Kuchacha kwa Glucose ni mojawapo ya athari kuu ambayo kwayo utayarishaji wa vileo huwezekana. Inaweza kufanywa kwa njia tofauti, kwa kila bidhaa ambayo mtu binafsi huundwa. Mchakato huu una jukumu muhimu katika nyanja nyingi za maisha yetu, kuanzia kupika na kutengeneza bidhaa za divai na vodka hadi athari inayotokea katika miili yetu.
Historia
Mchakato wa uchachushaji wa glukosi na sukari nyingine ulitumiwa na watu wa kale. Walikula chakula kilichochacha kidogo. Chakula kama hicho kilikuwa salama zaidi, kwani kilikuwa na pombe, ambayo bakteria nyingi hatari zilikufa. Katika Misri ya kale na Babeli, watu tayari walijua jinsi ya kuchachusha vinywaji na maziwa mengi yenye sukari. Wakati watu mwishoni mwa karne ya 18 waliweza kusoma vizuri mchakato huu, aina zake na uwezekano wa uboreshaji, tasnia kama vile kvass, pombe na divai-vodka zilikua kwa ubora sana.
Aina za uchachishaji
Ajabu, lakini mchakato huu ni tofauti. Na kuna aina za fermentation ya glucose na bidhaa za mwisho. Kwa hiyo, kuna asidi lactic, pombe, asidi citric, acetone, butyric na wengine kadhaa. Hebu tuzungumze kidogo kuhusu kila aina yatofauti. Fermentation ya asidi ya lactic ya sukari ni mchakato kuu katika utayarishaji wa bidhaa kama vile mtindi, cream ya sour, kefir, jibini la Cottage. Pia hutumiwa kuhifadhi mboga na hufanya kazi muhimu katika mwili wetu: katika hali ya ukosefu wa oksijeni, glucose inabadilishwa kuwa bidhaa ya mwisho - asidi ya lactic, ambayo husababisha maumivu ya misuli wakati na baada ya mafunzo.
Uchachushaji wa kileo ni tofauti kwa kuwa pombe ya ethyl huundwa kama bidhaa ya mwisho. Inatokea kwa msaada wa microorganisms - chachu. Na ina jukumu muhimu katika kupikia, kwani pamoja na bidhaa kuu, dioksidi kaboni hutolewa wakati wa uchachushaji wa pombe wa glukosi (hii inaelezea uzuri wa unga wa chachu).
Uchachishaji wa asidi ya citric hutokea, kama unavyoweza kukisia, kwa kutengenezwa kwa asidi ya citric. Hutokea kwa kuathiriwa na aina fulani ya fangasi na ni sehemu ya mzunguko wa Krebs, ambao huhakikisha upumuaji wa seli zote za mwili wetu.
Uchachushaji wa asetoni-butyl unafanana sana na uchachushaji wa butyric. Matokeo yake, asidi ya butyric, pombe za butyl na ethyl, acetone na dioksidi kaboni huundwa. Uchachushaji wa butyric hutoa tu asidi yenye jina na dioksidi kaboni.
Sasa tutaangalia aina zote kwa undani zaidi, lakini wacha tuanze na cha msingi zaidi - uchachushaji wa kileo wa glukosi. Miitikio yote na nuances ya kozi yao itachambuliwa kwa kina.
Uchachushaji wa pombe
Wacha tueleze zaidi kuhusu uchachushaji wa glukosi, ambao mlinganyo wake ni:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. Ni nini kinachoweza kujifunza kutokana na mwitikio huu? Tuna bidhaa mbili: pombe ya ethyl na dioksidi kaboni. Kutokana na mwisho, tunaona uvimbe wa unga wa chachu. Na kwa sababu ya kwanza, tunayo fursa ya kupata ladha isiyoweza kusahaulika ya vinywaji vya divai na divai. Lakini kwa kweli, hii ni equation iliyorahisishwa tu. Mmenyuko kamili wa uchachishaji wa glukosi ni ngumu zaidi, kwa hivyo wacha tuichambue kidogo.
Kuna mchakato kama vile glycolysis. Kwa kweli, jina lake hutafsiri kama "mgawanyiko wa sukari." Inatokea katika mwili, na bidhaa yake ni asidi ya pyruvic, na moja kuu ni adenosine triphosphate (ATP), ambayo hutengenezwa wakati wa mmenyuko huu kutoka kwa kiwanja kingine. Tunaweza kusema kwamba ATP ndio kibeba nishati mwilini, na kwa kweli, glycolysis hutupatia mwili wetu nishati.
