Москва

м. Авиамоторная,ул. Боровая, д7

8 (495) 233 53 07 10:00-19:00
Корзина
Корзина пуста
Хиты продаж
Заказать звонок

Нам процесс выделения спирта в браге представляется шипением и бульканьем, внешним изменением продуктов, которые мы можем наблюдать. На самом деле, это сложные химические реакции, которые разбираются на многочисленные формулы. По своей сути процесс брожения – это преобразование глюкозы в спирт с выделением углекислого газа, кропотливая работа микроорганизмов.

 

Наука смогла дать обоснование процессу брожения спирта лишь в XIX веке. Первое химическое уравнение представили миру Лавуазье и Гей-Люссак. Сама суть перерождения глюкозы стала предметом споров между великими умами – Луи Пастером и Либихом. Последний настаивал на том, что расщепление сахара на углекислый газ и спирт происходит из-за механических колебаний белковых молекул. Натуралист Пастер склонялся к версии биологической основы, что и смог доказать на практике. Спустя годы было точно установлено, что между глюкозой и дрожжами лежит анаэробное взаимодействие. Аналогичный процесс получается при распаде молекул сахара при кислородном дыхании клеток.

Биохимик и врач М.М. Манассеина с 1871 года начала активно заниматься изучением бесклеточного брожения. В 1897 братьям Бухнер удалось получить дрожжевой сок, благодаря чему открылась сущность реакции. Много известных учёных исследовали спиртовое брожение, среди них: Парнас, Нёйберг, Гарден, Эмбден, Мейергоф и проч.

Отечественным учёным – Лебедеву и Иванову удалось продвинуть теорию брожения спирта на новый уровень. Они смогли одни из первых доказать участие в процесс фосфатов. До Иванова причастие фосфорного эфира не рассматривали, опираясь на анаэробный распад гексозы. Сущность спиртового брожения была многократно обозначена связью аэробных и анаэробных процессов. Ниже приведена схема, которая применима к изготовлению спирта в промышленных условиях.

1.D-глюкоза+АТФ – АДФ+D-глюкозо-6-фосфат

Первичная реакция гликолиза – фосфолирование D-глюкоза с образованием глюкозо-6-фосфата. При этом свободной D-глюкозы в клетке содержится незначительное количество, большая часть выражена в фосфолированной форме.

2.D-глюкозо-6-фосфат#D-фруктозо-6-фосфат

Перерождение D-фруктозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат в процессе изомеризации. Катализируется реакция фосфогексозоизомеразой.

3.D-фруктозо-б-фосфат+АТФ≥О-фруктозо-1,6-дифосфат+АДФ

D-фурктозо-б-фосфата фосфорилируется посредством присоединения остаточной фосфорной кислоты. В результате реакции образуется фруктозо-1,6-дифосфат. При участии фосфофруктокиназы (специального фермента) на этом этапе присоединяется ещё 1 молекула АТФ. Скорость гликолиза ограничивается данной реакцией.

4.0-фруктозо-1,6-дифосфат«^диоксиацетонфосфат+D-глицеральде-гид-3-фосфат

Фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется на фосфотриозы: диоксиацетонфосфат и глицеральдегид-3-фосфат. Катализатором выступает альдолаза.

5.диоксиацетонфосфат«± D-глицеральдегид-З-фосфат

В дальнейшем процессе участвует какая-то 1 фосфотриоза. В данном случае это глицеральдегид-3-фосфат. Фермент триозофосфатизомеразы способствует полному преобразованию диоксиацетонфосфата в глицеральдегид-3-фосфат. В энергетическом клеточном обмене участвует вся глюкоза без остатка.

6.D-глицеральдегид-З-фосфат+(НАД+)+Фн≥1,3-дифосфоглицерат+НАДН+Н+

Последующая реакция гликолитического окисления-восстановления (превращение глицеральдегид-3-фосфата в 1,3-дифосфоглицерат) осуществляется при участии дегидрогеназой триозофосфата. Катализатор – легидрогеназа. Данный этап в гликолизе является единственным естественным из всех окислительных, происходит без участия кислорода. Но необходимо использование НАД+ окислителя. Впоследствии окисленная форма окислительно-восстановительный фермент преобразуется в НАД*Н. При этом НАД-Н обозначается восстановительная форма данного фермента (НАД).

