La fermentation du glucose est l'une des principales réactions permettant la préparation de boissons alcoolisées. Il peut être réalisé de différentes manières, dans chacune desquelles des produits individuels sont formés. Ce processus joue un rôle clé dans de nombreux domaines de notre vie, de la cuisine et de la fabrication de produits à base de vin et de vodka aux réactions qui se produisent dans notre corps.
Histoire
Le processus de fermentation du glucose et d'autres sucres était utilisé par les peuples anciens. Ils mangeaient des aliments légèrement fermentés. Ces aliments étaient plus sûrs, car ils contenaient de l'alcool, dans lequel de nombreuses bactéries nocives mouraient. Dans l'Égypte ancienne et à Babylone, les gens savaient déjà fermenter de nombreuses boissons sucrées et du lait. Lorsque les gens à la fin du XVIIIe siècle ont réussi à mieux étudier ce processus, ses types et ses possibilités d'amélioration, des industries telles que le kvas, la brasserie et le vin-vodka se sont développées de manière très qualitative.
Types de fermentation
Curieusement, mais ce processus est différent. Et il existe des types de fermentation du glucose par les produits finaux. Ainsi, il y a l'acide lactique, l'alcool, l'acide citrique, l'acétone, le butyrique et plusieurs autres. Parlons un peu de chaque type deséparément. La fermentation lactique du glucose est le principal processus de préparation de produits tels que le yaourt, la crème sure, le kéfir, le fromage cottage. Il est également utilisé pour conserver les légumes et remplit une fonction clé dans notre corps: en cas de manque d'oxygène, le glucose est converti en produit final - l'acide lactique, qui provoque des douleurs musculaires pendant et après l'entraînement.
La fermentation alcoolique est différente en ce sens que l'alcool éthylique est formé comme produit final. Il se produit à l'aide de micro-organismes - la levure. Et il joue un rôle clé en cuisine, puisqu'en plus du produit principal, du gaz carbonique est dégagé lors de la fermentation alcoolique du glucose (ce qui explique la splendeur de la pâte levée).
La fermentation de l'acide citrique se produit, comme vous pouvez le deviner, avec la formation d'acide citrique. Il se produit sous l'influence d'un certain type de champignon et fait partie du cycle de Krebs, qui assure la respiration de toutes les cellules de notre corps.
La fermentation acétone-butyle est très similaire à la fermentation butyrique. En conséquence, de l'acide butyrique, des alcools butylique et éthylique, de l'acétone et du dioxyde de carbone se forment. La fermentation butyrique ne produit que l'acide et le dioxyde de carbone qui portent son nom.
Maintenant, nous allons examiner tous les types plus en détail, mais commençons par le plus basique - la fermentation alcoolique du glucose. Toutes les réactions et les nuances de leur évolution seront analysées en détail.
Fermentation alcoolique
Parlons un peu plus de la fermentation du glucose, dont l'équation est:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Que peut-on retenir de cette réaction ? Nous avons deux produits: l'alcool éthylique et le dioxyde de carbone. En raison de ce dernier, on observe le gonflement de la pâte à levure. Et grâce au premier, nous avons la possibilité d'obtenir un goût inoubliable de vin et de boissons au vin. Mais en fait, ce n'est qu'une équation simplifiée. La réaction complète de fermentation du glucose est plus compliquée, alors décomposons-la un peu.
Il existe un processus tel que la glycolyse. Littéralement, son nom se traduit par « fractionnement du sucre ». Il se produit dans le corps et son sous-produit est l'acide pyruvique, et le principal est l'adénosine triphosphate (ATP), qui se forme au cours de cette réaction à partir d'un autre composé. On peut dire que l'ATP est le vecteur d'énergie dans le corps, et en fait, la glycolyse sert à fournir de l'énergie à notre corps.
