एल्कोहलिक किण्वन चीनी को एथिल अल्कोहल में बदलने का जादू है। अल्कोहल किण्वन Homofermentative लैक्टिक एसिड किण्वन

मादक किण्वन के दौरान, मुख्य उत्पादों - शराब और सीओ 2 के अलावा, कई अन्य, तथाकथित माध्यमिक किण्वन उत्पाद, शर्करा से उत्पन्न होते हैं। C 6 H 12 O 6 के 100 ग्राम से, 48.4 ग्राम एथिल अल्कोहल, 46.6 ग्राम कार्बन डाइऑक्साइड, 3.3 ग्राम ग्लिसरॉल, 0.5 ग्राम सक्सिनिक एसिड और 1.2 ग्राम लैक्टिक एसिड, एसीटैल्डिहाइड, एसीटोन और अन्य का मिश्रण बनता है। कार्बनिक यौगिक।

इसके साथ ही, प्रजनन और लॉगरिदमिक विकास की अवधि के दौरान खमीर कोशिकाएं अंगूर से अमीनो एसिड का उपभोग करती हैं, जो अपने स्वयं के प्रोटीन के निर्माण के लिए आवश्यक हैं। इस मामले में, किण्वन उपोत्पाद, मुख्य रूप से उच्च अल्कोहल बनते हैं।

मादक किण्वन की आधुनिक योजना में, खमीर एंजाइमों के एक जटिल की कार्रवाई के तहत हेक्सोस के जैव रासायनिक परिवर्तनों के 10-12 चरण होते हैं। सरलीकृत रूप में, मादक किण्वन के तीन चरणों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है।

मैंचरण - फास्फारिलीकरण और हेक्सोज का टूटना।इस स्तर पर, कई प्रतिक्रियाएँ होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप हेक्सोज़ को ट्राइज़ फॉस्फेट में बदल दिया जाता है:

एटीपी → एडीपी

जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में ऊर्जा के हस्तांतरण में मुख्य भूमिका एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) और एडीपी (एडेनोसिन डिपोस्फेट) द्वारा निभाई जाती है। वे एंजाइम का हिस्सा हैं, जीवन प्रक्रियाओं के कार्यान्वयन के लिए आवश्यक बड़ी मात्रा में ऊर्जा जमा करते हैं, और एडेनोसाइन हैं - न्यूक्लिक एसिड का एक अभिन्न अंग - फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के साथ। सबसे पहले, एडेनिलिक एसिड बनता है (एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट, या एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट - एएमपी):

यदि हम एडेनोसिन को अक्षर ए से निरूपित करते हैं, तो एटीपी की संरचना को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

ए-ओ-आर-ओ ~ आर - ओ ~ आर-ओएच

~ के साथ चिन्ह तथाकथित मैक्रोर्जिक फॉस्फेट बॉन्ड को दर्शाता है, जो ऊर्जा से भरपूर होते हैं, जो फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के उन्मूलन के दौरान जारी होते हैं। एटीपी से एडीपी में ऊर्जा का स्थानांतरण निम्नलिखित योजना द्वारा दर्शाया जा सकता है:

जारी ऊर्जा का उपयोग खमीर कोशिकाओं द्वारा महत्वपूर्ण कार्यों को सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है, विशेष रूप से उनके प्रजनन में। ऊर्जा विमोचन का पहला कार्य हेक्सोज़ के फॉस्फोरिक एस्टर का निर्माण है - उनका फॉस्फोराइलेशन। एटीपी से हेक्सोज़ में फॉस्फोरिक एसिड के अवशेष के अलावा खमीर द्वारा आपूर्ति किए गए फॉस्फोहेक्सोकिनेज एंजाइम की क्रिया के तहत होता है (हम अक्षर पी द्वारा फॉस्फेट अणु को निरूपित करते हैं):

