ग्लूकोज किण्वन मुख्य प्रतिक्रियाओं में से एक है जिसके द्वारा मादक पेय तैयार करना संभव है। इसे अलग-अलग तरीकों से किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक में अलग-अलग उत्पाद बनते हैं। यह प्रक्रिया हमारे जीवन के कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, खाना पकाने और वाइन और वोदका उत्पाद बनाने से लेकर हमारे शरीर में होने वाली प्रतिक्रियाओं तक।
इतिहास
ग्लूकोज और अन्य शर्करा के किण्वन की प्रक्रिया का उपयोग प्राचीन लोग करते थे। उन्होंने थोड़ा किण्वित भोजन खाया। ऐसा खाना ज्यादा सुरक्षित था, क्योंकि इसमें अल्कोहल होता था, जिसमें कई हानिकारक बैक्टीरिया मर जाते थे। प्राचीन मिस्र और बाबुल में, लोग पहले से ही जानते थे कि कैसे कई शर्करा पेय और दूध को किण्वित किया जाता है। जब 18वीं शताब्दी के अंत में लोग इस प्रक्रिया का बेहतर अध्ययन करने में कामयाब रहे, तो इसके प्रकार और सुधार की संभावनाएं, जैसे कि क्वास, ब्रूइंग और वाइन-वोदका जैसे उद्योग बहुत गुणात्मक रूप से विकसित हुए।
किण्वन के प्रकार
अजीब बात है, लेकिन यह प्रक्रिया अलग है। और अंत उत्पादों द्वारा ग्लूकोज किण्वन के प्रकार होते हैं। इस प्रकार, लैक्टिक एसिड, अल्कोहल, साइट्रिक एसिड, एसीटोन, ब्यूटिरिक और कई अन्य हैं। आइए प्रत्येक प्रकार के बारे में थोड़ी बात करेंअलग से। दही, खट्टा क्रीम, केफिर, पनीर जैसे उत्पादों की तैयारी में ग्लूकोज का लैक्टिक एसिड किण्वन मुख्य प्रक्रिया है। इसका उपयोग सब्जियों को संरक्षित करने और हमारे शरीर में एक महत्वपूर्ण कार्य करने के लिए भी किया जाता है: ऑक्सीजन की कमी की स्थिति में, ग्लूकोज अंतिम उत्पाद - लैक्टिक एसिड में परिवर्तित हो जाता है, जो प्रशिक्षण के दौरान और बाद में मांसपेशियों में दर्द का कारण बनता है।
अल्कोहलिक किण्वन इस मायने में अलग है कि एथिल अल्कोहल अंतिम उत्पाद के रूप में बनता है। यह सूक्ष्मजीवों - खमीर की मदद से होता है। और यह खाना पकाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि मुख्य उत्पाद के अलावा, ग्लूकोज के अल्कोहलिक किण्वन के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है (यह खमीर के आटे की महिमा की व्याख्या करता है)।
साइट्रिक एसिड के निर्माण के साथ, जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, साइट्रिक एसिड किण्वन होता है। यह एक निश्चित प्रकार के कवक के प्रभाव में होता है और क्रेब्स चक्र का हिस्सा है, जो हमारे शरीर में सभी कोशिकाओं के श्वसन को सुनिश्चित करता है।
एसीटोन-ब्यूटाइल किण्वन ब्यूटिरिक किण्वन के समान है। नतीजतन, ब्यूटिरिक एसिड, ब्यूटाइल और एथिल अल्कोहल, एसीटोन और कार्बन डाइऑक्साइड बनते हैं। ब्यूटिरिक किण्वन केवल नाम-असर वाले एसिड और कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करता है।
अब हम सभी प्रकारों को और अधिक विस्तार से देखेंगे, लेकिन आइए सबसे बुनियादी - ग्लूकोज के अल्कोहलिक किण्वन से शुरू करते हैं। सभी प्रतिक्रियाओं और उनके पाठ्यक्रम की बारीकियों का विस्तार से विश्लेषण किया जाएगा।
शराब किण्वन