Nous avons abordé ce processus pour une raison. En fait, la fermentation ressemble beaucoup à la glycolyse, puisque la première étape est exactement la même pour eux. On peut même dire que la fermentation alcoolique du glucose est une continuation de la glycolyse. Le pyruvate (ion acide pyruvique) formé au cours de ce dernier est transformé en acétaldéhyde (CH3-C(O)H) avec dégagement de dioxyde de carbone comme sous-produit. Après cela, le produit résultant est réduit par la coenzyme NADH contenue dans les bactéries. La réduction conduit à la formation d'alcool éthylique.
Ainsi, la réaction de fermentation du glucose en alcool éthylique ressemble à ceci:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH sert de catalyseur à la réaction, et l'ion NAD+joue un rôle clé dans le stade précoce de la glycolyse, et, formé à la fin de la fermentation alcoolique, revient au processus.
Passons au prochain type de réaction à l'étude.
Fermentation lactique du glucose
Cette espèce diffère de l'alcool en ce qu'elle ne se produit pas sous l'influence de la levure, mais avec l'aide de bactéries lactiques. Par conséquent, nous avons des produits complètement différents. La fermentation lactique se produit également dans nos muscles lorsque nous travaillons dur et manquons d'oxygène.
Il existe deux types de ce processus. La première est la fermentation homofermentaire. Si vous avez déjà entendu le préfixe "homo", alors vous comprenez probablement ce que cela signifie. La fermentation homofermentaire est un processus impliquant une seule enzyme. Au premier stade, la glycolyse se produit et l'acide pyruvique se forme. Ensuite, le pyruvate résultant (en solution, cet acide ne peut exister que sous forme d'ions) est soumis à une hydrogénation à l'aide de NADH+H et de lactate déshydrogénase. En conséquence, le produit de réduction est l'acide lactique, qui représente environ 90 % de tous les produits obtenus au cours de la réaction. Ce composé, cependant, peut également être formé sous la forme de deuxdifférents isomères: D et L. Ces types diffèrent en ce qu'ils sont des images miroir l'un de l'autre et, par conséquent, affectent notre corps de différentes manières. Quel isomère sera formé dans une plus grande mesure détermine la structure de la lactate déshydrogénase.
Passons au deuxième type de fermentation lactique - hétérofermentaire. Ce processus implique plusieurs enzymes et suit un chemin plus complexe. De ce fait, des produits plus différents se forment au cours de la réaction: en plus de l'acide lactique, on peut y trouver de l'acide acétique et de l'alcool éthylique.
Nous avons donc pensé à la fermentation lactique. C'est le processus par lequel nous pouvons apprécier le goût du fromage cottage, du lait caillé, du lait cuit fermenté et du kéfir. Résumons et écrivons la réaction générale de la fermentation lactique du glucose: C6H12O6=2 C 3H6O3. Bien sûr, il s'agit d'un schéma simplifié du processus de fermentation homofermentaire, car même le schéma d'un processus de fermentation hétérofermentaire sera très complexe. Les chimistes étudient toujours la fermentation lactique du glucose et élucident tous ses mécanismes, il y a donc encore place à l'amélioration.
Fermentation d'acide citrique
Les réactions de ce type de fermentation se produisent, comme avec l'alcool, sous l'action de champignons d'une certaine souche. Le mécanisme complet de cette réaction n'est pas encore entièrement compris, et nous ne pouvons compter que sur quelques simplifications. Cependant, il y a des suggestions que l'étape initiale du processus est la glycolyse. Ensuite, l'acide pyruvique est transformé ense transforme en divers acides et devient citrique. En raison de ce mécanisme, d'autres acides s'accumulent dans le milieu réactionnel - produits de l'oxydation incomplète du glucose.
Ce processus se produit sous l'influence de l'oxygène, et en termes généraux, il peut être écrit comme l'équation suivante: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Avant la découverte de ce type de fermentation, on extrayait l'acide citrique exclusivement en pressant le fruit de l'arbre correspondant. Cependant, cet acide ne dépasse pas 15% dans le citron, donc cette méthode s'est avérée peu pratique, et après la découverte de cette réaction, tout l'acide a commencé à être obtenu par fermentation.