ग्लूकोज ग्लूकोज-6-फॉस्फेट फ्रुक्टोज-1,6-फॉस्फेट

जैसा कि उपरोक्त योजना से देखा जा सकता है, फॉस्फोराइलेशन दो बार होता है, और आइसोमेरेज़ एंजाइम की कार्रवाई के तहत ग्लूकोज फॉस्फोरस एस्टर को फ्रुक्टोज फॉस्फोरस एस्टर में उलटा बदल दिया जाता है, जिसमें एक सममित फुरान रिंग होती है। फ्रुक्टोज अणु के सिरों पर फॉस्फोरिक एसिड के अवशेषों की सममित व्यवस्था इसके बाद के बीच में ही टूटने की सुविधा प्रदान करती है। दो तिकड़ी में हेक्सोज़ का टूटना एंजाइम एल्डोलेस द्वारा उत्प्रेरित होता है; अपघटन के परिणामस्वरूप, 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड और फॉस्फोडायोक्सीसिटोन का एक गैर-संतुलन मिश्रण बनता है:

फॉस्फोग्लिसरॉल-नया एल्डिहाइड (3.5%) फॉस्फोडायहाइड्रोक्सीसिटोन (96.5%)

केवल 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड आगे की प्रतिक्रियाओं में शामिल है, जिनमें से सामग्री को फॉस्फोडायोक्सीसिटोन अणुओं पर आइसोमेरेज़ एंजाइम की क्रिया द्वारा लगातार भर दिया जाता है।

मादक किण्वन का द्वितीय चरण- पाइरुविक अम्ल का निर्माण। दूसरे चरण में, ऑक्सीडेटिव एंजाइम डिहाइड्रोजनेज की कार्रवाई के तहत 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड के रूप में ट्रायोज फॉस्फेट को फॉस्फोग्लिसरिक एसिड में ऑक्सीकृत किया जाता है, और उपयुक्त एंजाइमों (फॉस्फोग्लिसरोमुटेस और एनोलेज़) और एलडीएफ-एटीपी प्रणाली की भागीदारी के साथ, यह बदल जाता है पाइरुविक एसिड में:

सबसे पहले, 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड का प्रत्येक अणु अपने आप में एक और फॉस्फोरिक एसिड अवशेष जोड़ता है (अकार्बनिक फास्फोरस अणु के कारण) और 1,3-डिफोस्फोग्लिसराल्डिहाइड बनता है। फिर, अवायवीय परिस्थितियों में, इसे 1,3-डिफोस्फोग्लिसरिक एसिड में ऑक्सीकरण किया जाता है:

डिहाइड्रोजनेज का सक्रिय समूह जटिल कार्बनिक संरचना NAD (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड) का एक कोएंजाइम है, जो अपने निकोटिनामाइड नाभिक के साथ दो हाइड्रोजन परमाणुओं को ठीक करता है:

ओवर+ + 2एच+ + ओवर एच2

ओवर ऑक्सीडाइज्ड ओवर रिड्यूस्ड

सब्सट्रेट को ऑक्सीकरण करते हुए, एनएडी कोएंजाइम मुक्त हाइड्रोजन आयनों का मालिक बन जाता है, जो इसे उच्च कमी क्षमता देता है। इसलिए, किण्वन को हमेशा एक उच्च कम करने की क्षमता की विशेषता होती है, जो कि वाइनमेकिंग में बहुत व्यावहारिक महत्व है: माध्यम का पीएच कम हो जाता है, अस्थायी रूप से ऑक्सीकृत पदार्थ बहाल हो जाते हैं, और रोगजनक सूक्ष्मजीव मर जाते हैं।

अल्कोहल किण्वन चरण के अंतिम चरण II में, एंजाइम फॉस्फोट्रांसफेरेज़ दो बार फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के हस्तांतरण को उत्प्रेरित करता है, और फॉस्फोग्लिसरमुटेज़ इसे तीसरे कार्बन परमाणु से दूसरे तक ले जाता है, जिससे एनोलेज़ एंजाइम के लिए पाइरुविक एसिड बनाने की संभावना खुल जाती है:

