Harley, John (2006). Microbiologia (6 ° ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K .; Sadava, David E .; Orians, Gordon H .; Heller, H. Craig (2003). La vita, la scienza della biologia (7 ° ed.). Sunderland, Mass .: Sinauer Associates. pagg. 139-140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Manuale degli alimenti fermentati indigeni (2a edizione). CRC Press. ISBN 9781351442510.