fermentacja

Pieniąca się powierzchnia substancji fermentującej z powodu odgazowania

Wraz z postępem nauki zmieniło się znaczenie terminu fermentacja .

Starsza definicja

Termin fermentacja był pierwotnie stosowany do rozpoznawalnych zmian w substancjach biotycznych - zmian masy, związanych np. z wybrzuszeniem, tworzeniem się gazu, ogrzewaniem i rozkładem, ale bez rozwoju gnilnego zapachu. Wpływ powietrza nie był brany pod uwagę, nawet gdy odkryto tlen. W związku z tym procesy związane z przetwarzaniem moszczu w wino , brzeczki w piwo i wina w ocet nazwano fermentacją . Jest to nadal powszechne w dzisiejszej technologii.

Historia badań

Już w 1650 r . niemiecki lekarz i chemik Johann Joachim Becher nauczał różnicy między gniciem a fermentacją . Rozróżniał także fermentację alkoholową („duchową”) od kwasowej (związanej z powstawaniem kwasu octowego i mlekowego). Około 1815 r. równanie chemiczne fermentacji alkoholowej zostało ustalone przez Josepha Louisa Gay-Lussaca . Eilhard Mitscherlich podejrzewał katalizatory biologiczne (fermenty), które stykają się tylko z cukrem i same się nie zmieniają.

Opierając się na pomysłach Mitscherlicha, Charles Cagniard de la Tour był w stanie wykryć żywe organizmy poprzez badania mikroskopowe. Theodor Schwann stwierdził, że ekstrakt z mięsa pozostaje nierozłożony przez długi czas po podgrzaniu do 100°C w hermetycznych pojemnikach. Powtórzył te próby z roztworem cukru i również w tym przypadku był w stanie uniknąć fermentacji. Friedrich Traugott Kützing odkrył, że fermentacja słodkich płynów połączona z powstawaniem etanolu i dwutlenku węgla ( fermentacja alkoholowa ) jest procesem biotycznym, a drożdże piwne składają się z mikroorganizmów .

Louis Pasteur badał fermentację kwasu mlekowego w 1857 roku i masłowego w 1861 roku . Odkrył, że mikroorganizmy w fermentacji kwasu masłowego mogą żyć, metabolizować i rosnąć bez tlenu, a tlen ma na nie działanie hamujące, co było wówczas zaskakujące. Również w innych rodzajach fermentacji wykazano, że organizmy fermentacyjne mogą żyć bez tlenu.

Początkowo zakładano, że wiedza, że ​​badane fermentacje (fermentacja alkoholowa, fermentacja mlekowa i fermentacja kwasu masłowego) przebiegają bez tlenu, ma zastosowanie do wszystkich rodzajów fermentacji. Jednak później okazało się, że nie wszystkie fermentacje zachodzą bez włączenia tlenu, np . fermentacja kwasem octowym . Z tego powodu sformułowano nowe, nieco inne definicje fermentacji , z których wszystkie wykluczają tlen (O 2 ) jako akceptor elektronów.

Nowsza definicja

Nowa definicja fermentacji brzmi: „Degradacja mikrobiologiczna substancji organicznych bez udziału zewnętrznych akceptorów elektronów, takich jak tlen (O 2 ) w celu produkcji energii”.

W zasadzie substancje organiczne mogą być rozkładane w warunkach beztlenowych lub tlenowych . Na przykład tlen jest zużywany w tak zwanej fermentacji kwasu octowego. Nie odpowiada to jednak nowej definicji. Fermentacja kwasem octowym nie jest zatem fermentacją w nowym ( naukowym ) sensie.

Dodatkowa niepewność spowodowana tym, że fermentacja w języku angielskim jest określana jako fermentacja . Jednak w języku niemieckim termin fermentacja jest używany w co najmniej trzech różnych znaczeniach:

  • Fermentacja w nowszym znaczeniu: biotyczny metabolizm energetyczny bez włączenia tlenu.
  • Zmiany w surowcach biotycznych, zapoczątkowane do produkcji niektórych wyrobów, np. fermentacja liści tytoniu przy produkcji tytoniu do palenia oraz fermentacja zawartości strąków kakaowych (w tym ich nasion) przy produkcji proszku kakaowego i czekolady . Tlen nie jest wykluczony lub jest wykluczony tylko częściowo .
  • W biotechnologii kontrolowana produkcja biotycznych produktów przemiany materii, z włączeniem tlenu lub bez niego.