1,3-डिफॉसोग्लिसरिक एसिड 2-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड पाइरुविक एसिड

इस तथ्य के कारण कि दोगुने फॉस्फोराइलेटेड हेक्सोज (2 एटीपी की खपत) के एक अणु से दोगुने फॉस्फोराइलेटेड ट्रायोज के दो अणु प्राप्त होते हैं (4 एटीपी बनते हैं), शर्करा के एंजाइमैटिक ब्रेकडाउन का शुद्ध ऊर्जा संतुलन 2 एटीपी का गठन होता है। यह ऊर्जा खमीर के महत्वपूर्ण कार्यों को प्रदान करती है और किण्वन माध्यम के तापमान में वृद्धि का कारण बनती है।

पाइरुविक एसिड के निर्माण से पहले की सभी प्रतिक्रियाएँ शर्करा के अवायवीय किण्वन और सबसे सरल जीवों और पौधों की श्वसन दोनों में निहित हैं। स्टेज III केवल मादक किण्वन से संबंधित है।

तृतीयमादक किण्वन का चरण - एथिल अल्कोहल का निर्माण।अल्कोहल किण्वन के अंतिम चरण में, पाइरुविक एसिड, डीकार्बोक्सिलेज एंजाइम की क्रिया के तहत, एसीटैल्डिहाइड और कार्बन डाइऑक्साइड के गठन के साथ डीकार्बाक्सिलेटेड होता है, और अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज एंजाइम और एनएडी-एच 2 कोएंजाइम की भागीदारी के साथ, एसीटैल्डिहाइड को कम किया जाता है। एथिल अल्कोहोल:

पाइरुविक अम्ल एसिटाइल एल्डिहाइड इथेनॉल

यदि किण्वन वाले पौधे में मुक्त सल्फ्यूरस एसिड की अधिकता होती है, तो एसीटैल्डिहाइड का हिस्सा एल्डिहाइड सल्फर यौगिक से बंधा होता है: प्रत्येक लीटर में, H2SO3 का 100 मिलीग्राम, CH3COH के 66 मिलीग्राम को बांधता है।

इसके बाद, ऑक्सीजन की उपस्थिति में, यह अस्थिर यौगिक विघटित हो जाता है, और शराब सामग्री में मुक्त एसीटैल्डिहाइड पाया जाता है, जो विशेष रूप से शैंपेन और टेबल वाइन सामग्री के लिए अवांछनीय है।

संकुचित रूप में, एथिल अल्कोहल के लिए हेक्सोस के अवायवीय रूपांतरण को निम्नलिखित योजना द्वारा दर्शाया जा सकता है:

जैसा कि मादक किण्वन की योजना से देखा जा सकता है, हेक्सोज फॉस्फेट एस्टर पहले बनते हैं। इसी समय, ग्लूकोज और फ्रुक्टोज अणु, हेक्सोकेनेज एंजाइम की क्रिया के तहत, एडेनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) से एक फॉस्फोरिक एसिड अवशेष संलग्न करते हैं, और ग्लूकोज-6-फॉस्फेट और एडेनोसिटोल डिपोस्फेट (एडीपी) बनते हैं।

ग्लूकोज-6-फॉस्फेट एंजाइम आइसोमेरेज़ द्वारा फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट में परिवर्तित हो जाता है, जो एटीपी से एक और फॉस्फोरिक एसिड अवशेष जोड़ता है और फ्रुक्टोज-1,6-डाइफॉस्फेट बनाता है। यह प्रतिक्रिया फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है। इस रासायनिक यौगिक का निर्माण शर्करा के अवायवीय टूटने की पहली प्रारंभिक अवस्था को समाप्त करता है।

