http://www.barwikipedia.pl/fermentacjaalkoholowa/
Fermentacja Alkoholowa
Co to jest fermentacja alkoholowa?
Czy wiesz jak powstaje alkohol? Co sprawia, że poziom etanolu rośnie, i co to jest ta cała fermentacja? Jeśli ciekawi cie czym są drożdże, oraz jak wpłwają na proces powstawania alkoholu. Zapraszamy do zapoznania się z naszym artykułem. Specjlanie dla was, ekipa bar wikipedi zgłebiła tajniki fermentacji alkoholowej.
Fermentacja alkoholowa, jest beztlenowym rozpadem cukru, do dwutlenku węgla (CO2) i alkoholu etylowego, w browarnictwie często zwana warzeniem. Proces ten odbywa się, w komórkach drożdży z użyciem szeregu enzymów. To jest w rzeczywistości złożony cykl konwersji, które doprowadzają, do zamiany cukrów na CO2 i alkohol. Drożdże, przynależą do rodziny grzybów, które lubię myśleć i żyć jak rośliny. Problem w tym, że nie są one tak do roślinami, do zwierzęt również nie przynależą…
[caption id="attachment_97" align="aligncenter" width="320"]
Kotły browarnicze, służąco do warzenia, czyli fermentowania piwa[/caption]
Zatem alkohol, to jeden z produktów powstających w wyniku fermentacji. Alkohol który jest w postaci cieczy, doskonale nadaje się do oczyszczenia (w procesie destylacji) i wytwarzania napojów alkoholowych. Alkohol, nie jest za specjalnie dobrym środowiskiem życia dla drożdży. Gdy procentowe stężenie alkoholu, osiągnie pewien procent, który przekroczy ich poziom tolerancji. Umierają, a proces fermentacji dobiega końca.
Czym są drożdże
Mówiąc konkretnie, drożdże to eukariotyczne mikroorganizmy*. Nie wszystkie drożdże, są w stanie zapoczątkować proces fermentacji, właściwie to jedynie specjalne grzyby-drożdże, są w stanie go rozpocząć. Komórki drożdżowe, uzyskują energii z przemiany cukru na dwutlenek węgla i alkohol.
Eukarionity*- są to organizmy zbudowane z komórek, również posiadają jądro komórkowe z chromosomami. Jest to jedyne, co odróżnia je od prokariotów. Do eukariontów zaliczane są, wszystkie organizmy komórkowe. Organizmy jąrdowe wyróżnia się w randze królestwa, do którego współcześnie zalicza się trzy podkrólestwa: rośliny (Phytobionta), zwierzęta (Zoobionta) i grzyby (Mycobionta). Warto dodać, że to właśnie komórka eukariotyczna, zawiera wielokrotnie więcej materiału genetycznego niż prokariotyczna. Dzięki czemu jest w stanie produkować więcej typów białek, ma również potencjalnie nieograniczone możliwości regulacji.
Dwutlenek węgla, jest niepożadanym efektem ubocznym, podczas przemiany chemicznej w cieczy. Ulatnia się, pod postacią pęcherzyków i rozprasza w powietrzu. W pomieszczeniach zamkniętych dwutlenek węgla rozpuszcza się w cieczy. Najlepszy przykład jest prosty, napoje gazowane.
Już wiemy że podczas rozpadu cukrów, powstaje gaz. Gaz zajmuje wiekszą powierzchnie niż płyn, co za tym idzie zajmuje również jakąś przestrzeń, w zamkniętym szczelnie fermentatorze. Po jakimś czasie, gdy gaz zajmie całą pustą przestrzeń sprawi, że wzrośnie napór na ściany zamkniętego zbiornika, czyli powstanie ciśnienie. Naciski które tworzą się przy produkcji C02, w zamkniętej szczelnie przestrzeni, mogą osiągać ogromne wartości. Z pewnością wystarczy, aby spowodować eksplozję w zamkniętej szklanej butelce.
Fermentacja alkoholowa- jest wynikiem działania, całej masy enzymów. Liczba tych enzymów, jest naprawde ogromna. Fermentacja to złożony proces chemiczny, podczas trwania wydziela się około 50 kcal/mol, rozłożonej heksozy. Szereg reakcji zachodzi także w komórkach, w mięsistych dużych owocach, w nasionach okrytych twardą łupiną i w korzeniach. Jeśli jest dużo wody w glebie, zachodzi w korzeniach roślin bagiennych np. ryż.
