ماذا ينتج التخمير الطاقة دون استخدامها؟ ينتج أحد أهم العناصر في الطبيعة. عملية التخمير هي استخلاص الطاقة نتيجة عمليات الأكسدة وكذلك عمليات الاختزال التي تحدث في المركبات وخلال هذه المقالة ستتعرف على ما يتم الحصول عليه من الطاقة في عملية التخمير دون استخدامها.
ما هي عملية التخمير؟
- عملية التخمير هي عملية أيضية ينتج عنها تغيرات كيميائية في الركائز العضوية تحت تأثير الإنزيمات.
- تُعرَّف عملية التخمير في الكيمياء العضوية بأنها عملية تؤدي إلى إطلاق الطاقة من الكربوهيدرات، أي. “الكربون والهيدروجين” الموجودان في الغذاء.
- وتعريف التخمير الميكروبي هو أنه الطريقة الأولى التي تنتج ثنائي فوسفات الأدينوزين، وذلك عندما يتم تكسير العناصر الغذائية العضوية بشكل لا هوائي.
- تم استخدام عملية التخمير منذ العصر الحجري لإنتاج الطعام والشراب، على سبيل المثال، تم استخدام التخمير في إنتاج المشروبات الكحولية مثل النبيذ.
- عملية التخمير مهمة جدًا في صنع الخبز والجبن واللبن.
- تحدث عملية التخمير أيضًا في الجهاز الهضمي للحيوانات وكذلك في الجهاز الهضمي للإنسان.
انظر أيضاً: التلوث البحري وأنواعه
كيف تحدث عملية التخمير؟
- تتم عملية التخمير بمساعدة الميكروبات، وهي كائنات دقيقة ممثلة بالبكتيريا والعفن والخمائر، مثل الفطر أو العفن، والتي تنتج البنسلين عند خلط السكر والأملاح المعدنية.
- مثال آخر هو أن الخميرة تكسر السكر الذي يأتي من الحبوب المنقوعة في الماء، وتقسيمها إلى كحول إيثيلي وثاني أكسيد الكربون في حالة إنتاج البيرة.
يتم إنتاج الطاقة في عملية التخمير دون استخدامها
- الطاقة التي يتم إنتاجها في عملية التخمير دون استخدامها هي “الأكسجين”. في حالة عدم وجود الأكسجين، يتم الحصول على الطاقة من الكربوهيدرات. في هذه الحالة تعتبر عملية التخمير عملية تخمير لا هوائية لأنها تنتج طاقة في غياب الأكسجين لتفكيك الجلوكوز، وهذه هي الطريقة التي تعيش بها العديد من الكائنات الحية والخلايا.
- نظرًا لأن عملية التخمير هي الطريقة الوحيدة للحصول على الطاقة من خلال تحلل السكر، وفي معظم الحالات تحدث عملية التخمير هذه في غياب الأكسجين وفي وجود الأكسجين، فإن خلايا الخميرة في عملية التخمير تعتمد على الفسفرة المؤكسدة.
- مثال على عملية التخمير بنقص الأكسجين هي عملية التخمير التي تحدث في عضلات الثدييات أثناء التمرين المكثف، وهذا يحدث عندما يكون الأكسجين محدودًا جدًا وبالتالي يتم إنتاج حمض اللاكتيك.
التخمير الكيميائي
- تحتوي منتجات التخمير على طاقة كيميائية.
- تعتبر نفايات ولا يمكن استخدامها بدون وجود الأكسجين.
- نتيجة لذلك، يتم إنتاج ثلاثي فوسفات الأدينوزين
- تكون عملية التخمير أقل من عملية الفسفرة المؤكسدة، بينما يتأكسد البيروفات إلى ثاني أكسيد الكربون.
تابعنا: القانون التجاري وسبب وجوده
أنواع عملية التخمير
- هناك العديد من أنواع عمليات التخمير، بما في ذلك عمليات التخمير الطبيعية أو عمليات التخمير الصناعية.
- عملية التخمير هي العملية التي يتسبب فيها نشاط الكائنات الحية الدقيقة في إحداث تغييرات مرغوبة في الأطعمة والمشروبات.
- تتم هذه العملية من حيث تعزيز النكهة أو من حيث الحفاظ على العناصر الغذائية.
أو حتى تتم عملية التخمير لتوفير الفوائد الصحية، وتكون عمليات التخمير، بما في ذلك الأنواع الثلاثة للتخمير التي يستخدمها الإنسان، على النحو التالي:
تخمير حمض اللاكتيك
- يعد تخمير حمض اللاكتيك أحد أبسط أشكال التخمير، وهو تفاعل الأكسدة والاختزال.
- يحدث التخفيض في ظل الظروف اللاهوائية، على عكس عملية الأكسدة التي تحدث في وجود الأكسجين.
