Cos'è la fermentazione; definizione ed esempi (O que é fermentação; definição e exemplos)

La fermentazione è un tipo di metabolismo redox eseguito in assenza di ossigeno.

Durante la fermentazione, le molecole organiche (ad esempio, glucosio) vengono catabolizzate e donano elettroni ad altre molecole organiche.

Nel processo, si formano ATP e prodotti finali organici (ad esempio, lattato).

Poiché non è richiesto ossigeno, è un'alternativa alla respirazione aerobica.

Oltre il 25% dei batteri e degli archei esegue la fermentazione.

Vivono nell'intestino, nei sedimenti, nel cibo e in altri ambienti.

Anche gli eucarioti, compresi gli esseri umani e altri animali, eseguono la fermentazione.

La fermentazione è importante in diverse aree della società umana.

Gli esseri umani hanno utilizzato la fermentazione nella produzione di cibo per 13.000 anni.

Gli esseri umani e il loro bestiame hanno microbi nell'intestino che eseguono la fermentazione, rilasciando prodotti utilizzati dall'ospite per l'energia.

La fermentazione viene utilizzata a livello industriale per produrre prodotti chimici di base, come etanolo e lattato.

In totale, la fermentazione forma più di 50 prodotti finali metabolici.

Questo processo evidenzia il potere dell'attività microbica.

Cos'è la fermentazione; definizione ed esempi

In chimica e biologia, la fermentazione è un processo biochimico che ricava energia dai carboidrati senza usare ossigeno.

Molti alimenti derivano dalla fermentazione, inoltre il processo ha applicazioni industriali.

Ecco la definizione di fermentazione, esempi di prodotti fermentati e uno sguardo a come funziona la fermentazione.

Definizione di fermentazione

La fermentazione è un processo metabolico negli organismi che converte i carboidrati in energia chimica, senza richiedere ossigeno.

In altre parole, è un processo anaerobico.

Al contrario, la respirazione cellulare produce energia, ma è un processo aerobico (richiede ossigeno).

Oltre alle molecole di energia (come l'ATP), la fermentazione produce una varietà di molecole, tra cui etanolo, anidride carbonica, acido lattico, metanolo, idrogeno, metano, acido butirrico, acetone e acido acetico.

Esempi di organismi che svolgono la fermentazione includono funghi (lievito), animali (umani, bovini) e batteri (Clostridium).

La parola fermentazione deriva dalla parola latina fermente, che significa bollire.

Esempi di fermentazione

Mentre gli organismi usano la fermentazione principalmente per produrre energia, le persone applicano il processo per realizzare molti prodotti.

Potresti sapere che birra, vino e formaggio derivano dalla fermentazione, ma altri esempi potrebbero sorprenderti.

• Birra

• Vino

• Idromele

• Liquore

• Formaggio

• Yogurt

• Cibo acido contenente acido lattico, come kimchi, crauti, sottaceti e salame piccante

• Pane lievitato

• Alcol industriale, come per i biocarburanti

• Il trattamento delle acque reflue prevede la fermentazione.

• I muscoli umani inizialmente usano la respirazione aerobica, ma passano alla fermentazione e producono acido lattico come fonte di energia anaerobica.

• I batteri nel tratto digerente umano eseguono la fermentazione, producendo gas idrogeno e talvolta metano sotto forma di flatulenza (scoregge). Gli erbivori, come i bovini, rilasciano più metano.

Biochimica della fermentazione del lievito: uno sguardo più da vicino

L'esempio classico di fermentazione è la fermentazione del lievito del saccarosio (uno zucchero) in etanolo e anidride carbonica.

Ogni molecola di saccarosio è composta da una subunità di glucosio e una subunità di fruttosio.

Per ogni mole di glucosio, la fermentazione produce due moli di etanolo, due moli di anidride carbonica e due moli di adenosina trifosfato o ATP.

