¿Qué es la fermentación?
En bioquímica, se refiere al proceso de producción de piruvato a partir de glucosa a través de la vía de la glucólisis. Si el piruvato reacciona aún más para formar ácido láctico, se llama glucólisis y la producción de dióxido de carbono y etanol se llama fermentación.
En la industria, el proceso por el cual los microorganismos producen productos se llama fermentación.
La levadura es un microorganismo comúnmente utilizado para la fermentación y puede producir pan, cerveza, etc. , pero hay muchos tipos de bacterias que se utilizan para la fermentación, no limitándose a la levadura.
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El fenómeno de la fermentación es conocido desde hace mucho tiempo, pero fueron necesarios casi 200 años para comprender su esencia. La palabra fermentación en inglés proviene del latín fervere, que significa "revolver". Describe el fenómeno que ocurre cuando la levadura actúa sobre el jugo o extracto de malta. El fenómeno de ebullición es causado por el dióxido de carbono producido por la degradación de los azúcares del lixiviado en condiciones anóxicas. En bioquímica, el proceso de respiración anaeróbica de la levadura se llama fermentación. Lo que ahora llamamos fermentación ha tenido durante mucho tiempo significados diferentes. La fermentación es una reacción química y un cambio fisiológico de la vida. Es un proceso en el que diversas reacciones bioquímicas se descomponen y sintetizan continuamente de acuerdo con la información genética de la vida misma para obtener energía para mantener las actividades vitales. Los productos de fermentación se refieren a sustancias que pueden regular el metabolismo para lograr el equilibrio durante la reacción o cuando la reacción alcanza el punto final. De hecho, la fermentación también es un tipo de respiración, pero la respiración finalmente produce CO2 y agua, y la fermentación finalmente obtiene varios metabolitos. Por lo tanto, la definición moderna de fermentación debería ser: un proceso de reacción en el que se produce y acumula una gran cantidad de metabolitos especializados mediante el crecimiento, el cultivo y los cambios químicos de microorganismos (o células animales y vegetales).
Definición de fermentación
La palabra china "fermentación" como sustantivo representa un proceso y como verbo representa una acción.
(1) "Fermentación" estrictamente definida por la fisiología microbiana;
El proceso en el que la materia orgánica se degrada por oxidación biológica en productos de oxidación y libera energía se denomina colectivamente oxidación biológica.
La fisiología microbiana divide la oxidación biológica en respiración y fermentación, y la respiración se puede dividir a su vez en respiración aeróbica y respiración anaeróbica. Por tanto, la fermentación es una forma de oxidación biológica.
La fermentación es un modo de oxidación biológica: en ausencia de aceptores externos de electrones finales, las células microbianas heterótrofas oxidan los compuestos orgánicos energéticos y reducen los compuestos orgánicos endógenos (que han sido metabolizados por las células) acoplados, generalmente con energía metabólica. El ATP se obtiene mediante la fosforilación horizontal de sustratos (sustratos de quinasas) en lugar de la transferencia de electrones y la fosforilación por transferencia de electrones en la cadena de transferencia de electrones, incluidos los citocromos. El NAD, el principal portador de electrones que libera electrones de compuestos orgánicos energéticos, dona electrones directamente a aceptores de electrones orgánicos endógenos en forma de NADH, regenerando el NAD y reduciendo este último a productos de fermentación (productos de oxidación incompleta).
El NAD en las células es limitado. Si el NAD, como portador de electrones primario, no se puede regenerar, no se puede reciclar, habrá cada vez menos portadores de electrones efectivos y la reacción de deshidrogenación no podrá continuar. Por tanto, la regeneración de la coenzima NAD es una condición necesaria para la continuación de la oxidación biológica (incluida la fermentación).
(2) Fermentación definida en la producción industrial: "fermentación industrial"
En la producción industrial, cualquier producción industrial lograda a través de actividades de vida microbiana generalmente se denomina "fermentación". La fermentación así definida es "fermentación industrial". La fermentación industrial se basa en las actividades vitales de los microorganismos, que se sustentan en la energía metabólica proporcionada por la oxidación biológica, por lo que la fermentación industrial debe cubrir todas las vías de oxidación biológica en la fisiología microbiana: respiración aeróbica, respiración anaeróbica y fermentación.