आइए ग्लूकोज के किण्वन के बारे में थोड़ा और बताते हैं, जिसका समीकरण है:S6N12O6 =2S2N 5OH + 2CO2। इस प्रतिक्रिया से क्या सीखा जा सकता है? हमारे पास दो उत्पाद हैं: एथिल अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड। उत्तरार्द्ध के कारण, हम खमीर के आटे की सूजन का निरीक्षण करते हैं। और पहले के कारण, हमारे पास वाइन और वाइन पेय का अविस्मरणीय स्वाद प्राप्त करने का अवसर है। लेकिन वास्तव में, यह सिर्फ एक सरलीकृत समीकरण है। पूर्ण ग्लूकोज किण्वन प्रतिक्रिया अधिक जटिल है, तो चलिए इसे थोड़ा सा तोड़ते हैं।
ग्लाइकोलिसिस जैसी एक प्रक्रिया होती है। सचमुच, इसका नाम "चीनी का विभाजन" के रूप में अनुवाद करता है। यह शरीर में होता है, और इसका उप-उत्पाद पाइरुविक एसिड होता है, और मुख्य एक एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) होता है, जो इस प्रतिक्रिया के दौरान दूसरे यौगिक से बनता है। हम कह सकते हैं कि एटीपी शरीर में ऊर्जा का वाहक है, और वास्तव में, ग्लाइकोलाइसिस हमारे शरीर को ऊर्जा प्रदान करने का कार्य करता है।
हमने एक कारण से इस प्रक्रिया को छुआ। वास्तव में, किण्वन ग्लाइकोलाइसिस के समान है, क्योंकि पहला चरण उनके लिए बिल्कुल समान है। यह भी कहा जा सकता है कि ग्लूकोज का अल्कोहलिक किण्वन ग्लाइकोलाइसिस की निरंतरता है। बाद के दौरान बनने वाले पाइरूवेट (पाइरुविक एसिड आयन) को एसिटालडिहाइड (CH3-C(O)H) में परिवर्तित किया जाता है, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड एक उप-उत्पाद के रूप में निकलता है। उसके बाद, परिणामी उत्पाद बैक्टीरिया में निहित NADH कोएंजाइम द्वारा कम हो जाता है। कमी से एथिल अल्कोहल का निर्माण होता है।
इस प्रकार, एथिल अल्कोहल के लिए ग्लूकोज की किण्वन प्रतिक्रिया इस तरह दिखती है:
1)सी6एच12ओ6=2 सी3एच4ओ3 + 4 एच+
2) सी3एच4ओ3=सीएच3 -सीओएच + सीओ2
3) सीएच3-सीओएच + एनएडीएच + एच+=सी2एच 5ओएच + एनएडी+
NADH प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है, और NAD आयन+ग्लाइकोलाइसिस के प्रारंभिक चरण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और, अल्कोहल किण्वन के अंत में बनता है, प्रक्रिया में वापस आ जाता है।
आइए अध्ययन के तहत अगले प्रकार की प्रतिक्रिया पर चलते हैं।
ग्लूकोज का लैक्टिक एसिड किण्वन
यह प्रजाति शराब से इस मायने में भिन्न है कि यह खमीर के प्रभाव में नहीं, बल्कि लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया की मदद से होती है। इसलिए, हमारे पास पूरी तरह से अलग उत्पाद हैं। जब हम कड़ी मेहनत करते हैं और ऑक्सीजन की कमी होती है तो हमारी मांसपेशियों में लैक्टिक एसिड किण्वन भी होता है।
यह प्रक्रिया दो प्रकार की होती है। पहला होमोफेरमेंटेटिव किण्वन है। यदि आपने कभी उपसर्ग "होमो" सुना है, तो आप शायद इसका अर्थ समझ गए हैं। होमोफेरमेंटेटिव किण्वन एक एकल एंजाइम को शामिल करने वाली एक प्रक्रिया है। पहले चरण में, ग्लाइकोलाइसिस होता है और पाइरुविक एसिड बनता है। फिर परिणामी पाइरूवेट (समाधान में यह एसिड केवल आयनों के रूप में मौजूद हो सकता है) को NADH+H और लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज का उपयोग करके हाइड्रोजनीकरण के अधीन किया जाता है। नतीजतन, कमी उत्पाद लैक्टिक एसिड है, जो प्रतिक्रिया के दौरान प्राप्त सभी उत्पादों का लगभग 90% बनाता है। हालाँकि, यह यौगिक दो के रूप में भी बन सकता हैविभिन्न आइसोमर्स: डी और एल। इन प्रकारों में भिन्नता है कि वे एक-दूसरे की दर्पण छवियां हैं और परिणामस्वरूप, हमारे शरीर को अलग-अलग तरीकों से प्रभावित करते हैं। कौन सा आइसोमर अधिक हद तक बनेगा यह लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज की संरचना को निर्धारित करता है।