Fermentation butyrique
Passons au type suivant. Ce type de fermentation se produit sous l'action de bactéries butyriques. Ils sont répandus et le processus qu'ils provoquent joue un rôle clé dans des cycles biologiquement importants. Avec l'aide de ces bactéries, la décomposition des organismes morts se produit. L'acide butyrique formé lors des réactions attire les charognards par son odeur.
Ce type de fermentation est utilisé dans l'industrie. Comme vous pouvez le deviner, ils obtiennent de l'acide butyrique. Ses esters sont largement utilisés en parfumerie et ont une odeur agréable, contrairement à elle-même. Cependant, la fermentation butyrique n'est pas toujours bénéfique. Il peut gâcher les légumes, les conserves, le lait et d'autres produits. Mais cela ne peut se produire que si des bactéries butyriques ont pénétré dans le produit.
Analysons le mécanisme du butyriquefermentation du glucose. Sa réaction ressemble à ceci: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . En conséquence, de l'énergie est également générée, ce qui assure l'activité vitale des bactéries butyriques.
Fermentation acétone-butyl
Ce type est très similaire au butyrique. Non seulement le glucose, mais aussi le glycérol et l'acide pyruvique peuvent fermenter de cette manière. Ce processus peut être divisé en deux étapes: la première (parfois appelée acide) est en fait la fermentation butyrique. Cependant, en plus de l'acide butyrique, de l'acide acétique est également libéré. À la suite de la fermentation du glucose de cette manière, nous obtenons des produits qui passent à la deuxième étape (acétonobutyle). Comme tout ce processus se produit également sous l'action des bactéries, lorsque le milieu est acidifié (augmentation de la concentration en acides), des enzymes spéciales sont libérées par les bactéries. Ils induisent la conversion des produits de fermentation du glucose en n-butanol (alcool butylique) et en acétone. De plus, de l'éthanol peut être produit.
Autres types de fermentation
En plus des cinq types de processus répertoriés, il en existe plusieurs autres. Par exemple, il s'agit de la fermentation acétique. Elle se produit également sous l'action de nombreuses bactéries. Ce type de fermentation peut être utilisé à des fins utiles lors du marinage. Il protège les aliments des bactéries pathogènes et dangereuses. Il existe également des fermentations alcalines ou méthaniques. Contrairement aux types précédents, ce typela fermentation peut être effectuée pour la plupart des composés organiques. À la suite d'un grand nombre de réactions complexes, les substances organiques sont divisées en méthane, hydrogène et dioxyde de carbone.
Rôle biologique
La fermentation est le moyen le plus ancien d'obtenir de l'énergie par les organismes vivants. Certaines créatures produisent des substances organiques, recevant de l'énergie en cours de route, tandis que d'autres détruisent ces substances, tout en recevant également de l'énergie. Toute notre vie est construite là-dessus. Et en chacun de nous, la fermentation a lieu sous une forme ou une autre. Comme nous l'avons dit plus haut, la fermentation de l'acide lactique se produit dans les muscles lors d'un entraînement intense.
Quoi d'autre à lire ?
Si vous êtes intéressé par la biochimie de ce processus très intéressant, vous devriez commencer par les manuels scolaires de chimie et de biologie. De nombreux manuels universitaires sont si détaillés qu'après les avoir lus, vous pouvez devenir un simple expert dans ce domaine.
Conclusion
Nous arrivons à la fin. Nous avons analysé tous les types de fermentation du glucose et les principes généraux de ces procédés, qui jouent un rôle très important tant dans le fonctionnement des organismes vivants que dans notre industrie. Il est possible qu'à l'avenir nous découvrions plusieurs autres types de cet ancien processus et apprenions à les utiliser à notre avantage, comme nous l'avons fait avec ceux que nous connaissons déjà.