En el siglo pasado, con el avance de la ciencia y la tecnología, la tecnología de fermentación ha experimentado cambios trascendentales, desde la etapa de utilizar microorganismos originales en la naturaleza para la producción de fermentación hasta transformarlos según los deseos humanos. nueva etapa de formación de microorganismos con propiedades especiales para producir productos de fermentación necesarios para los humanos.
(3) Término técnico "fermentación"
En la vida, la palabra "fermentación" a menudo se asocia con el uso de masa para hacer pasteles, palitos de masa fritos, bollos al vapor y bollos al vapor. , o Asociado con alimentos mohosos y podridos.
Como término profesional, "fermentación" no sólo cubre la producción de pasteles, palitos de masa fritos, bollos al vapor y bollos al vapor, sino que, lo que es más importante, se refiere al vino y las bebidas alcohólicas, los alimentos y los aditivos alimentarios. , Producción industrial de piensos y aditivos para piensos, productos farmacéuticos y materias primas químicas.
Características de la fermentación
La mayor diferencia entre la fermentación y otras industrias químicas es que se trata de una reacción química llevada a cabo por organismos. Sus principales características son las siguientes:
1. El proceso de fermentación es generalmente una reacción bioquímica a temperatura y presión normales, que es segura y requiere condiciones simples.
2. Las materias primas utilizadas para la fermentación suelen ser almidón, melaza u otros productos agrícolas y secundarios. Sólo es necesario añadir una pequeña cantidad de fuentes de nitrógeno orgánicas e inorgánicas para llevar a cabo la reacción. Los microorganismos pueden utilizar selectivamente los nutrientes que necesitan debido a las diferentes especies. En base a esta característica, las aguas residuales y los desechos pueden utilizarse como materias primas de fermentación para transformar y renovar los recursos biológicos.
3. El proceso de fermentación se completa mediante regulación biológica automática y la reacción es específica, por lo que se puede obtener un metabolito relativamente único.
4. Debido al mecanismo de reacción de la propia biología, puede llevar a cabo reacciones de transformación química como oxidación y reducción con alta selectividad en partes específicas de algunos compuestos más complejos, y también puede generar compuestos poliméricos más complejos. .
5. Es muy importante prevenir y controlar la contaminación bacteriana durante el proceso de fermentación. Además de una estricta desinfección y filtración del aire, las reacciones deben realizarse en condiciones estériles. Si se contaminan diversas bacterias, la producción sufrirá enormes pérdidas económicas. Si se infectan los bacteriófagos, se producirán mayores daños a la fermentación. Por tanto, mantener condiciones estériles es clave para el éxito de la fermentación.
6. Las cepas microbianas son los factores básicos de la fermentación. Mediante la mutagénesis y el cribado de cepas se pueden obtener cepas excelentes con altos rendimientos, aprovechando al máximo los equipos de producción, y también se pueden obtener productos difíciles de producir mediante métodos convencionales.
7. En comparación con otras industrias, la fermentación industrial tiene las ventajas de una baja inversión, resultados rápidos y importantes beneficios económicos.
A partir de las características anteriores, la fermentación industrial ha atraído cada vez más atención. En comparación con la tecnología de fermentación tradicional, la ingeniería de fermentación moderna tiene más ventajas que las características de fermentación mencionadas anteriormente. Además de utilizar microorganismos, también se pueden utilizar células y enzimas animales y vegetales, y también se pueden utilizar "bacterias diseñadas" artificiales para llevar a cabo reacciones. El equipo de reacción no es sólo un tanque de fermentación convencional, sino una variedad de biorreactores; con un alto grado de automatización y continuidad, mejorando e innovando el nivel de fermentación sobre la base original.
Tipos de fermentación
En función de las características de la fermentación y de las diferentes necesidades de oxígeno de los microorganismos, la fermentación se puede dividir en varios tipos:
1. A las materias primas de fermentación, se divide en tres tipos: fermentación de azúcar, fermentación de petróleo y fermentación de aguas residuales.
2. Según productos de fermentación: como fermentación de aminoácidos, fermentación de ácidos orgánicos, fermentación de antibióticos, fermentación de alcohol, fermentación de vitaminas, etc.
3. Según la forma de fermentación, existen: fermentación sólida y fermentación líquida sumergida.
4. Según el proceso de fermentación, existen fermentación discontinua, fermentación continua y fermentación discontinua.
5. Según los diferentes requerimientos de oxígeno durante el proceso de fermentación, generalmente se puede dividir en dos tipos: fermentación anaeróbica y fermentación aeróbica.
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