Tuligusia mchakato huu kwa sababu fulani. Kwa kweli, fermentation ni sawa na glycolysis, tangu hatua ya kwanza ni sawa kwao. Inaweza hata kusema kuwa fermentation ya pombe ya glucose ni kuendelea kwa glycolysis. Piruvati (ayoni ya asidi ya pyruvic) inayoundwa katika kipindi cha mwisho hubadilishwa kuwa asetalidehidi (CH3-C(O)H) pamoja na kutolewa kwa dioksidi kaboni kama bidhaa nyingine. Baada ya hayo, bidhaa inayotokana imepunguzwa na coenzyme ya NADH iliyo katika bakteria. Kupunguza husababisha kutengenezwa kwa pombe ya ethyl.
Kwa hivyo, mmenyuko wa glukosi kwa pombe ya ethyl inaonekana kama hii:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH hutumika kama kichocheo cha mmenyuko, na ioni ya NAD+ina jukumu muhimu katika hatua ya awali ya glikolisisi, na, ikiundwa mwishoni mwa uchachushaji wa kileo, inarudi kwa mchakato.
Hebu tuendelee kwenye aina inayofuata ya majibu chini ya utafiti.
Uchachushaji wa asidi ya Lactic ya glukosi
Aina hii inatofautiana na pombe kwa kuwa hutokea si chini ya ushawishi wa chachu, lakini kwa msaada wa bakteria ya lactic acid. Kwa hiyo, tuna bidhaa tofauti kabisa. Kuchacha kwa asidi ya lactic pia hutokea katika misuli yetu tunapofanya kazi kwa bidii na kukosa oksijeni.
Kuna aina mbili za mchakato huu. Ya kwanza ni Fermentation ya homofermentative. Ikiwa umewahi kusikia kiambishi awali "homo", basi labda unaelewa maana yake. Uchachushaji wa homoni ni mchakato unaohusisha kimeng'enya kimoja. Katika hatua ya kwanza, glycolysis hutokea na asidi ya pyruvic huundwa. Kisha pyruvate inayotokana (katika suluhisho asidi hii inaweza kuwepo tu katika umbo la ayoni) hutiwa hidrojeni kwa kutumia NADH+H na lactate dehydrogenase. Matokeo yake, bidhaa ya kupunguza ni asidi ya lactic, ambayo hufanya juu ya 90% ya bidhaa zote zilizopatikana wakati wa majibu. Kiwanja hiki, hata hivyo, kinaweza pia kuundwa kwa namna ya mbiliisoma tofauti: D na L. Aina hizi hutofautiana kwa kuwa ni picha za kioo za kila mmoja na, kwa sababu hiyo, huathiri mwili wetu kwa njia tofauti. Ni isomeri ipi itaundwa kwa kiwango kikubwa zaidi huamua muundo wa lactate dehydrogenase.
Hebu tuendelee na aina ya pili ya uchakachuaji wa asidi ya lactic - heterofermentative. Utaratibu huu unahusisha enzymes kadhaa na hufuata njia ngumu zaidi. Kwa sababu hii, bidhaa tofauti zaidi huundwa wakati wa majibu: pamoja na asidi ya lactic, tunaweza kupata asidi asetiki na pombe ya ethyl hapo.
Kwa hivyo tumezingatia uchachushaji wa asidi ya lactic. Huu ndio mchakato ambao tunaweza kufurahiya ladha ya jibini la Cottage, maziwa yaliyokaushwa, maziwa yaliyokaushwa na kefir. Hebu tujumuishe na tuandike majibu ya jumla ya asidi ya lactic kuchacha kwa glukosi: C6H12O6=2 C 3H6O3. Bila shaka, hii ni mchoro rahisi wa mchakato wa fermentation ya homofermentative, kwani hata mchoro wa mchakato wa fermentation ya heterofermentative itakuwa ngumu sana. Wanakemia bado wanachunguza jinsi sukari inavyochacha na kufafanua utaratibu wake kamili, kwa hivyo bado kuna nafasi ya kuboresha.
Uchachushaji wa asidi ya citric
Mitikio ya aina hii ya uchachishaji hutokea, kama vile pombe, chini ya hatua ya uyoga wa aina fulani. Utaratibu kamili wa majibu haya bado haujaeleweka kikamilifu, na tunaweza tu kutegemea kurahisisha baadhi. Hata hivyo, kuna mapendekezo kwamba hatua ya awali ya mchakato ni glycolysis. Kisha asidi ya pyruvic inabadilishwa kuwahugeuka kuwa asidi mbalimbali na huja kwa citric. Kwa sababu ya utaratibu huu, asidi nyingine hujilimbikiza kwenye mmenyuko wa kati - bidhaa za uoksidishaji usio kamili wa glukosi.
Mchakato huu hutokea kwa kuathiriwa na oksijeni, na kwa ujumla inaweza kuandikwa kama mlinganyo ufuatao: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Kabla ya uchachushaji wa aina hii kugunduliwa, watu walitoa asidi ya citric pekee kwa kukandamiza tunda la mti husika. Hata hivyo, asidi hii haizidi 15% kwenye limau, hivyo njia hii iligeuka kuwa haiwezekani, na baada ya ugunduzi wa mmenyuko huu, asidi yote ilianza kupatikana kwa fermentation.