Rodzaje fermentacji

znaczenie

Znaczenie biologiczne

W porównaniu z oddychaniem , fermentacja generuje tylko niewielką ilość energii, ponieważ zamiast cyklu kwasu cytrynowego i następującego po nim łańcucha oddechowego stosuje się tylko fosforylację łańcucha substratu . Fermentacja jest jednak sposobem na szybkie wytworzenie adenozynotrójfosforanu (ATP) poprzez fosforylację łańcucha substratu . Jest to również korzystne dla organizmów rosnących w warunkach beztlenowych, ponieważ nie są one zależne od tlenu zewnętrznego akceptora elektronów.

W niektórych przypadkach siedliska bardziej rozwiniętych organizmów tlenowych są również ubogie w tlen. Coelacidy i inne kręgowce morskie fermentują, aby zaspokoić swoje potrzeby energetyczne, ponieważ żyją na głębokościach, gdzie stężenie rozpuszczonego tlenu jest niskie. Również kalmary wiążą część swojej energii z fermentacji pirogronianu i powoduje zarówno oktopinę .

Organizmy, które przeprowadzają fermentację, są również nazywane (pierwotnymi) fermentorami. Z drugiej strony, niektóre mikroorganizmy są tak zwanymi fermentorami wtórnymi : przechwytują produkty fermentacji z fermentorów pierwotnych i fermentują je dalej do dwutlenku węgla (CO 2 ), octanu lub wodoru (H 2 ).

Znaczenie techniczne

Fermentacje są wykorzystywane na różne sposoby do produkcji, uszlachetniania i konserwacji żywności i pasz (zwłaszcza fermentacja alkoholowa i fermentacja mlekowa).

Zobacz też

literatura

  • Katharina Munk (red.): Podręcznik kieszonkowy Biology: Microbiology. Thieme, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-13-144861-3 .
  • Reinhard Renneberg: Biotechnologia dla początkujących. Wydanie II. Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, Monachium 2007, ISBN 3-827-41847-X .

linki internetowe

Commons : Fermentacja  - kolekcja zdjęć, filmów i plików audio

Indywidualne dowody

  1. ↑ Otto Westphal , Theodor Wieland , Heinrich Huebschmann: regulator życia. Hormony, witaminy, enzymy i inne składniki aktywne. Societäts-Verlag, Frankfurt nad Menem 1941 (= Frankfurter Bücher. Research and Life. Tom 1), s. 58 f.
  2. ↑ Comptes rendus de l'Academie des Sciences, 4 , 903 (1837).
  3. ^ Charles Cagniard-Latour: Mémoire sur la fermentation vineuse. W: Annales de chimie et de physique . t. 68, 1838, s. 206-222.
  4. ↑ Pogg. Anny. re. Ph., 41 , 184 (1837).
  5. ^ Theodor Schwann: Wstępna komunikacja dotycząca eksperymentów na fermentacji i gniciu. W: Roczniki Fizyki i Chemii . t. 41, 1837, s. 184-193.
  6. ↑ Kützing, FT (1837): Badania mikroskopowe drożdży i octu macierzystego, wraz z kilkoma innymi powiązanymi strukturami roślinnymi . W: Dziennik. Chemia Praktyczna . 11, s. 385-409.
  7. ↑ Louis Pasteur: Mémoire sur la fermentation appelée lactique. (Ekstrat autorski). W: Comptes rendus de l'Académie des Sciences . t. 45, 1857, s. 913-916.
  8. ↑ Louis Pasteur: Animalcules infusoires vivant sans gaz oxygène libre et determinant des fermentation. W: Comptes rendus de l'Académie des Sciences. t. 52, 1861, s. 344-347.
  9. ↑ Franz Lafar : Fermentacja kwasem octowym . W: Franz Lafar (hrsg.): Handbuch der Technischen Mykologie , Vol. V, Kap. 19, Gustav Fischer, Jena 1913.
  10. ^ Alfred Pühler, Manfred Regitz i Rolf D. Schmid: Römpp Compact Lexicon Biochemistry and Molecular Biology . Thieme, Stuttgart 2000; ISBN 3-13-116681-9 ; str. 200.
  11. ↑ Katharina Munk (red.): Podręcznik kieszonkowy Biology: Microbiology . Thieme Verlag Stuttgart, Nowy Jork 2008, ISBN 978-3-13-144861-3 , s. 376.