इन प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, चीनी अणु ऑक्सीफॉर्म में गुजरता है, अधिक उत्तरदायित्व प्राप्त करता है और एंजाइमेटिक परिवर्तनों के लिए अधिक सक्षम हो जाता है।

एंजाइम एल्डोलेस के प्रभाव में, फ्रुक्टोज -1, 6-डाइफॉस्फेट को ग्लिसरॉल एल्डिहाइड फॉस्फोरिक और डायहाइड्रोक्सीसिटोन फॉस्फोरिक एसिड में विभाजित किया जाता है, जिसे ट्रायोज फॉस्फेट आइसोमेरेज एंजाइम की क्रिया के तहत एक में परिवर्तित किया जा सकता है। फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड को और रूपांतरण के अधीन किया जाता है, जिसमें से 97% फॉस्फोडायोक्सीसेटोन की तुलना में लगभग 3% बनता है। फॉस्फोडायऑक्सीसेटोन, फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड के उपयोग के साथ, फॉस्फोट्रिओस आइसोमेरेज़ की क्रिया द्वारा 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड में परिवर्तित हो जाता है।

दूसरे चरण में, 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड एक और फॉस्फोरिक एसिड अवशेष (अकार्बनिक फॉस्फोरस के कारण) को 1,3-डिफोस्फोग्लिसराल्डिहाइड बनाने के लिए जोड़ता है, जो ट्रायोज फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा डिहाइड्रोजनीकृत होता है और 1,3-डिफोस्फोग्लिसरिक एसिड देता है। इस मामले में, हाइड्रोजन को NAD कोएंजाइम के ऑक्सीकृत रूप में स्थानांतरित किया जाता है। 1,3-डिफोस्फोग्लिसरिक एसिड, एडीपी (एंजाइम फॉस्फोग्लिसरेट केनेज की क्रिया के तहत) फॉस्फोरिक एसिड का एक अवशेष देता है, 3-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड में बदल जाता है, जो एंजाइम फॉस्फोग्लिसरोमुटेस की क्रिया के तहत 2-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड में बदल जाता है। उत्तरार्द्ध, फॉस्फोपाइरुवेट हाइड्रोटेज की क्रिया के तहत, फॉस्फोनिओलपीरुविक एसिड में परिवर्तित हो जाता है। इसके अलावा, पाइरूवेट केनेज एंजाइम की भागीदारी के साथ, फॉस्फोनिओलपीरुविक एसिड फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों को एडीपी अणु में स्थानांतरित करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक एटीपी अणु बनता है और एनोल्पीरुविक एसिड अणु पाइरुविक एसिड में गुजरता है।

अल्कोहल किण्वन के तीसरे चरण में पाइरुवेट डिकारबॉक्साइलेज एंजाइम की कार्रवाई के तहत कार्बन डाइऑक्साइड और एसीटैल्डिहाइड में पाइरुविक एसिड के टूटने की विशेषता होती है, जो एंजाइम अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज (इसका कोएंजाइम एनएडी) की कार्रवाई के तहत एथिल अल्कोहल में कम हो जाता है। .

मादक किण्वन के लिए समग्र समीकरण को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O

इस प्रकार, किण्वन के दौरान, ग्लूकोज का एक अणु इथेनॉल के दो अणुओं और कार्बन डाइऑक्साइड के दो अणुओं में परिवर्तित हो जाता है।

लेकिन किण्वन का संकेतित कोर्स केवल एक ही नहीं है। यदि, उदाहरण के लिए, सब्सट्रेट में कोई पाइरूवेट डिकार्बोसिलेज़ एंजाइम नहीं है, तो पाइरुविक एसिड को एसिटिक एल्डिहाइड से नहीं जोड़ा जाता है और पाइरुविक एसिड सीधे कम हो जाता है, लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज की उपस्थिति में लैक्टिक एसिड में बदल जाता है।