La reazione chimica complessiva è la seguente:

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

Ma la fermentazione è un processo e non una singola reazione chimica.

Si verifica in più fasi.

(1) Nella prima fase, l'enzima invertasi rompe il legame glicosidico tra i residui di glucosio e fruttosio del saccarosio.

C12H22O11 + H2O + invertasi → 2 C6H12O6

(2) Successivamente, si verifica la glicolisi. Qui è dove ogni molecola di glucosio si scompone in due molecole di piruvato.

La glicolisi avviene in diversi passaggi, ma ecco l'equazione chimica complessiva:

glucosio + 2 ADP + 2 fosfati inorganici → 2 piruvato + 2 ATP + 2 NAD + 2 acqua + 2 protoni

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 CH3COCOO− + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O + 2 H+

(3) Infine, il piruvato reagisce e forma etanolo e anidride carbonica. Ciò avviene in due fasi e rigenera il NAD+ ossidato per la glicolisi:

CH3COCOO− + H+ → CH3CHO + CO2 (catalizzato dalla piruvato decarbossilasi)

CH3CHO + NADH + H+ → C2H5OH + NAD+ (catalizzato dall'alcol deidrogenasi)

Queste reazioni convertono due moli di NAD+ e ADP in due moli di NADH, ATP e acqua.

La fermentazione non è efficiente nella produzione di energia come la respirazione cellulare, quindi gli organismi capaci di entrambi i processi in genere utilizzano la respirazione quando è disponibile ossigeno.

Tuttavia, la presenza di ossigeno non impedisce necessariamente che si verifichi la fermentazione.

Ad esempio, il lievito preferisce la fermentazione alla respirazione cellulare, purché vi sia una sufficiente fornitura di zucchero.

Storia

Le persone hanno utilizzato la fermentazione almeno dal Neolitico (dal 7000 al 6600 a.C.), principalmente per fermentare bevande e produrre formaggio.

Tuttavia, solo nel diciannovesimo secolo gli scienziati hanno iniziato a comprendere il processo.

Nel 1837, Theodor Schwann osservò la gemmazione del lievito usando un microscopio e scoprì che il succo d'uva bollente impediva la fermentazione fino a quando non veniva aggiunto nuovo lievito.

Ma molti chimici credevano ancora che la fermentazione fosse una semplice reazione chimica che poteva verificarsi senza un organismo vivente.

Negli anni '50 e '60 dell'Ottocento, Louis Pasteur ripeté gli esperimenti di Schwann e dimostrò che la fermentazione proveniva da cellule viventi.

Tuttavia, non riuscì a estrarre l'enzima responsabile del processo.

Nel 1897, il chimico tedesco Eduard Buechner macinò il lievito, estrasse il fluido e scoprì che questo fluido fermentava una soluzione di zucchero.

Il suo esperimento gli valse il premio Nobel per la chimica nel 1907.

Termini correlati

Lo studio della fermentazione per applicazioni pratiche è chiamato zimurgia.

Il nome deriva da una parola greca che letteralmente significa il funzionamento della fermentazione.

La scienza che studia la fermentazione è la zimologia.

Una persona che pratica la fermentazione è uno zimurgista, mentre uno scienziato specializzato in fermentazione è uno zimologo.

Fatti interessanti sulla fermentazione

• La fermentazione del lievito produce bolle di anidride carbonica che si espandono durante la cottura e fanno lievitare i prodotti da forno. Ma il lievito produce anche alcol (etanolo). Meno del 2% di questo alcol rimane dopo la cottura.

• La crescita eccessiva del lievito nell'intestino può causare autointossicazione. È qui che il lievito produce etanolo che entra nel flusso sanguigno e causa intossicazione anche quando una persona non ha bevuto.

• Il lievito converte lo zucchero in etanolo, che è sicuro per il consumo umano. Ma, se sono presenti alti livelli di pectina, un prodotto della fermentazione è il metanolo tossico.