Mis on keemia kääritamine?

Käärimine on veini, õlle, jogurt ja muud tooted. Siin on ülevaade kääritamise ajal toimuvast keemilisest protsessist.

Käärimine on ainevahetusprotsess, milles organism teisendab süsivesikuid, näiteks tärklis või a suhkur, arvesse alkohol või hape. Näiteks viib pärm kääritamiseks energia saamiseks suhkru alkoholiks muundamise teel. Bakterid viivad läbi kääritamise, muutes süsivesikud piimhappeks. Käärimise uurimist nimetatakse zümoloogia.

Mõiste "käärima" pärineb ladinakeelsest sõnast fervere, mis tähendab "keema". Käärimist kirjeldasid 14. sajandi lõpu alkeemikud, kuid mitte tänapäevases mõttes. Käärimisprotsesside keemiline protsess sai teadusliku uurimise objektiks umbes aastal 1600.

Käärimine on loomulik protsess. Inimesed kasutasid kääritamist selliste toodete nagu vein, mõdu, juust ja õlu valmistamiseks juba ammu enne biokeemilise protsessi mõistmist. 1850. ja 1860. aastatel

Enamik inimesi on teadlik toidust ja jookidest, mis on kääritustooted, kuid ei pruugi aru saada, et paljud olulised tööstustooted on kääritamise tulemus.

• Õlu
• Vein
• Jogurt
• Juust
• Teatud piimhapet sisaldavad hapud toidud, sealhulgas hapukapsas, kimchi ja pepperoni
• Leivapärm pärmiga
• Reoveepuhasti
• Mõningane tööstusliku alkoholi tootmine, näiteks biokütuste jaoks
• Gaas vesinik

Pärm ja teatud bakterid fermenteerivad etanooli, mille käigus püruvaat (glükoosi metabolismist) purustatakse etanooliks ja süsinikdioksiid. Glükoosist etanooli tootmiseks kasutatav keemiline netovõrrand:

C₆H₁₂O₆ (glükoos) → 2 C₂H₅OH (etanool) + 2 CO₂ (süsinikdioksiid)

Etanooli kääritamisel on kasutatud õlle, veini ja leiva tootmist. Väärib märkimist, et käärimisel pektiini kõrge sisalduse korral saadakse väikeses koguses metanooli, mis on tarbimisel toksiline.

Glükoosi metabolismi (glükolüüsi) püruvaadi molekulid võivad kääritada piimhappeks. Piimhappe kääritamist kasutatakse laktoosi muutmiseks jogurti tootmisel piimhappeks. See ilmneb ka loomade lihastes, kui kude vajab energiat kiiremini, kui hapnikku saab. Järgmine piimhappe glükoositootmise võrrand:

C₆H₁₂O₆ (glükoos) → 2 CH₃CHOHCOOH (piimhape)

Piimhappe tootmise laktoosist ja veest võib kokku võtta järgmiselt:

C₁₂H₂₂O₁₁ (laktoos) + H₂O (vesi) → 4 CH₃CHOHCOOH (piimhape)

Käärimisprotsess võib anda vesiniku ja metaani.

Metanogeenses arhaas toimub ebaproportsionaalne reaktsioon, mille käigus üks elektron kantakse üle a karboksüülhapperühma karbonüülrühm äädikhappe metüülrühmaks metaani ja süsinikdioksiidi saamiseks gaas.

Paljud fermentatsiooniliigid annavad vesinikgaasi. Organism võib seda toodet kasutada NAD regenereerimiseks⁺ NADHist. Vesinikgaasi võib substraadina kasutada sulfaatide redutseerijate ja metanogeenide abil. Inimesed kogevad vesinikgaasi tootmist soolebakteritest, tekitades flatus.

• Käärimine on anaeroobne protsess, mis tähendab, et selle toimumiseks pole hapnikku vaja. Isegi kui hapnikku on palju, eelistavad pärmirakud kääritamist aeroobse hingamise korral, tingimusel et suhkrut on piisavalt.
• Käärimine toimub inimeste ja teiste loomade seedesüsteemis.
• Haruldastes haigusseisundites, mida nimetatakse soolestiku kääritamise sündroomiks või auto-õlletehase sündroomiks, põhjustab inimese seedetrakti kääritamine etanooli tootmisel joobeseisundi.
• Käärimine toimub inimese lihasrakkudes. Lihased võivad kulutada ATP kiiremini kui hapnikku saab. Selles olukorras toodetakse ATP glükolüüsi teel, mis ei kasuta hapnikku.
• Ehkki kääritamine on tavaline rada, pole see ainus meetod, mida organismid kasutavad energia saamiseks anaeroobselt. Mõnes süsteemis kasutatakse lõpliku elektronaktseptorina sulfaati elektronide transpordiahel.

• Hui, Y. H (2004). Köögiviljade säilitamise ja töötlemise käsiraamat. New York: M. Dekker. lk. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Mikrobioloogia (6. väljaanne). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). Elu, bioloogia teadus (7. väljaanne). Sunderland, Mass: Sinaueri kaastöötajad. lk. 139–140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Põlisrahvaste kääritatud toitude käsiraamat (2. väljaanne). CRC Press. ISBN 9781351442510.