वाइनमेकिंग में, सोडियम बाइसल्फाइट की उपस्थिति में ग्लूकोज और फ्रुक्टोज का किण्वन होता है। पाइरुविक एसिड के डीकार्बाक्सिलेशन के दौरान बनने वाले एसिटिक एल्डिहाइड को बाइसल्फाइट के साथ बंधन के परिणामस्वरूप हटा दिया जाता है। एसिटिक एल्डिहाइड के स्थान पर डायहाइड्रॉक्सीसिटोन फॉस्फेट और 3-फॉस्फोग्लिसराल्डिहाइड का कब्जा है, वे कम रासायनिक यौगिकों से हाइड्रोजन प्राप्त करते हैं, जिससे ग्लिसरॉस्फेट बनता है, जो डीफॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप ग्लिसरॉल में बदल जाता है। यह न्यूबर्ग किण्वन का दूसरा रूप है। मादक किण्वन की इस योजना के अनुसार, ग्लिसरॉल और एसीटैल्डिहाइड एक बिस्ल्फाइट व्युत्पन्न के रूप में संचित होते हैं।

किण्वन के दौरान बनने वाले पदार्थ।

वर्तमान में, किण्वन उत्पादों में लगभग 50 उच्च अल्कोहल पाए गए हैं, जिनमें विभिन्न प्रकार की गंध होती है और शराब की सुगंध और गुलदस्ते को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। किण्वन के दौरान सबसे बड़ी मात्रा में, आइसोमाइल, आइसोबुटिल और एन-प्रोपाइल अल्कोहल बनते हैं। सुगंधित उच्च अल्कोहल β-फेनिलथेनॉल (FES), टायरोसोल, टेरपीन अल्कोहल फ़ार्नेसोल, जिसमें गुलाब की सुगंध होती है, घाटी के लिली, लिंडेन फूल, बड़ी मात्रा में (100 mg / dm3 तक) स्पार्कलिंग और टेबल सेमीस्वीट वाइन में पाए जाते हैं। तथाकथित जैविक नाइट्रोजन कमी द्वारा प्राप्त। । इनकी कम संख्या में उपस्थिति वांछनीय है। इसके अलावा, जब शराब वृद्ध होती है, तो उच्च अल्कोहल वाष्पशील एसिड के साथ एस्टरीफिकेशन में प्रवेश करते हैं और एस्टर बनाते हैं, जो वाइन को गुलदस्ता परिपक्वता के अनुकूल ईथर टोन देते हैं।

इसके बाद, यह साबित हो गया कि अमीनो एसिड और एसीटैल्डिहाइड की भागीदारी के साथ संक्रमण और प्रत्यक्ष जैवसंश्लेषण द्वारा पाइरुविक एसिड से स्निग्ध उच्च अल्कोहल का निर्माण होता है। लेकिन सबसे मूल्यवान सुगंधित उच्च अल्कोहल केवल इसी सुगंधित अमीनो एसिड से बनते हैं, उदाहरण के लिए:

शराब में उच्च अल्कोहल का बनना कई कारकों पर निर्भर करता है। सामान्य परिस्थितियों में, वे औसतन 250 mg/dm3 जमा करते हैं। धीमी लंबी अवधि के किण्वन के साथ, उच्च अल्कोहल की मात्रा बढ़ जाती है, किण्वन तापमान में 30 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ, यह घट जाती है। निरंतर प्रवाह किण्वन की शर्तों के तहत, खमीर का प्रजनन बहुत सीमित होता है और बैच किण्वन की तुलना में उच्च अल्कोहल कम बनते हैं।

खमीर कोशिकाओं की संख्या में कमी के साथ किण्वित पौधा के ठंडा होने, बसने और मोटे छानने के परिणामस्वरूप, खमीर बायोमास का एक धीमा संचय होता है और साथ ही उच्च अल्कोहल की मात्रा, विशेष रूप से सुगंधित श्रृंखला, बढ़ जाती है।

