La fermentación de la glucosa es una de las principales reacciones por las que es posible la preparación de bebidas alcohólicas. Se puede llevar a cabo de diferentes maneras, en cada una de las cuales se forman productos individuales. Este proceso juega un papel clave en muchas áreas de nuestra vida, desde cocinar y hacer productos de vino y vodka hasta las reacciones que tienen lugar en nuestro cuerpo.
Historia
El proceso de fermentación de la glucosa y otros azúcares fue utilizado por los pueblos antiguos. Comieron alimentos ligeramente fermentados. Dichos alimentos eran más seguros, ya que contenían alcohol, en el que morían muchas bacterias dañinas. En el antiguo Egipto y Babilonia, la gente ya sabía cómo fermentar muchas bebidas azucaradas y leche. Cuando la gente a fines del siglo XVIII logró estudiar mejor este proceso, sus tipos y posibilidades de mejora, industrias como el kvas, la elaboración de cerveza y el vino-vodka crecieron de manera muy cualitativa.
Tipos de fermentación
Curiosamente, este proceso es diferente. Y hay tipos de fermentación de glucosa por productos finales. Así, hay ácido láctico, alcohol, ácido cítrico, acetona, butírico y varios otros. Hablemos un poco de cada tipo depor separado. La fermentación del ácido láctico de la glucosa es el proceso principal en la preparación de productos como el yogur, la crema agria, el kéfir y el requesón. También se utiliza para conservar verduras y cumple una función clave en nuestro organismo: en condiciones de f alta de oxígeno, la glucosa se convierte en el producto final, el ácido láctico, que provoca dolores musculares durante y después del entrenamiento.
La fermentación alcohólica es diferente en que se forma alcohol etílico como producto final. Ocurre con la ayuda de microorganismos: levadura. Y juega un papel clave en la cocina, ya que además del producto principal, se libera dióxido de carbono durante la fermentación alcohólica de la glucosa (esto explica el esplendor de la masa de levadura).
La fermentación del ácido cítrico ocurre, como puede suponer, con la formación de ácido cítrico. Ocurre bajo la influencia de cierto tipo de hongo y es parte del ciclo de Krebs, que asegura la respiración de todas las células de nuestro cuerpo.
La fermentación de acetona-butilo es muy similar a la fermentación butírica. Como resultado, se forman ácido butírico, alcoholes butílico y etílico, acetona y dióxido de carbono. La fermentación butírica produce únicamente el ácido del mismo nombre y dióxido de carbono.
Ahora veremos todos los tipos con más detalle, pero comencemos con el más básico: la fermentación alcohólica de la glucosa. Todas las reacciones y los matices de su curso se analizarán en detalle.
Fermentación alcohólica
Contemos un poco más sobre la fermentación de la glucosa, cuya ecuación es:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2. ¿Qué se puede aprender de esta reacción? Tenemos dos productos: alcohol etílico y dióxido de carbono. Debido a esto último, observamos el hinchamiento de la masa de levadura. Y debido a lo primero, tenemos la oportunidad de obtener un sabor inolvidable de vino y bebidas de vino. Pero, de hecho, esto es solo una ecuación simplificada. La reacción completa de fermentación de la glucosa es más complicada, así que vamos a desglosarla un poco.
Existe un proceso como la glucólisis. Literalmente, su nombre se traduce como "partido de azúcar". Ocurre en el cuerpo, y su subproducto es el ácido pirúvico, y el principal es el trifosfato de adenosina (ATP), que se forma durante esta reacción a partir de otro compuesto. Podemos decir que el ATP es el portador de energía en el cuerpo y, de hecho, la glucólisis sirve para proporcionar energía a nuestro cuerpo.