Chemicznie…
Całym proces fermentacji, jest konwersja cukru glukozowego (C6H12O6) do alkoholu (CH3OHCH2) i dwutlenkiem węgla (CO2). Przemiana chemiczna w komórkach drożdży, zachodząca w tym procesie jest bardzo skomplikowana. Sumaryczny wzór fermentacji prezentuje się, w następujący sposób:
C6H12O6 ==> 2 (CH3CH2-OH) 2 + (CO 2) + Energia (zawarta w postaci wytwarzanego, przez mitochondria komórek ATP)
Cukier ====>Alkohol+ dwutlenek węgla + energia
(Glukoza) (Alkohol etylowy)
[caption id="attachment_98" align="aligncenter" width="400"]
Przemysłowe zbiorniki fermentacyjne. Na zdjęciu browar Tychy.[/caption]
Z powyższego wzoru wydawać się może, że fermentacja jest całkiem prostym procesem. Jeden mol glukozy jest konwertowany do dwóch moli etanolu i dwóch moli dwutlenku węgla. Lecz w rzeczywistości, to dalekie od prostoty...
Fermentacja wcale nie jest prosta..
Głównym problemem, jest powstająca ilość produktów ubocznych. Oprócz CO2 i alkoholu, cukier rozpada się do innych produktów ubocznych: biomasa drożdży, kwasy tłuszczowe (pirogronowy i aldehyd octowy), glicerol, kwas bursztynowy. Produktami ubocznymi fermentacji są również: wyższe alkohole i estry, które mają największy wpływ, na bukiet smakowo-zapachowy finalnego produktu.
Prawidłowa fermentacja
Tablice dotyczące warzenia piwa, zwykle pochodzą z pomiarów, a nie z ustalonego wzoru. Skuteczność warunków drożdży i fermentacji, zmienia proporcje produktów ubocznych. Co to oznacza?
Prosta pojedyncza formuła, nie istnieje…
Nieprzewidywalność i brak możliwości, określenia dokładnej formuły. Za każdym razem, warunki w wnętrzu fermentatora, mogą być inne.. Nawet w przypadku używania tego samego rodzaju drożdży. Browarnik, master destiler, gorzelnik, mâitre de chai czy mistrz winiarni… Każdy z nich posiada doświadczenie, ogromną wiedzę często przekazywaną z pokolenia na pokolenie, często dochowując wieloletnich tradycji.
Więc, gdy następnym razem będziesz raczył się swym ulubionym trunkiem. Pomyśl o jego twórcach, i smakuj doceniając wspaniały kunszt. Winiarze, będą rejestrować zupełnie inną wydajność drożdży, od producentów piwa. Warunki fermentacji, takie jak temperatura również będą inne, ilość i skład produktów ubocznych także.
Wiedza, ta jest bezcenna dla producentów wina, którzy aby osiągnąć wysoką procentowość i tzw. pełnię, bądź głębie. Często oszukują, dodając środki zawierające glicerynę. Zatem, czasami można przeczytać w prasie niepokojące nowiny. Zdarzają się ostatnio również liczne apele, sprzeciwy organizacji zrzeszających miłośników gronowych trunków. Czego dotyczą?
W dobie, wszechobecnej gospodarki wolno rynkowej i mocnej konkurencji. Firmy szukają oszczędności, zdarzają się nielegalne podróbki, wina z nie pewnego źródła. Szokiem zapewne, dla niejednego czytelnika, będą odnotowane przypadki zatruć, bardzo szkodliwymi dla człowieka, substancjami. Używanymi zwykle, w produktach chroniących zamarzaniu. Należy pamiętać, glicerol może być stosowany jako środek przeciw zamarzaniu, ale nie wszystkie takie środki opierają się na glicerolu. Zdarzają się także bardzo toksyczne, syntetyczne alternatywy. Zatem stwierdzenie: „środki przeciw zamarzaniu dodawane do wina” nie pozwalają jasno stwierdzić, czy bardzo toksyczne chemikalia nie został przypadkiem dodane, czy był to po prostu glicerol. Glicerol dodawany jest, w celu dostarczenia naturalnej wysokiej zawartości gliceryny. W rzeczywistości gliceryna jest często stosowana w produkcji żywności, jest zdrowia i niezbędna przy produkcji win. Wino produkowane w warunkach, gdzie była niska zawartość gliceryny, jako produkt uboczny. Może skusić producenta, do dodania czegoś co poruszy organizm wina do działania.
[caption id="attachment_99" align="aligncenter" width="400"]
Winiarskie fermentatory[/caption]
Dodawanie spożywczej gliceryny, w celu zwiększenia procentowości wina. To napewno nie jest idealne rozwiązanie. Jednak, nie ma również, żadnego powodu do paniki. Jeżeli glicerol jest naturalny, to taki również bywa, czestym składnikiem produktów spożywczych. Natomiast próba zaoszczedzenia i stosowanie środków odmrażajacych, może doprowadzić nawet do śmiertelnego zatrucia groźnymi substancjami.
