Брожение

Броже́ние (тж. сбра́живание, фермента́ция) — это, в наиболее строгом смысле, анаэробный метаболический распад молекул питательных веществ, например глюкозы, без окисления в чистом виде. Брожение не высвобождает всю имеющуюся в молекуле энергию; оно просто позволяет продолжаться гликолизу (процесс, выходом которого на одну молекулу глюкозы являются две молекулы АТФ), восполняя восстановленные коферменты. Результатом брожения являются этанол, углекислый газ, другие продукты, а далее - молочная кислота, уксусная кислота, этилен и другие восстановленные метаболиты.

  • Термин брожение также используется более широко для обозначения бурного роста микроорганизмов в соответствующей среде. При использовании в этом смысле не делается различия между аэробным и анаэробным метаболизмом.

Брожение часто используется для приготовления или сохранения пищи. Говоря о брожении, обычно имеют в виду брожение сахара (превращение его в спирт) с использованием дрожжей, но, к примеру, при производстве йогурта используются другие виды брожения. Наука о ферментации называется энзимологией.

Брожение обычно предполагает желательную реакцию со стороны микроорганизмов. Вина иногда улучшают с использованием процесса взаимного брожения.

Содержание

История

Поскольку фрукты сбраживаются в своем натуральном состоянии, брожение появилось раньше человеческой истории. Однако, люди с некоторых пор научились контролировать процесс брожения. Есть веские доказательства того, что люди сбраживали напитки в Вавилоне около 5000 г. до н. э., в Древнем Египте около 3000 г. до н. э., в доиспанской Мексике около 2000 г. до н. э. и в Судане около 1500 г. до н. э. Также существуют данные о дрожжевом хлебе в Древнем Египте около 1500 г. до н. э. и сбраживания молока в Вавилоне около 3000 г. до н. э. Китайцы, вероятно, первыми стали сбраживать овощи.

Биохимия

Брожение — это процесс, важный в анаэробных условиях, в отсутствие окислительного фосфорилирования, способного поддерживать генерацию АТФ в процессе гликолиза. Во время брожения пируват преобразуется в различные структуры. Стандартные примеры продуктов брожения: этанол (питьевой спирт), молочная кислота и водород. Однако, продукты брожения могут быть более экзотическими, такими как масляная кислота и ацетон.

Хотя на последнем этапе брожения (превращения пирувата в конечные продукты брожения) не освобождается энергия, он крайне важен для анаэробной клетки, поскольку на этом этапе регенерируется никотинамид аденин динуклеотид (NAD+), который требуется для гликолиза. Это важно для нормальной клеточной деятельности, поскольку гликолиз — единственный источник АТФ в анаэробных условиях.

Продукты брожения содержат химическую энергию (они не полностью окислены), но считаются отходами, поскольку не могут быть подвергнуты дальнейшему метаболизму в отсутствие кислорода (или других более высоко-окисленных приемников электронов). Последствием этого является тот факт, что получение АТФ брожением менее эффективно, чем путём окислительного фосфорилирования, когда пуриват полносью окисляется до двуокиси углерода. В ходе брожения на одну молекулу глюкозы получается две молекулы АТФ (ср. около 36 молекул путём аэробного дыхания). Однако, даже у позвоночных ферментация используется как эффективный способ получения энергии во время коротких периодов интенсивного напряжения, когда перенос кислорода к мышцам недостаточен для поддержания аэробного метаболизма. Тогда как ферментация помогает во время коротких периодов интенсивного напряжения, она не предназначена для длительного использования. Например, у людей ферментация молочной кислоты дает энергию на период от 30 секунд до 2 минут. Скорость генерации АТФ примерно в 100 раз больше, чем при окислительном фосфорилировании. Уровень pH в цитоплазме быстро падает, когда в мышце накапливается молочная кислота, в конечном итоге сдерживая ферменты, вовлеченные в процесс гликолиза.

Продукты реакции брожения

Продукты брожения — это по сути отходы, получившиеся во время превращения пирувата с целью регенерации NAD+ в отсутствие кислорода.

  • Этаноловая ферментация (осуществляется дрожжами и некоторыми типами бактерий) разбивает пируват на этанол и двуокись углерода. Этот вид брожения очень важен в производстве хлеба, пивоварении и винокурении. Если в закваске высока концентрация пектина, может также производиться небольшое количество метанола. Обычно используется только один из продуктов; в производстве хлеба алкоголь улетучивается при выпечке, а в производстве алкоголя двуокись углерода обычно уходит в атмосферу, хотя в последнее время её стараются утилизировать.
  • Ферментация молочной кислоты разбивает пируват на молекулы молочной кислоты. Это происходит в мышцах животных, когда им нужна энергия быстрее, чем кровь может доставить кислород. Также такая ферментация происходит в некоторых бактериях и грибах. Это такие бактерии, которые преобразуют лактозу в молочную кислоту в йогурте, сообщая ему кисловатый вкус.

Обжигающие ощущения в мышцах во время тяжелых физических упражнений соотносятся с получением молочной кислоты и сдвигом к анаэробному гликолизу, поскольку кислород преобразуется в двуокись углерода аэробным гликолизом быстрее, чем организм восполняет запас кислорода; а болезненность в мышцах после физических упражнений вызвана микротравмами мышечных волокон. Организм переходит к этому менее эффективному, но более скоростному методу производства АТФ в условиях недостатка кислорода. Считается, что это был первый источник энергии в ранних организмах до того, как концентрация кислорода в атмосфере стала достаточно высокой, и поэтому эта форма генерации энергии в клетках — более древняя. Затем печень избавляется от излишнего лактата, преобразуя его обратно в важное промежуточное звено гликолиза — пируват.

  • Аэробный гликолиз — это метод, используемый мышечными клетками для производства менее интенсивной энергии за более долгий промежуток времени.
  • Бактерии обычно производят кислоту. Уксус (уксусная кислота) — прямой результат бактериальной ферментации. В молоке кислота сворачивает казеин, превращая молоко в творог. При мариновании продуктов, кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.

Использование

Основная польза от брожения — это превращение, например, превращение сока в вино, зерна в пиво, а углеводов в двуокись углерода при брожении хлебного теста.

По Штейнкраузу (Steinkraus; 1995), брожение пищи выполняет пять главных задач:

  1. Обогащение видов пищи разнообразием вкусов, ароматов и текстуры
  2. Сохранение существенного количества пищи с помощью молочной кислоты, алкоголя, уксусной кислоты и щелочного брожения
  3. Биологическое обогащение пищи протеинами, важными аминокислотами, важными жирными кислотами и витаминами
  4. Детоксификация в процессе брожения пищи
  5. Уменьшение времени и затрат на приготовление пищи

У брожения есть несколько преимуществ, исключительных для пищи. В процессе брожения можно получать важные питательные вещества или устранять непитательные. С помощью брожения пищу можно дольше сохранять, поскольку брожение использует энергию пищи и может создать условия, неподходящие для нежелательных микроорганизмов. Например, при мариновании кислота, получаемая из доминирующей бактериеи, препятствует росту всех других микроорганизмов.

Пищевые продукты, получаемые с использованием брожения (по регионам)

  • Африка: семена гибискуса, острый перцовый соус, lamoun makbouss, mauoloh, msir, mslalla, oilseed, ogili, ogiri, Garri


Ссылки

  • Steinkraus, K. H., Ed. (1995). Handbook of Indigenous Fermented Foods. New York, Marcel Dekker, Inc.
  • The 1811 Household Cyclopedia+
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home