Nos referimos a este proceso por una razón. De hecho, la fermentación es muy similar a la glucólisis, ya que la primera etapa es exactamente la misma para ellos. Incluso se puede decir que la fermentación alcohólica de la glucosa es una continuación de la glucólisis. El piruvato (ion de ácido pirúvico) formado en el curso de este último se convierte en acetaldehído (CH3-C(O)H) con la liberación de dióxido de carbono como subproducto. Después de eso, el producto resultante es reducido por la coenzima NADH contenida en las bacterias. La reducción conduce a la formación de alcohol etílico.
Así, la reacción de fermentación de glucosa a alcohol etílico se ve así:
1)C6H12O6=2 C3H4O3 + 4 H+
2) C3H4O3=CH3 -COH + CO2
3) CH3-COH + NADH + H+=C2H 5OH + NAD+
NADH sirve como catalizador para la reacción, y el ion NAD+juega un papel clave en la etapa inicial de la glucólisis y, formado al final de la fermentación alcohólica, vuelve al proceso.
Pasemos al siguiente tipo de reacción en estudio.
Fermentación de glucosa con ácido láctico
Esta especie se diferencia del alcohol en que no se produce bajo la influencia de la levadura, sino con la ayuda de las bacterias del ácido láctico. Por lo tanto, tenemos productos completamente diferentes. La fermentación del ácido láctico también ocurre en nuestros músculos cuando trabajamos duro y nos f alta oxígeno.
Hay dos tipos de este proceso. La primera es la fermentación homofermentativa. Si alguna vez has escuchado el prefijo "homo", probablemente entiendas lo que significa. La fermentación homofermentativa es un proceso que involucra una sola enzima. En la primera etapa, se produce la glucólisis y se forma ácido pirúvico. Luego, el piruvato resultante (en solución, este ácido solo puede existir en forma de iones) se somete a hidrogenación usando NADH+H y lactato deshidrogenasa. Como resultado, el producto de reducción es ácido láctico, que constituye aproximadamente el 90 % de todos los productos obtenidos durante la reacción. Este compuesto, sin embargo, también se puede formar en forma de dosdiferentes isómeros: D y L. Estos tipos difieren en que son imágenes especulares entre sí y, como resultado, afectan nuestro cuerpo de diferentes maneras. El isómero que se formará en mayor medida determina la estructura de la lactato deshidrogenasa.
Pasemos al segundo tipo de fermentación de ácido láctico: heterofermentativa. Este proceso involucra varias enzimas y sigue un camino más complejo. Debido a esto, se forman más productos diferentes durante la reacción: además del ácido láctico, podemos encontrar allí ácido acético y alcohol etílico.
Así que hemos considerado la fermentación del ácido láctico. Este es el proceso por el cual podemos disfrutar del sabor del requesón, la leche cuajada, la leche horneada fermentada y el kéfir. Resumamos y escribamos la reacción general de la fermentación del ácido láctico de la glucosa: C6H12O6=2 C 3H6O3. Por supuesto, este es un diagrama simplificado del proceso de fermentación homofermentativa, ya que incluso el diagrama de un proceso de fermentación heterofermentativa será muy complejo. Los químicos todavía están estudiando la fermentación láctica de la glucosa y dilucidando sus mecanismos completos, por lo que todavía hay espacio para mejorar.
Fermentación de ácido cítrico
Las reacciones de este tipo de fermentación se producen, como ocurre con el alcohol, bajo la acción de setas de una determinada cepa. El mecanismo completo de esta reacción aún no se comprende por completo, y solo podemos confiar en algunas simplificaciones. Sin embargo, hay sugerencias de que la etapa inicial del proceso es la glucólisis. Entonces el ácido pirúvico se convierte ense convierte en varios ácidos y llega a cítrico. Debido a este mecanismo, se acumulan otros ácidos en el medio de reacción, productos de la oxidación incompleta de la glucosa.