- يحدث تخمر حمض اللاكتيك بسبب سلالات من الخميرة والبكتيريا التي تحول النشا أو السكر إلى حمض اللاكتيك.
- في هذا النوع من عملية التخمير، لا حاجة للحرارة ويتم تلخيص عملية تخمير حمض اللاكتيك بالجلوكوز.
- في عملية تخمير الحليب، يتحول جزء من الجلوكوز إلى جزيء من حمض اللاكتيك.
- جزيء واحد من الإيثانول، وجزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون، ويتم ذلك وفقًا للمعادلة التالية.
C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + C2H5OH + CO2
التخمير الإيثانولي
- يُعرف تخمير الإيثانول باسم تحلل السكر، وهي العملية التي يتم من خلالها تحويل النشا والسكر إلى جزيئات كحول وثاني أكسيد الكربون.
- يستخدم في إنتاج الخبز والنبيذ، وفي حالة إنتاج الكحول ينتج ثاني أكسيد الكربون للجو المحيط.
- يمكن استخدامه لكربونات المشروبات الأخرى.
- إذا كانت عملية التخمير تحتوي على تركيز عالٍ من البكتين، يتم تكوين كمية صغيرة من كحول الميثان.
- في المعادلة التالية، نشرح عملية تخمير الجلوكوز، حيث يتم تحويل جزء واحد من الجلوكوز إلى جزأين من الإيثانول وجزئين من ثاني أكسيد الكربون.
- C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD + → 2 CH3COCOO− + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O + 2H
- في هذه العملية، يتم تقسيم جزيء الجلوكوز إلى جزأين من حمض البيروفيك، وهذه العملية هي تحلل السكر.
تخمير حمض الخليك
- يحدث تخمير حمض الخليك عن طريق تحويل النشويات والسكريات الموجودة في الحبوب والفواكه المخمرة إلى الخل والتوابل الحامضة، ومن الأمثلة على هذا النوع عملية إنتاج خل التفاح.
التنفس الهوائي
- يتأكسد البيروفات، الذي يتكون في عملية تحلل السكر، تمامًا أثناء التنفس الهوائي.
- الذي ينتج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات.
- يتشكل ثنائي النوكليوتيد الأدينين والنيكوتيناميد أيضًا أثناء دورة حمض الستريك.
- يحدث هذا أثناء الفسفرة المؤكسدة، ولكنه يحدث فقط في وجود الأكسجين.
- هذا الأكسجين في هذه الحالة سام للكائنات اللاهوائية.
قد تكون مهتمًا بـ: قانون نظام المطالبات ولائحته التنفيذية
تكوين الهيدروجين في عملية التخمير
يتم إنتاج الهيدروجين في العديد من عمليات التخمير، بما في ذلك:
- التخمر الحمضي المختلط.
- حمض الزبد المخمر.
- تخمير الجليوكسيلات.
- يتم تخمير البوتانول.
هذا مثل طريقة لاشتقاق NAD من NADH وترتيب الإلكترونات للانتقال إلى ferroxin.
يتأكسد بواسطة الهيدروجين، الذي ينتج جزيء الهيدروجين، وفي هذه الحالة يستخدم الهيدروجين كوسيط لإنتاج الميثان، ويحافظ على غاز الهيدروجين في صورة منخفضة للسماح بإنتاج المركب الغني بالطاقة.
ما هي اصول كلمة التخمير؟
- كلمة التخمير في اللغة الإنجليزية هي “to ferment”، والتي تأتي من الفعل اللاتيني “fervere”، والتي تعني الغليان.
- ساد هذا الاعتقاد لأنه استخدم لأول مرة في القرن الرابع عشر في العلوم الكيميائية.
- كان هذا بناءً على معنى واسع الانتشار، لكن لم يتم استخدامه حتى حوالي عام 1600.
تاريخ عملية التخمير
- ظهرت الطبيعة الحية لعملية التخمير منذ عام 1937 م، عندما ابتكرها العالم Cagniard de Latour White Swan و F. Kutzing.
- خلصوا جميعًا إلى أن عملية التخمير هي كائن حي ناتج عن عملية التبرعم.
- كلمة خميرة متجذرة في كلمة لاتينية تعني الغليان.
- قد يكون هذا لأن الخبز والبيرة من الأطعمة الأساسية في أوروبا.
- تم استخدام مصطلح الخميرة لأول مرة في اللغة الإنجليزية في أواخر الأربعينيات.
- لكن بشكل عام، كان منتشرًا في السبعينيات من نفس القرن، أي القرن التاسع عشر.
لذلك في النهاية يجب أن تعلم أنه في عملية التخمير التي تنتج الطاقة دون استخدامها، تعتمد على تخمير المنتجات النهائية لعملية التخمير في وجود المواد العضوية، وكان السكر هو الأكثر شيوعًا والأكثر شهرة مثال على عملية تخمير الإيثانول وحمض اللبنيك والهيدروجين.