चलो दूसरे प्रकार के लैक्टिक एसिड किण्वन पर चलते हैं - हेटेरोफेरमेंटेटिव। इस प्रक्रिया में कई एंजाइम शामिल होते हैं और अधिक जटिल पथ का अनुसरण करते हैं। इस वजह से, प्रतिक्रिया के दौरान और अधिक उत्पाद बनते हैं: लैक्टिक एसिड के अलावा, हम वहां एसिटिक एसिड और एथिल अल्कोहल पा सकते हैं।
तो हमने लैक्टिक एसिड किण्वन पर विचार किया है। यह वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा हम पनीर, दही दूध, किण्वित पके हुए दूध और केफिर के स्वाद का आनंद ले सकते हैं। आइए ग्लूकोज के लैक्टिक एसिड किण्वन की सामान्य प्रतिक्रिया को संक्षेप में लिखें और लिखें: C6H12O6=2 सी 3एच6ओ3 । बेशक, यह होमोफेरमेंटेटिव किण्वन की प्रक्रिया का एक सरलीकृत आरेख है, क्योंकि एक विषम किण्वन प्रक्रिया का आरेख भी बहुत जटिल होगा। रसायनज्ञ अभी भी ग्लूकोज के लैक्टिक किण्वन का अध्ययन कर रहे हैं और इसके पूर्ण तंत्र को स्पष्ट कर रहे हैं, इसलिए अभी भी सुधार की गुंजाइश है।
साइट्रिक एसिड किण्वन
इस प्रकार की किण्वन की प्रतिक्रियाएं होती हैं, जैसे शराब के साथ, एक निश्चित तनाव के मशरूम की कार्रवाई के तहत। इस प्रतिक्रिया का पूरा तंत्र अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है, और हम केवल कुछ सरलीकरणों पर भरोसा कर सकते हैं। हालांकि, ऐसे सुझाव हैं कि प्रक्रिया का प्रारंभिक चरण ग्लाइकोलाइसिस है। फिर पाइरुविक अम्ल में परिवर्तित हो जाता हैविभिन्न अम्लों में बदल जाता है और साइट्रिक में आता है। इस तंत्र के कारण, अन्य एसिड प्रतिक्रिया माध्यम में जमा होते हैं - ग्लूकोज के अधूरे ऑक्सीकरण के उत्पाद।
यह प्रक्रिया ऑक्सीजन के प्रभाव में होती है, और सामान्य शब्दों में इसे निम्नलिखित समीकरण के रूप में लिखा जा सकता है: 6 +3O2=2C 6N8O 7 + 4H2O. इस प्रकार के किण्वन की खोज से पहले, लोगों ने विशेष रूप से संबंधित पेड़ के फल को दबाकर साइट्रिक एसिड निकाला। हालांकि, नींबू में यह एसिड 15% से अधिक नहीं होता है, इसलिए यह विधि अव्यवहारिक निकली और इस प्रतिक्रिया की खोज के बाद, सभी एसिड किण्वन द्वारा प्राप्त होने लगे।
ब्यूटिरिक किण्वन
चलो अगले प्रकार पर चलते हैं। इस प्रकार का किण्वन ब्यूटिरिक एसिड बैक्टीरिया की क्रिया के तहत होता है। वे व्यापक हैं, और वे जिस प्रक्रिया का कारण बनते हैं वह जैविक रूप से महत्वपूर्ण चक्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन्हीं बैक्टीरिया की मदद से मृत जीवों का अपघटन होता है। प्रतिक्रियाओं के दौरान बनने वाला ब्यूटिरिक एसिड अपनी गंध से मैला ढोने वालों को आकर्षित करता है।
उद्योग में इस प्रकार के किण्वन का उपयोग किया जाता है। जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, उन्हें ब्यूटिरिक एसिड मिलता है। इसके एस्टर व्यापक रूप से परफ्यूमरी में उपयोग किए जाते हैं और अपने आप में एक सुखद गंध है। हालांकि, ब्यूटिरिक किण्वन हमेशा फायदेमंद नहीं होता है। यह सब्जियां, डिब्बाबंद भोजन, दूध और अन्य उत्पादों को खराब कर सकता है। लेकिन ऐसा तभी हो सकता है जब ब्यूटिरिक एसिड बैक्टीरिया ने उत्पाद में प्रवेश किया हो।