सूखी सफेद टेबल, शैंपेन और कॉन्यैक वाइन सामग्री के लिए उच्च अल्कोहल की बढ़ी हुई मात्रा अवांछनीय है, हालांकि, यह लाल टेबल, स्पार्कलिंग और मजबूत वाइन को सुगंध और स्वाद में कई प्रकार के रंग देता है।

अंगूर के अल्कोहल किण्वन को उच्च आणविक भार एल्डिहाइड और केटोन्स, वाष्पशील और फैटी एसिड और उनके एस्टर के गठन से भी जोड़ा जाता है, जो गुलदस्ता और वाइन के स्वाद के निर्माण में महत्वपूर्ण हैं।

जीवों के लिए ऊर्जा का प्राथमिक स्रोत सूर्य है। प्रकाश क्वांटा हरे पौधों की कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में निहित क्लोरोफिल द्वारा अवशोषित होते हैं और कार्बनिक पदार्थों के रासायनिक बंधों की ऊर्जा के रूप में जमा होते हैं - प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद। पौधों और जानवरों की विषमपोषी कोशिकाएं स्वपोषी कोशिकाओं द्वारा संश्लेषित विभिन्न कार्बनिक पदार्थों (कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन) से ऊर्जा प्राप्त करती हैं। जीवित प्राणी जो प्रकाश ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं, कहलाते हैं फोटोट्रोफ,और रासायनिक बंधों की ऊर्जा - रसोपोषी.

ऊर्जा और पदार्थ के उपभोग की प्रक्रिया कहलाती है खाना।पोषण दो प्रकार के होते हैं: होलोजोइक -भोजन के कणों को शरीर के अंदर फँसाकर और होलोफाइटिक -कब्जा किए बिना, शरीर की सतह संरचनाओं के माध्यम से भंग पोषक तत्वों के अवशोषण के माध्यम से। शरीर में प्रवेश करने वाले पोषक तत्व चयापचय प्रक्रियाओं में शामिल होते हैं। सांस लेनाएक ऐसी प्रक्रिया कहा जा सकता है जिसमें कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण से ऊर्जा निकलती है। कोशिकाओं में आंतरिक, ऊतक या इंट्रासेल्युलर श्वसन होता है। अधिकांश जीवों की विशेषता है एरोबिक श्वसन,जिसके लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है (चित्र 8.4)। पर अवायवीय,ऑक्सीजन (बैक्टीरिया) से वंचित वातावरण में रहना, या एरोबेसइसकी कमी के साथ, प्रकार के अनुसार प्रसार आगे बढ़ता है किण्वन(अवायुश्वसन)। श्वसन के दौरान टूटने वाले मुख्य पदार्थ कार्बोहाइड्रेट हैं - पहले क्रम का भंडार। लिपिड दूसरे क्रम के भंडार का प्रतिनिधित्व करते हैं, और केवल जब कार्बोहाइड्रेट और लिपिड के भंडार समाप्त हो जाते हैं, तो श्वसन के लिए प्रोटीन का उपयोग किया जाता है - तीसरे क्रम का भंडार। श्वसन की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रॉनों को आपस में जुड़े वाहक अणुओं की एक प्रणाली के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है: एक अणु द्वारा इलेक्ट्रॉनों के नुकसान को कहा जाता है ऑक्सीकरण,एक अणु (स्वीकर्ता) के लिए इलेक्ट्रॉनों का जुड़ाव - वसूली,इस मामले में जारी ऊर्जा एटीपी अणु के मैक्रोर्जिक बॉन्ड में संग्रहित होती है। बायोसिस्टम्स में सबसे आम स्वीकारकर्ताओं में से एक ऑक्सीजन है। मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में ऊर्जा छोटे हिस्से में जारी होती है।

