ферментация

Вспенивающаяся поверхность ферментирующего вещества из-за дегазации

Значение термина ферментация изменилось с развитием науки.

Старое определение

Термин ферментация первоначально применялся к распознаваемым изменениям в биотических веществах - изменениям массы, связанным, например, с вздутием, газообразованием, нагреванием и разложением, но без развития гнилостного запаха. Влияние воздуха не учитывалось даже при открытии кислорода. Соответственно, процессы, связанные с превращением сусла в вино , сусла в пиво и вина в уксус, были названы ферментацией . Это все еще распространено в технологиях сегодня.

История исследований

Немецкий врач и химик Иоганн Иоахим Бехер учил разницу между гниением и брожением еще в 1650 году. Он также отличал алкогольную («духовную») ферментацию от кислой (связанной с образованием уксусной и молочной кислоты). Примерно в 1815 году Жозеф Луи Гей-Люссак установил химическое уравнение спиртового брожения . Эйльхард Митчерлих подозревал, что биологические катализаторы (ферменты) вступают в контакт только с сахаром и не изменяются сами по себе.

Основываясь на идеях Митчерлиха, Шарль Канььяр де ла Тур смог обнаружить живые организмы с помощью микроскопических исследований. Теодор Шванн обнаружил, что мясной экстракт долгое время остается неразложенным после нагревания до 100 ° C в герметичных контейнерах. Он повторил эти попытки с сахарным раствором и и в этом случае смог избежать брожения. Фридрих Трауготт Кютцинг обнаружил, что ферментация сладких жидкостей в сочетании с образованием этанола и углекислого газа ( спиртовое брожение ) является биотическим процессом и что пивные дрожжи состоят из микроорганизмов .

Луи Пастер исследовал молочнокислое брожение в 1857 году и масляно-кислотное брожение в 1861 году . Он обнаружил, что микроорганизмы при масляно-кислотном брожении могут жить, метаболизировать и расти без кислорода, и что кислород оказывает на них ингибирующий эффект, что было удивительно в то время. Было показано, что и при других типах ферментации организмы ферментации могут жить без кислорода.

Изначально предполагалось, что знание того, что исследуемые ферментации (спиртовое брожение, молочно-кислотное брожение и масляно-кислотное брожение) происходят без кислорода, применимо для всех типов ферментации. Однако позже было установлено, что не все ферментации происходят без включения кислорода, например ферментация уксусной кислоты . По этой причине были сформулированы новые, несколько иные определения ферментации , но все они исключают кислород (O 2 ) как акцептор электронов.

Новое определение

Новое определение ферментации : «Микробное разложение органических веществ без участия внешних акцепторов электронов, таких как кислород (O 2 ), с целью производства энергии».

В принципе, органические вещества можно расщепить в анаэробных или аэробных условиях. Например, кислород потребляется при так называемом брожении уксусной кислоты. Однако это не соответствует новому определению. Следовательно, ферментация уксусной кислоты не является ферментацией в новом ( научном ) смысле.

Дополнительная неопределенность вызвана тем, что по-английски ферментация называется ферментацией . Однако в немецком языке термин ферментация используется как минимум в трех разных значениях:

  • Ферментация в более позднем понимании: метаболизм биотической энергии без включения кислорода.
  • Изменения в биотическом сырье, инициированные для производства определенных продуктов, например, ферментация табачных листьев при производстве курительного табака и ферментация содержимого стручков какао (включая их семена) в процессе производства какао-порошка и шоколада. . Кислород не исключен или исключен только частично .
  • В биотехнологии - контролируемое производство биотических продуктов метаболизма с включением кислорода или без него .

Виды брожения

важность

Биологическое значение

По сравнению с дыханием , ферментация генерирует лишь небольшое количество энергии, поскольку вместо цикла лимонной кислоты и последующей дыхательной цепи используется только фосфорилирование цепи субстрата . Однако ферментация - это способ быстрого образования аденозинтрифосфата (АТФ) посредством фосфорилирования цепи субстрата . Это также выгодно для анаэробно растущих организмов, поскольку они не зависят от внешнего акцептора электронов кислорода.

В некоторых случаях места обитания более высокоразвитых аэробных организмов также бедны кислородом. Целкислоты и другие морские позвоночные животные ферментируют, чтобы удовлетворить свои потребности в энергии, поскольку они живут на глубинах с низкой концентрацией растворенного кислорода. Также кальмары связывают часть своей энергии с ферментацией пирувата и вызывают оба октопина .

Организмы, выполняющие ферментацию, также называются (первичными) ферментерами. С другой стороны, некоторые микроорганизмы являются так называемыми вторичными ферментерами : они поглощают продукты ферментации первичных ферментеров и сбраживают их до диоксида углерода (CO 2 ), ацетата или водорода (H 2 ).

Техническое значение

Ферментация используется различными способами для производства, очистки и хранения пищевых продуктов и кормов (особенно алкогольная ферментация и молочнокислая ферментация).

Смотри тоже

литература

  • Катарина Мунк (Ред.): Карманный учебник Биология: Микробиология. Тиме, Штутгарт 2008, ISBN 978-3-13-144861-3 .
  • Райнхард Реннеберг: Биотехнология для начинающих. 2-е издание. Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, Мюнхен 2007, ISBN 3-827-41847-X .

веб ссылки

Commons : Fermentation  - коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Отто Вестфаль , Теодор Виланд , Генрих Хюбшманн: регулятор жизни. Гормонов, витаминов, ферментов и других активных ингредиентов. Societäts-Verlag, Франкфурт-на-Майне, 1941 г. (= Frankfurter Bücher. Исследования и жизнь. Том 1), стр. 58 f.
  2. ↑ Comptes rendus de l'Academie des Sciences, 4 , 903 (1837).
  3. ^ Шарль Каньяр-Латур: Память о винном брожении. В: Анналы химии и тела . Vol. 68, 1838, pp. 206-222.
  4. ↑ Погг. Аня. d. Тел., 41 , 184 (1837).
  5. ^ Теодор Шванн: Предварительное сообщение об экспериментах по ферментации и гниению. В кн . : Анналы физики и химии . Vol. 41, 1837, pp. 184-193.
  6. ↑ Kützing, FT (1837): Микроскопические исследования дрожжей и маточного уксуса, а также нескольких других связанных растительных структур . В: Journ. Practical Chem . 11. С. 385-409.
  7. ↑ Луи Пастер: Воспоминания о лактовом брожении. (Extrait des l'auteur). В: Comptes rendus de l'Académie des Sciences . Vol. 45, 1857, pp. 913-916.
  8. ↑ Луи Пастер: Animalcules infusoires vivant sans gaz oxygène libre et déterminant des fermentation. В: Comptes rendus de l'Académie des Sciences. Vol. 52, 1861, pp. 344-347.
  9. ↑ Франц Лафар : Брожение уксусной кислоты . В: Franz Lafar (Hrsg.): Handbuch der Technischen Mykologie , Vol. V, Kap. 19, Густав Фишер, Йена 1913.
  10. ^ Альфред Пюлер, Манфред Регитц и Рольф Д. Шмид: Компактный лексикон Römpp, биохимия и молекулярная биология . Тиме, Штутгарт 2000; ISBN 3-13-116681-9 ; С. 200.
  11. ↑ Катарина Мунк (ред.): Карманный учебник Биология: Микробиология . Thieme Verlag Stuttgart, Нью-Йорк 2008, ISBN 978-3-13-144861-3 , стр. 376.