आइए ब्यूटिरिक के तंत्र का विश्लेषण करेंग्लूकोज का किण्वन। उनकी प्रतिक्रिया इस तरह दिखती है: C6H12O6 → CH3 CH2CH2COOH + 2CO2↑ + 2H 2 । नतीजतन, ऊर्जा भी उत्पन्न होती है, जो ब्यूटिरिक बैक्टीरिया की महत्वपूर्ण गतिविधि सुनिश्चित करती है।
एसीटोन-ब्यूटाइल किण्वन
यह किस्म ब्यूटिरिक से काफी मिलती-जुलती है। न केवल ग्लूकोज, बल्कि ग्लिसरॉल और पाइरुविक एसिड भी इस तरह से किण्वन कर सकते हैं। इस प्रक्रिया को दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है: पहला (कभी-कभी अम्लीय कहा जाता है) वास्तव में ब्यूटिरिक किण्वन है। हालांकि, ब्यूटिरिक एसिड के अलावा, एसिटिक एसिड भी जारी किया जाता है। इस तरह से ग्लूकोज किण्वन के परिणामस्वरूप, हमें ऐसे उत्पाद मिलते हैं जो दूसरे चरण (एसीटोनोब्यूटाइल) में जाते हैं। चूंकि यह पूरी प्रक्रिया बैक्टीरिया की क्रिया के तहत भी होती है, जब माध्यम अम्लीकृत होता है (एसिड की सांद्रता में वृद्धि), बैक्टीरिया द्वारा विशेष एंजाइम जारी किए जाते हैं। वे ग्लूकोज किण्वन उत्पादों को एन-ब्यूटेनॉल (ब्यूटाइल अल्कोहल) और एसीटोन में बदलने के लिए प्रेरित करते हैं। इसके अलावा, कुछ इथेनॉल का उत्पादन किया जा सकता है।
अन्य प्रकार के किण्वन
सूचीबद्ध इस प्रक्रिया के पांच प्रकारों के अलावा और भी कई प्रकार हैं। उदाहरण के लिए, यह एसिटिक किण्वन है। यह कई बैक्टीरिया की कार्रवाई के तहत भी होता है। अचार बनाते समय इस प्रकार के किण्वन का उपयोग उपयोगी उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। यह भोजन को रोगजनक और खतरनाक बैक्टीरिया से बचाता है। क्षारीय या मीथेन किण्वन भी होते हैं। पिछले प्रकारों के विपरीत, इस प्रकारअधिकांश कार्बनिक यौगिकों के लिए किण्वन किया जा सकता है। बड़ी संख्या में जटिल प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, कार्बनिक पदार्थ मीथेन, हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड में विभाजित हो जाते हैं।
जैविक भूमिका
किण्वन जीवों द्वारा ऊर्जा प्राप्त करने का सबसे प्राचीन तरीका है। कुछ जीव रास्ते में ऊर्जा प्राप्त करते हुए कार्बनिक पदार्थों का उत्पादन करते हैं, जबकि अन्य ऊर्जा प्राप्त करते हुए इन पदार्थों को नष्ट कर देते हैं। हमारा पूरा जीवन इसी पर टिका है। और हम में से प्रत्येक में किण्वन किसी न किसी रूप में होता है। जैसा कि हमने ऊपर कहा, गहन प्रशिक्षण के दौरान मांसपेशियों में लैक्टिक एसिड किण्वन होता है।
और क्या पढ़ें?
यदि आप इस बहुत ही रोचक प्रक्रिया की जैव रसायन में रुचि रखते हैं, तो आपको रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में स्कूली पाठ्यपुस्तकों से शुरुआत करनी चाहिए। कई विश्वविद्यालय की पाठ्यपुस्तकें इतनी विस्तृत हैं कि उन्हें पढ़कर आप इस क्षेत्र में सिर्फ एक विशेषज्ञ बन सकते हैं।
निष्कर्ष
यहाँ हम अंत में आते हैं। हमने सभी प्रकार के ग्लूकोज किण्वन और इन प्रक्रियाओं के सामान्य सिद्धांतों का विश्लेषण किया, जो जीवित जीवों के कामकाज और हमारे उद्योग दोनों में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। यह संभव है कि भविष्य में हम इस प्राचीन प्रक्रिया के कई और प्रकारों की खोज करेंगे और सीखेंगे कि उन्हें अपने लाभ के लिए कैसे उपयोग किया जाए, जैसा कि हमने उन लोगों के साथ किया है जिन्हें हम पहले से जानते हैं।