Uchachushaji wa butyric
Wacha tuendelee kwenye aina inayofuata. Aina hii ya fermentation hutokea chini ya hatua ya bakteria ya asidi ya butyric. Wameenea, na mchakato wanaosababisha una jukumu muhimu katika mizunguko muhimu ya kibayolojia. Kwa msaada wa bakteria hizi, uharibifu wa viumbe vilivyokufa hutokea. Asidi ya butyric inayoundwa wakati wa athari huvutia waharibifu kwa harufu yake.
Aina hii ya uchachushaji hutumika viwandani. Kama unavyoweza kudhani, wanapata asidi ya butyric. Esta zake hutumiwa sana katika manukato na zina harufu ya kupendeza, tofauti na yenyewe. Walakini, Fermentation ya butyric sio faida kila wakati. Inaweza kuharibu mboga, chakula cha makopo, maziwa na bidhaa nyingine. Lakini hii inaweza kutokea tu ikiwa bakteria ya asidi ya butyric wameingia kwenye bidhaa.
Hebu tuchambue utaratibu wa butyricfermentation ya glucose. Mwitikio wake unaonekana hivi: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Kwa hivyo, nishati pia huzalishwa, ambayo huhakikisha shughuli muhimu ya bakteria ya butyric.
Uchachushaji wa asetoni-butil
Aina hii inafanana sana na butyric. Sio tu glucose, lakini pia glycerol na asidi ya pyruvic inaweza kuvuta kwa njia hii. Mchakato huu unaweza kugawanywa katika hatua mbili: ya kwanza (wakati mwingine huitwa tindikali) kwa kweli ni uchachushaji wa butyric. Hata hivyo, pamoja na asidi ya butyric, asidi ya asidi pia hutolewa. Kama matokeo ya fermentation ya glucose kwa njia hii, tunapata bidhaa zinazoenda kwenye hatua ya pili (acetonobutyl). Kwa kuwa mchakato huu wote pia hutokea chini ya hatua ya bakteria, wakati kati ni acidified (kuongezeka kwa mkusanyiko wa asidi), enzymes maalum hutolewa na bakteria. Hushawishi ubadilishaji wa bidhaa za uchachushaji wa glukosi kuwa n-butanoli (alkoholi ya butyl) na asetoni. Kwa kuongeza, baadhi ya ethanoli inaweza kuzalishwa.
Aina nyingine za uchachishaji
Mbali na aina tano za mchakato huu zilizoorodheshwa, kuna zingine kadhaa. Kwa mfano, hii ni fermentation ya asetiki. Pia hutokea chini ya hatua ya bakteria nyingi. Aina hii ya fermentation inaweza kutumika kwa madhumuni muhimu wakati wa kuokota. Inalinda chakula kutoka kwa bakteria ya pathogenic na hatari. Kuna pia fermentation ya alkali au methane. Tofauti na aina zilizopita, aina hiiFermentation inaweza kufanywa kwa misombo mingi ya kikaboni. Kama matokeo ya idadi kubwa ya athari changamano, dutu za kikaboni hugawanywa katika methane, hidrojeni na dioksidi kaboni.
Jukumu la kibayolojia
Kuchachusha ni njia ya kale zaidi ya kupata nishati kwa viumbe hai. Viumbe vingine huzalisha vitu vya kikaboni, kupokea nishati njiani, wakati wengine huharibu vitu hivi, wakati pia hupokea nishati. Maisha yetu yote yamejengwa juu ya hii. Na katika kila mmoja wetu, fermentation hufanyika kwa namna moja au nyingine. Kama tulivyosema hapo juu, uchachishaji wa asidi ya lactic hutokea kwenye misuli wakati wa mazoezi makali.
Nini tena ya kusoma?
Ikiwa una nia ya biokemia ya mchakato huu wa kuvutia sana, unapaswa kuanza na vitabu vya shule vya kemia na biolojia. Vitabu vingi vya chuo kikuu vina maelezo mengi sana hivi kwamba baada ya kuvisoma unaweza kuwa mtaalamu tu katika taaluma hii.
Hitimisho
Hapa tunafika mwisho. Tulichambua aina zote za uchachushaji wa glukosi na kanuni za jumla za michakato hii, ambayo ina jukumu muhimu sana katika utendakazi wa viumbe hai na katika tasnia yetu. Inawezekana kwamba katika siku zijazo tutagundua aina kadhaa zaidi za mchakato huu wa kale na kujifunza jinsi ya kuzitumia kwa manufaa yetu, kama tulivyofanya kwa wale ambao tayari tunajulikana.
