Fermentacja alkoholowa - przebieg, etapy i zastosowanie

Fermentacja alkoholowa jest złożonym procesem rozkładu cukrów prostych do alkoholu etylowego i dwutlenku węgla. Odbywa się przy udziale drobnoustrojów funkcjonujących w warunkach beztlenowych.

Kluczową rolę w procesie odgrywają wyprodukowane przez drożdże enzymy, które rozkładają węglowodany do etanolu (alkoholu etylowego) i dwutlenku węgla. Zapis chemiczny reakcji i równanie, które opracował francuski chemik i fizyk Joseph Gay Lussac wygląda następująco:

C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2 (C6H12O6 to glukoza, C2H5OH - etanol, a CO2 - dwutlenek węgla).

Fermentacja alkoholowa to rodzaj fermentacji, która jest enzymatycznym procesem przemian związków organicznych, umożliwiającym organizmom stale lub okresowo żyjącym w warunkach beztlenowych na pozyskanie energii użytecznej metabolicznie.

Fermentacja od wieków jest głównym sposobem zabezpieczania żywności przed psuciem. Biorące w niej udział mikroorganizmy wywołują zmiany chemiczne i fizyczne. W efekcie powstający produkt końcowy może być znacznie dłużej przechowywany, uzyskuje także nowy smak i zapach. Charakteryzuje się tym samym specyficzną jakością i właściwościami.

Do najważniejszych rodzajów fermentacji należy:

• fermentacja alkoholowa,
• fermentacja cytrynowa,
• fermentacja masłowa,
• fermentacja mlekowa,
• fermentacja metanowa,
• fermentacja mannitowa (zwana też śluzową lub gumową),
• fermentacja propionowa.

Podczas fermentacji alkoholowej z węglowodanów, pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże, powstaje etanol i dwutlenek węgla, ale także wiele produktów ubocznych. To między innymi: kwas bursztynowy i kwas octowy, gliceryna, wyższe alkohole i estry.

Fermentację, w celu przedłużania trwałości produktów żywieniowych, wykorzystuje się w wielu gałęziach przemysłu: w piwowarstwie, winiarstwie, gorzelnictwie, a także przy kandyzowaniu owoców, produkcji drożdży, pieczywa oraz w ochronie środowiska.

Fermentację alkoholową przeprowadza się z użyciem drożdży, głównie z gatunku Saccaromyces cerevisiae, dzięki którym możliwa jest hydroliza disacharydów do cukrów prostych. Do produkcji napojów alkoholowych stosuje się różne szczepy drożdży, np. drożdże winiarskie lub drożdże piwowarskie, a w piekarnictwie drożdże piekarnicze.

Do fermentacji alkoholowej wykorzystuje się także różne surowce. To:

• produkty cukrowe: cukier buraczany (sacharoza), soki owocowe, melasa,
• surowce skrobiowe: żyto, jęczmień i pszenica,
• produkty pocelulozowe: drewno, wióry, trociny, ługi posiarczynowe, poddawane procesowi tzw. scukrzania.

Dzięki fermentacji alkoholowej powstaje na przykład wino. W wyniku procesu biochemicznego pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże, w odpowiedniej temperaturze dochodzi do przemiany glukozy (cukru zawartego w dojrzałych owocach winogron).

W efekcie powstaje alkohol etylowy i tlenek węgla (IV) nazywany dwutlenkiem węgla. Produkt uboczny w postaci dwutlenku węgla jest wykorzystywany do produkcji win musujących.

Proces fermentacji alkoholowej, czyli beztlenowy rozkład cukrów prowadzony głównie przez drożdże z gatunku Saccaromyces cerevisiae, przebiega według ogólnej reakcji: C6H12O6 + 2ADP + 2Pn + 2H+ → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O.

W przebiegu tego procesu wyróżnia się trzy etapy. I tak:

• etap pierwszy: glukoza przekształca się w dwufosforan fruktozy (między innymi pod wpływem ATP. To adenozyno-5′-trifosforan),
• etap drugi: dwufosforan fruktozy ulega rozpadowi do aldehydu fosfoglicerynowego oraz fosfodwuhydroksyacetonu. W wyniku tej reakcji tworzy się kwas pirogronowy,
• etap trzeci: usunięta zostaje grupa karboksylowej z kwasu pirogronowego, powstaje alkohol etanolowy w wyniku redukcji aldehydu octowego. Efektem jest etanol i dwutlenek węgla, a także produkty uboczne.

Dwa pierwsze etapy fermentacji etanolowej są takie same jak etapy zachodzące w procesie fermentacji mlekowej lub w procesie glikolizy zachodzącym w mięśniach (beztlenowa przemiana cukru w kwas mlekowy).