7.1,3-Дифосфоглицерат+АДФ#3-фосфоглицерат+АТФ

Глицеральдегид-3-фосфат+Фн+АДФ+НАД+<*(3-фосфоглицерат+)+АТФ+НАД-Н+ Н+ (к реакциям 1 и 3)

Фосфатная группа переносится на АДФ с 1,3-дифосфоглицерата. Высвобождение энергии происходит при участии ферментов фосфоглицераткиназа и глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназы. При этом карбоксильная группа получается посредством окисления альдегидной группы.

8.3-фосфоглицерат<±2-фосфоглицерат

Процесс превращения 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат под действием катализатора фосфоглицеромутазы.

9.2-фосфоглицерат#фосфоенолпируват+N20

2-фосфоглицерат дегидратируется при участии катализатора енолаза, при этом образуется фосфоенолпирувата.

10.фосфоенолпируват+АДФ^пируват+АТФ

Фосфатная группа переносится на АДФ, образуется пируават. Катализатором для АТФ выступает пируваткиназа. На поворотном этапе преобразования сахара (анаэробное расщепление) образуется пировиноградная кислота. Данный тип реакции является общим для всех видов брожения, гликолиза и дыхания. Роль гликолиза в данном случае заключается в реструктуризации глюкозных молекул. При этом из них образуется пируват, который в химическом смысле является лабильным и высокоактивным. При этом упрощается биохимическое перерождение исходных компонентов.

11.Необратимая реакция: Пируват-+>Ацетальдегид+СO2

Ацетальдегид+НАД-Н+Н+«±Этанол+НАД+

С6Н1206+2Фн+2АДФ≥2С,Н5ОН+(2СO2+)+2АТФ(уравнение спиртового брожения – комплексное)

Пировиноградная кислота преобразуется в дальнейшем анаэробно, если нет доступа кислорода. Далее гликолиз протекает при участии алкогольдегидрогеназы и пируват-декарбоксилазы. Катализатор – лактатдегидрогеназа. Это последний этап выделения основного продукта спиртового брожения – этилового спирта. Спиртовое брожение значительно изменяет специальные ингибиторы.

Вторая форма брожения названа именем Нёйберга. При добавлении бисульфита натрия в процессе брожения выделяется глицерин. Это помогает препятствовать превращению ацетальдегида в спирт путём связывания молекул.

В третьем уравнении на преобразование альдегида в глицерин идёт водород НАД-. Так, в виноградном сусле в процессе брожения накапливаются ацетальдегид и глицерин. По третьей формуле брожения Нёйберга, при подкислении субстрата, ½ молекул ацетальдегида восстанавливается до этилового спирта, а вторая половина превращается в уксусную кислоту.

В среднем в процессе брожения высвобождается около 117 кДж энергии из 2817кДж. Соответственно, 1504 кДж – при дыхании. Этот метод угнетения брожения спирта назван в честь Пастера. Эффектом Крэбтри именуют сокращение дрожжевого дыхания, которое присуще началу процесса.

Здесь были рассмотрены основные вещества – этиловый спирт и углекислый газ. Но помимо них процесс брожения сопровождается присутствием, выделением и преобразованием самых разных компонентов. К побочным относятся: эфиры, уксусная кислота, 2,3-бутиленгликоль, диацетил, глицерин, янтарная, молочная, лимонная и янтарная кислоты. Вторичные продукты брожения образуются из ацетальдегида, для угнетения процесса достаточно 400мг/дм3.  Не стоит превышать дозировку, это грозит перегоранию дрожжей, которые теряют свои способности – преобразовывать ацетальдегид в вещества, которые положительно влияют на изменение вкуса и цвета готового продукта. Это очень важно для приготовления вина и других благородных напитков.

При брожении также выделяются SH-соединения (сульфгидрильных) в виде цистеина и глютатиона. Они способны замедлять процессы восстановления и окисления. Доля SH-соединений напрямую зависит от характеристик дрожжей.

Спиртовое брожение – основа многих спиртных напитков – шампанского, вина и пива. В медицине при помощи него получают глицерин и этиловый спирт высокой степени очистки. 

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Отзывы  

0 #1 Алекс 24.03.2016 10:53
Процесс брожения помню еще из школьной органической химии. Но не представлял о стольких нюансах. В школьном курсе процесс брожения изучали в упрощенной форме. Без анализа появления побочных продуктов.
Цитировать
Добавить отзыв

Защитный код
Обновить

Поделиться
Похожие материалы