Este proceso ocurre bajo la influencia del oxígeno, y en términos generales se puede escribir como la siguiente ecuación: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. Antes de que se descubriera este tipo de fermentación, la gente extraía el ácido cítrico exclusivamente presionando la fruta del árbol correspondiente. Sin embargo, este ácido no se encuentra más del 15% en el limón, por lo que este método resultó poco práctico, y tras el descubrimiento de esta reacción, todo el ácido comenzó a obtenerse por fermentación.
Fermentación butírica
Pasemos al siguiente tipo. Este tipo de fermentación se produce bajo la acción de las bacterias del ácido butírico. Están muy extendidos y el proceso que provocan juega un papel clave en ciclos biológicamente importantes. Con la ayuda de estas bacterias, se produce la descomposición de los organismos muertos. El ácido butírico formado durante las reacciones atrae a los carroñeros con su olor.
Este tipo de fermentación se utiliza en la industria. Como puede suponer, obtienen ácido butírico. Sus ésteres son muy utilizados en perfumería y tienen un olor agradable, a diferencia de sí mismo. Sin embargo, la fermentación butírica no siempre es beneficiosa. Puede estropear las verduras, los alimentos enlatados, la leche y otros productos. Pero esto solo puede suceder si las bacterias del ácido butírico han entrado en el producto.
Analicemos el mecanismo del butíricofermentación de la glucosa. Su reacción es así: C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 . Como resultado, también se genera energía, lo que asegura la actividad vital de las bacterias butíricas.
Fermentación de acetona-butilo
Este tipo es muy similar al butírico. No solo la glucosa, sino también el glicerol y el ácido pirúvico pueden fermentar de esta manera. Este proceso se puede dividir en dos etapas: la primera (a veces llamada ácida) es en realidad la fermentación butírica. Sin embargo, además del ácido butírico, también se libera ácido acético. Como resultado de la fermentación de la glucosa de esta forma, obtenemos productos que pasan a la segunda etapa (acetonobutilo). Dado que todo este proceso también ocurre bajo la acción de las bacterias, cuando el medio se acidifica (aumento en la concentración de ácidos), las bacterias liberan enzimas especiales. Inducen la conversión de productos de fermentación de glucosa en n-butanol (alcohol butílico) y acetona. Además, se puede producir algo de etanol.
Otros tipos de fermentación
Además de los cinco tipos de este proceso enumerados, hay varios más. Por ejemplo, esta es la fermentación acética. También ocurre bajo la acción de muchas bacterias. Este tipo de fermentación se puede utilizar con fines útiles en el encurtido. Protege los alimentos de bacterias patógenas y peligrosas. También las hay de fermentación alcalina o de metano. A diferencia de los tipos anteriores, este tipola fermentación se puede llevar a cabo para la mayoría de los compuestos orgánicos. Como resultado de un gran número de reacciones complejas, las sustancias orgánicas se dividen en metano, hidrógeno y dióxido de carbono.
Función biológica
La fermentación es la forma más antigua de obtención de energía por parte de los organismos vivos. Algunas criaturas producen sustancias orgánicas, recibiendo energía en el camino, mientras que otras destruyen estas sustancias, al mismo tiempo que reciben energía. Toda nuestra vida se basa en esto. Y en cada uno de nosotros, la fermentación tiene lugar de una forma u otra. Como dijimos anteriormente, la fermentación del ácido láctico ocurre en los músculos durante el entrenamiento intenso.
¿Qué más leer?
Si está interesado en la bioquímica de este proceso tan interesante, debe comenzar con los libros de texto escolares de química y biología. Muchos libros de texto universitarios son tan detallados que después de leerlos puedes convertirte en un experto en este campo.
Conclusión
Aquí llegamos al final. Analizamos todos los tipos de fermentación de glucosa y los principios generales de estos procesos, que juegan un papel muy importante tanto en el funcionamiento de los organismos vivos como en nuestra industria. Es posible que en el futuro descubramos varios tipos más de este antiguo proceso y aprendamos a usarlos a nuestro favor, como hicimos con los que ya conocemos.
