Mitä käyminen on kemiassa?

Käyminen on viinin, oluen, jogurtti ja muut tuotteet. Tässä on katsaus kemialliseen prosessiin, joka tapahtuu käymisen aikana.

Käyminen on aineenvaihduntaprosessi, jossa organismi muuntaa hiilihydraatin, kuten tärkkelys tai a sokeri, osaksi alkoholi tai happo. Esimerkiksi hiiva käy fermentoimalla energian saamiseksi muuttamalla sokeria alkoholiksi. Bakteerit käyvät fermentoimalla, muuttaen hiilihydraatit maitohapoksi. Käymisen tutkimusta kutsutaan zymology.

Termi "fermentaatio" tulee latinalaisesta sanasta fervere, joka tarkoittaa "kiehua". Fermentointia kuvaavat 1400-luvun lopun alkemistit, mutta ei nykyaikaisessa merkityksessä. Kemiallisesta käymisprosessista tuli tieteellisen tutkimuksen kohde noin vuonna 1600.

Käyminen on luonnollinen prosessi. Ihmiset käyttivät käymistä sellaisten tuotteiden valmistukseen, kuten viini, sumu, juusto ja olut jo kauan ennen biokemiallista prosessia. 1850- ja 1860-luvulla

Suurin osa ihmisistä on tietoisia käymistuotteista tarkoitetuista elintarvikkeista ja juomista, mutta ei ehkä ymmärrä, että käymisen seurauksena syntyy monia tärkeitä teollisuustuotteita.

• Olut
• Viini
• Jogurtti
• Juusto
• Tietyt maitohappoa sisältävät hapanruoat, mukaan lukien hapankaali, kimchi ja pepperoni
• Leivän hapattaminen hiivan avulla
• Jätevedenpuhdistus
• Jotkut teollisen alkoholin tuotannosta, kuten biopolttoaineet
• Vetykaasu

Hiiva ja tietyt bakteerit käyvät käymällä etanolia, jolloin pyruvaatti (glukoosimetabolian perusteella) hajoaa etanoliksi ja hiilidioksidi. Kemiallinen nettoyhtälö etanolin tuottamiseksi glukoosista on:

C₆H₁₂O₆ (glukoosi) → 2 C₂H₅OH (etanoli) + 2 CO₂ (hiilidioksidi)

Etanolikäymisessä on käytetty oluen, viinin ja leivän tuotantoa. On syytä huomata, että käyminen korkeissa pektiinipitoisuuksissa tuottaa pieniä määriä metanolia, joka on myrkyllistä kulutuksessa.

Glukoosimetabolian (glykolyysi) pyruvaattimolekyylit voidaan fermentoida maitohapoksi. Maitohappokäymisellä muutetaan laktoosia maitohapoksi jogurtin valmistuksessa. Sitä esiintyy myös eläinten lihaksissa, kun kudos tarvitsee energiaa nopeammin kuin happea voidaan toimittaa. Seuraava yhtälö maitohapon tuotannolle glukoosista on:

C₆H₁₂O₆ (glukoosi) → 2 CH₃CHOHCOOH (maitohappo)

Maitohapon tuotanto laktoosista ja vedestä voidaan tiivistää seuraavasti:

C₁₂H₂₂O₁₁ (laktoosi) + H₂O (vesi) → 4 CH₃CHOHCOOH (maitohappo)

Käymisprosessista voi saada vetykaasua ja metaanikaasua.

Metanogeenisessa arhaassa tapahtuu suhteettomuusreaktio, jossa yksi elektroni siirretään a: sta karboksyylihapporyhmän karbonyyli etikkahapon metyyliryhmäksi metaanin ja hiilidioksidin tuottamiseksi kaasu.

Monet fermentointityypit tuottavat vetykaasua. Organismi voi käyttää tuotetta NAD: n uudistamiseen⁺ NADH: lta. Vetykaasua voidaan käyttää substraattina sulfaattipelkistimillä ja metanogeeneillä. Ihmiset kokevat vetykaasun tuotannon suoliston bakteereista, tuottaa flatus.

• Käyminen on anaerobinen prosessi, eli se ei vaadi happea tapahtuakseen. Vaikka happea on runsaasti, hiivasolut mieluummin käyvät kuin aerobista hengitystä, edellyttäen että sokeria on riittävästi.
• Käyminen tapahtuu ihmisten ja muiden eläinten ruuansulatuksessa.
• Harvinaisessa sairaudessa, jota kutsutaan suoliston käymisoireyhtymäksi tai auto-panimooireyhtymäksi, käyminen ihmisen ruuansulatuksessa johtaa etanolin tuotannon aiheuttamaan myrkytykseen.
• Käyminen tapahtuu ihmisen lihassoluissa. Lihakset voivat kuluttaa ATP nopeammin kuin happea voidaan toimittaa. Tässä tilanteessa ATP muodostuu glykolyysiä, joka ei käytä happea.
• Vaikka käyminen on yleinen reitti, se ei ole ainoa menetelmä, jota organismit käyttävät energian saamiseksi anaerobisesti. Jotkut järjestelmät käyttävät sulfaattia lopullisena elektroniakseptorina elektronin kuljetusketju.

• Hui, Y. H. (2004). Vihannesten säilyttämisen ja jalostamisen käsikirja. New York: M. Dekker. s. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobiologia (6. painos). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). Elämä, biologian tiede (7. painos). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates. ss. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Alkuperäisten fermentoitujen elintarvikkeiden käsikirja (2. painos). CRC Press. ISBN 9781351442510.