Cukry, muszą być dozowane zgodnie z zakresem zdolności do fermentacji enzymu. Cukier pod wpływem enzymu ulega rozpadowi, na glukozę, alkohol i CO2. Pozostałe cukry pozostają natomiast, rozpuszczone w roztworze.
Kilka słów o drożdżach
Drożdże piwne, tolerują do około 5% alkoholu. Ponad ten poziom alkoholu drożdże umierają, nie możemy kontynuować więc procesu fermentacji. Drożdże winne znów, tolerują większy zakres około 12% alkoholu. Stopień tolerancji na alkohol w drożdżach winnych, waha się od 5%, do nawet 21% alkoholu. Zależnie od szczepu, jak i warunków środowiskowych. Fermentacja ma swoje granice w zawartości alkoholu, ale jest również zależna od czynników, jak np. temperatura. Większa niż 27 ° C zabija drożdże, natomiast mniejsza niż 15 ° C zmienia właściwości. Niska temperatura zmniejsza aktywności drożdży, więc proces fermentacji jest zbyt wolny.
Jak, już wspominaliśmy nie wszystkie cukry, nadają się do fermentacji. Część cukrów fermentujących w roztworze, pozostaje w nim po zakończeniu procesu. Spowoduje to, że słodszy będzie produkt końcowy, a większa w nim zawartość cukru. Słódy piwne znów, po fermentacji cukrów, mogą być, a wręcz powinny być. Wzbogacane o odpowiednią ilośc chmielu, ma to na celu równoważenia goryczy. Ilość cukru w roztworze, może być również zbyt duża, co może zapobiec całkowicie rozpoczęciu procesu fermentacji.
Dlaczego drożdże przestają działać na pewnych poziomach alkoholu
Zdolność komórek
drożdży, do konwertowania cukru w
dwutlenek węgla i
alkohol. Jest mocno zależna od
enzymów. Kilka
enzymów, nieustannie zaangażowanych w proces, z czego każdy ma swój etap, w którym działa. Ostatnim krokiem jest
redukcja zymazy, która odbywa się jako produkt końcowy innych
enzymów (aldehyd octowy / glicerol), to właśnie ten enzym zamienia cukry, w stary dobry
alkohol etylowy. Niestety w ostateczności wysokie stężenie[caption id="attachment_470" align="alignright" width="300"]
Znany widok? Fermentacja w warunkach domowych[/caption]
alkoholu, niszczy enzymy i zabija
komórki drożdży. Jak pisaliśmy powyżej, różne drodze mają różną specyfike, osiągają i wytrzymują różne
stężenia alkoholu.
Drożdże piwne, nie mogą wytrzymać znacznie więcej niż
5-6% alkoholu.
Drożdże winne, są znacznie bardziej tolerancyjne, ich wytrzymałość waha się w zakresie
10–15%. Specjalnie hodowane szczepy
drożdży, z właściwego środowiska, mogą wytrzymać nawet
21% poziom alkoholu.
Rodzaje drożdży
Organizmy fermentacji alkoholowej. Miedzy innymi wiele grzybów strzępkowych (Mucom, Rhizopus) oraz bakterii (Sarcina ventriculi) wytwarzają etanol. Jednak, praktyczne zastosowanie mają, tylko te u których etanol, jest produktem głównym. W przemyśle stosowane są różne gatunki, jak i rasy drożdży, wiekszość należących, do rodzaju Saccharomyces. Fermentują one, po przez cukry proste. Takie jak: glukoza, fruktoza, mannoza także maltoza i sacharoza. Podczas intensywnego przebiegu fermentacji, komórki drożdży są rozmieszczone w całej objętości płynu. Drożdże fermentacji górnej (Saccharomyces cerevisiae), przeprowadzają swoje procesy, w wyższej temperaturze, niż drożdże fermentacji dolnej (Saccharomyces carlsbergensis). Sam proces, przebiega bardzo intensywnie, wydzielając duże ilości CO2.
Ciekawostka o fermentacji winnej...
Niektóre przepisy na wina, zalecają dodanie cukru, ale tylko w części
przed fermentacją, natomiast uzupełnienie pozostałej ilości, już w trakcie
jej trwania. Jest to szczególnie ważne, jeśli celem jest, wytworzenie wysokiego poziomu alkoholu. Niektóre szczepy drożdży, ewoluowały do poziomu obsługi wyższej zawartości cukru. Szczególnie drożdże szczepów takich jak, Tokaj i Sauterne, mogą obsłużyć wysoki poziom cukru.
