ما هو التخمير في الكيمياء؟

تخمير هي عملية تستخدم لإنتاج النبيذ والبيرة زبادي ومنتجات أخرى. فيما يلي نظرة على العملية الكيميائية التي تحدث أثناء التخمير.

التخمير هو عملية التمثيل الغذائي التي يكون فيها الكائن الحي يحول الكربوهيدرات، مثل النشا أو السكر، في الكحول أو حمض. على سبيل المثال ، تقوم الخميرة بعملية التخمير للحصول على الطاقة عن طريق تحويل السكر إلى كحول. تقوم البكتيريا بعملية التخمير وتحويل الكربوهيدرات إلى حمض اللاكتيك. تسمى دراسة التخمير علم الحيوان.

يأتي مصطلح "التخمير" من الكلمة اللاتينية متحمس، والتي تعني "تغلي". تم وصف التخمير من قبل الكيميائيين في أواخر القرن الرابع عشر ، ولكن ليس بالمعنى الحديث. أصبحت العملية الكيميائية للتخمير موضوعًا للتحقيق العلمي حوالي عام 1600.

التخمير عملية طبيعية. طبق الناس التخمير لصنع منتجات مثل النبيذ ، والميد ، والجبن ، والبيرة قبل وقت طويل من فهم عملية الكيمياء الحيوية. في 1850 و 1860 ، لويس باستور أصبح الأول عالم الحيوان أو عالم لدراسة التخمير عندما أثبت أن التخمر سببه الخلايا الحية. ومع ذلك ، لم ينجح باستور في محاولاته لاستخراج الإنزيم المسؤول عن التخمير من خلايا الخميرة. في عام 1897 ، قام الخبير الكيميائي الألماني إدوارد Buechner باستخراج الخميرة منها ، ووجد أن السائل يمكن أن يخمر محلول السكر. تعتبر تجربة Buechner بداية علم الكيمياء الحيوية ، وكسبته عام 1907

يدرك معظم الناس الأطعمة والمشروبات التي هي من منتجات التخمير ، ولكن قد لا يدركون أن العديد من المنتجات الصناعية الهامة تنتج عن التخمير.

• بيرة
• نبيذ
• زبادي
• جبنه
• بعض الأطعمة الحامضة التي تحتوي على حمض اللاكتيك ، بما في ذلك مخلل الملفوف ، الكيمتشي ، والبيبروني
• خميرة الخبز بالخميرة
• معالجة مياه الصرف الصحي
• بعض إنتاج الكحول الصناعي ، مثل الوقود الحيوي
• غاز الهيدروجين

تقوم الخميرة وبعض البكتيريا بتخمر الإيثانول حيث يتكسر البيروفات (من استقلاب الجلوكوز) إلى إيثانول و نشبع. المعادلة الكيميائية الصافية لإنتاج الإيثانول من الجلوكوز هي:

ج₆ح₁₂يا₆ (الجلوكوز) → 2 ج₂ح₅OH (إيثانول) + 2 CO₂ (نشبع)

وقد استخدم تخمير الإيثانول إنتاج البيرة والنبيذ والخبز. تجدر الإشارة إلى أن التخمر في وجود مستويات عالية من البكتين ينتج عنه إنتاج كميات صغيرة من الميثانول ، وهو مادة سامة عند استهلاكها.

قد يتم تخمير جزيئات البيروفات من استقلاب الجلوكوز (تحلل السكر) إلى حمض اللاكتيك. يستخدم تخمير حمض اللاكتيك لتحويل اللاكتوز إلى حمض اللاكتيك في إنتاج اللبن. يحدث أيضًا في عضلات الحيوانات عندما تتطلب الأنسجة طاقة بمعدل أسرع من توفير الأكسجين. المعادلة التالية لإنتاج حمض اللاكتيك من الجلوكوز هي:

ج₆ح₁₂يا₆ (الجلوكوز) → 2 CH₃CHOHCOOH (حمض اللاكتيك)

يمكن تلخيص إنتاج حمض اللاكتيك من اللاكتوز والماء على النحو التالي:

ج₁₂ح₂₂يا₁₁ (اللاكتوز) + ح₂O (ماء) → 4 CH₃CHOHCOOH (حمض اللاكتيك)

قد ينتج عن عملية التخمير غاز الهيدروجين وغاز الميثان.

تخضع الأثريات الميثوغينية لرد فعل غير متناسب يتم فيه نقل إلكترون واحد من أ الكربونيل من مجموعة حمض الكربوكسيل إلى مجموعة ميثيل من حمض الأسيتيك لإنتاج الميثان وثاني أكسيد الكربون غاز.

تنتج العديد من أنواع التخمير غاز الهيدروجين. يمكن استخدام المنتج من قبل الكائن الحي لتجديد NAD⁺ من NADH. يمكن استخدام غاز الهيدروجين كركيزة بواسطة مخفضات الكبريتات والميثانوجينات. يعاني البشر من إنتاج غاز الهيدروجين من البكتيريا المعوية ، إنتاج مسطحة.

• التخمير هو عملية لا هوائية ، مما يعني أنها لا تتطلب الأكسجين حتى تحدث. ومع ذلك ، حتى عندما يكون الأكسجين وفيرًا ، تفضل خلايا الخميرة التخمير على التنفس الهوائي ، بشرط توفر كمية كافية من السكر.
• يحدث التخمر في الجهاز الهضمي للإنسان والحيوانات الأخرى.
• في حالة طبية نادرة تسمى متلازمة تخمير الأمعاء أو متلازمة مصنع الجعة التلقائي ، يؤدي التخمر في الجهاز الهضمي البشري إلى التسمم عن طريق إنتاج الإيثانول.
• يحدث التخمر في خلايا العضلات البشرية. يمكن للعضلات أن تنفق ATP أسرع من توفير الأكسجين. في هذه الحالة ، يتم إنتاج ATP عن طريق تحلل السكر ، والذي لا يستخدم الأكسجين.
• على الرغم من أن التخمير هو مسار شائع ، فإنه ليس الطريقة الوحيدة التي تستخدمها الكائنات الحية للحصول على الطاقة اللاهوائية. تستخدم بعض الأنظمة الكبريتات كمستقبل إلكتروني نهائي في سلسلة نقل الإلكترون.

• هوى ، واي. H. (2004). كتيب حفظ وتصنيع الخضر. نيويورك: م. Dekker. ص. 180. ردمك 0-8247-4301-6.
• كلاين ، دونالد دبليو. لانسينج م. هارلي ، جون (2006). علم الاحياء المجهري (الطبعة السادسة). نيويورك: ماكجرو هيل. ردمك 978-0-07-255678-0.
• Purves ، وليام ك. سادافا ، ديفيد إي. Orians ، جوردون إتش. هيلر ، هـ. كريج (2003). الحياة علم الأحياء (الطبعة السابعة). سندرلاند ، ماساتشوستس: سيناور أسوشيتس. ص. 139–140. ردمك 978-0-7167-9856-9.
• ستينكروس ، كيث (2018). كتيب للأغذية المخمرة الأصلية (الطبعة الثانية). الصحافة اتفاقية حقوق الطفل. ردمك 9781351442510.