Normalne, często spotykane wina domowej roboty. Fermentują w procesie, który możemy podzielić na dwa etapy:
Część 1
Aerobowy (Tlen jest obecny)
Jest to proces, w którym drożdże szybko ulegają podwojeniu, wielkości kolonii, około co cztery godziny.
(Trwa z reguły 24–48 dni)
Część 2
Beztlenowy (Nie występuje tlen)
Znacznie wolniejsza aktywność, drożdże skupiają się na konwersji cukru w alkohol. Raczej, cięgle zwiększająca się ilość komórek drożdży.
(Proces ten, może trwać od kilku dni, nawet do kilku tygodni. W zależności od rodzaju drożdży i receptury).
Zastosowanie fermentacji alkoholowej
Fermentacja alkoholowa cukrów, w obecności drożdży, należy do szybko rozwijającej się gałęzi przemysłu. Jest wykorzystywana w piwowarstwie, winiarstwie, gorzelnictwie, kandyzowaniu owoców, produkcji drożdży, pieczywa, a także w ochronie środowiska. Proces polega, na utlenianiu węglowodanów, przez odpowiednie szczepy drożdży. W wyniku czego powstaje alkohol etylowy, wykorzystywany do celów spożywczych oraz przemysłowych. Surowce stosowane w przemyśle fermentacyjnym, dzielą się na trzy grupy:
- Do pierwszej zalicza się produkty cukrowe: melasę, soki owocowe, trzcinę cukrową,
- Do drugiej – materiały zawierające skrobię (żyto, jęczmień i pszenicę),
- do trzeciej produkty pocelulozowe (drewno i ługi posiarczynowe).
Drożdże zawierają enzymy, które hydrolizują disacharydy na cukry proste. Jedynie cztery heksozy, ulegają fermentacji pod wpływem drożdży: D-glukoza, D-mannoza, D-fruktoza i D-galaktoza. Ostatnia ulega fermentacji z trudnością, i to nie pod wpływem wszystkich gatunków drożdży. Końcowy produkt fermentacji, czyli alkohol. Oddziela się, od reszty niechcianych związków, przez destylację. Wydajność obliczona w stosunku, fermentujących cukrów wynosi około 90%. Głównym problemem, jest duży koszt technologii, przerobu celulozy. Co powoduje, że koszt produkcji etanolu celulozowego, jest większy o 50% niż w przypadku tradycyjnych surowców. Jednak postęp w technologii przerobu etanolu, jest tak szybki, że w ciągu najbliższych kilku lat, należy oczekiwać znaczącego obniżenia kosztów produkcji etanolu z celulozy.
[caption id="attachment_100" align="aligncenter" width="400"]
Wnętrze browaru[/caption]
W wyniku hydrolizy celulozy, zawartej w trocinach drzewnych, powstaje glukoza. Tą właśnie metodą w niektórych państwach, jak np. Szwecja, Finlandia, Kanada, czy Brazylia, z odpadów drewna produkuje się glukozę. Z niej natomiast, po przez drożdże.. etanol (fermentacja alkoholowa). Obecnie technologia produkcji bioetanolu celulozowego, jest stale unowocześniana. Każdy surowiec, jak np. drewno, słoma, rdzenie kolby kukurydzy, śmieci organiczne, składa się z około 60% celulozy, którą można rozłożyć do glukozy, wykorzystywanej w fermentacji i produkcji etanolu. Bioetanol celulozowy, znajduje zastosowanie w motoryzacji, jako paliwo samodzielne E100 (100% EtOH) lub jako komponent w paliwie (E5 – 5% obj. etanolu w benzynie oraz odpowiednio E10, E22, E85 i E95). Czysty etanol, oraz paliwa E95 i E85 mogą być wykorzystywane w specjalnych lub przystosowanych silnikach spalinowych. Paliwo E5, stosuje się do wszystkich samochodów z silnikami na benzynę. W niektórych krajach Europy (np. w Szwecji), E10 wykorzystuje się do silników benzynowych. W USA, natomiast E22 do silników niskoprężnych w Brazylii. Mieszając benzynę z bioetanolem celulozowym, otrzymuje się mieszaninę, wzbogaconą w tlen. Co znacznie polepsza, parametry spalania, a tym samym obniża emisję tlenku węgla do atmosfery.
Zapraszamy do zapoznania się, z naszymi pokrewnymi, artykułami o fermentacji i alkoholu. Artykuł się spodobał? Moż czegoś zabrakło? Zachęcamy do komentowania i dyskusji na naszym blogu. Pozdrawiamy Ekipa Bar Wikipedia!!!
alkohol, co2, cukier, drozdze, etanol, eukarionity, fermentacja, Fermentacja alkoholowa, glukoza, napój alkoholowy, powstawanie alkoholu, rozpad, warzenie