ऊर्जा विनिमय,या असमानता,ऊर्जा की रिहाई के साथ, कार्बनिक पदार्थों को विभाजित करने की प्रतिक्रियाओं का एक सेट है। आवास के आधार पर, ऊर्जा चयापचय की एक प्रक्रिया को सशर्त रूप से कई क्रमिक चरणों में विभाजित किया जा सकता है। अधिकांश जीवित जीवों में - ऑक्सीजन वातावरण में रहने वाले एरोब, विघटन के दौरान तीन चरण किए जाते हैं: प्रारंभिक, ऑक्सीजन मुक्त और ऑक्सीजन, जिसके दौरान कार्बनिक पदार्थ अकार्बनिक यौगिकों में विघटित हो जाते हैं।

चावल। 8.4।

प्रथम चरण। मेंबहुकोशिकीय कार्बनिक खाद्य पदार्थों के पाचन तंत्र में, संबंधित एंजाइमों की क्रिया के तहत, वे सरल अणुओं में टूट जाते हैं: प्रोटीन - अमीनो एसिड, पॉलीसेकेराइड (स्टार्च, ग्लाइकोजन) में - मोनोसैकराइड (ग्लूकोज) में, वसा - ग्लिसरॉल में और फैटी एसिड, न्यूक्लिक एसिड - न्यूक्लियोटाइड्स आदि में। एककोशिकीय में, लाइसोसोम के हाइड्रोलाइटिक एंजाइम की क्रिया के तहत इंट्रासेल्युलर दरार होती है। मेंपाचन के दौरान, ऊर्जा की एक छोटी मात्रा जारी की जाती है, जो गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है, और गठित छोटे कार्बनिक अणु आगे विभाजन (विघटन) से गुजर सकते हैं या कोशिका द्वारा इसके संश्लेषण के लिए "निर्माण सामग्री" के रूप में उपयोग किया जा सकता है। खुद के कार्बनिक यौगिक (आत्मसात)।

दूसरा चरण- एनोक्सिक, या किण्वन, कोशिका के साइटोप्लाज्म में किया जाता है। प्रारंभिक अवस्था में बनने वाले पदार्थ - ग्लूकोज, अमीनो एसिड, आदि - ऑक्सीजन के उपयोग के बिना आगे एंजाइमी अपघटन से गुजरते हैं। कोशिका में ऊर्जा का मुख्य स्रोत ग्लूकोज है। एनोक्सिक, ग्लूकोज का अधूरा टूटना (ग्लाइकोलाइसिस) ग्लूकोज के टूटने की पाइरुविक एसिड (पीवीके) और फिर लैक्टिक, एसिटिक, ब्यूटिरिक एसिड या एथिल अल्कोहल के सेल के साइटोप्लाज्म में होने वाली एक बहु-चरणीय प्रक्रिया है। ग्लाइकोलाइसिस की प्रतिक्रियाओं के दौरान, बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है - 200 kJ / mol। इस ऊर्जा का एक हिस्सा (60%) गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है, बाकी (40%) एटीपी संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है। ग्लाइकोलाइसिस के उत्पाद पाइरुविक एसिड, एनएडीएच के रूप में हाइड्रोजन (निकोटिनामाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड) और एटीपी के रूप में ऊर्जा हैं।

ग्लाइकोलाइसिस की समग्र प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

विभिन्न प्रकार के किण्वन के साथ, ग्लाइकोलाइसिस उत्पादों का आगे का भाग्य अलग है। जानवरों की कोशिकाओं में ऑक्सीजन की अस्थायी कमी का अनुभव होता है, उदाहरण के लिए, अत्यधिक शारीरिक परिश्रम के दौरान मानव मांसपेशियों की कोशिकाओं में, साथ ही कुछ बैक्टीरिया में, लैक्टिक एसिड किण्वन होता है, जिसमें पीवीसी लैक्टिक एसिड में कम हो जाता है:

प्रसिद्ध लैक्टिक एसिड किण्वन (दूध के खट्टा होने के दौरान, खट्टा क्रीम, केफिर, आदि का निर्माण) लैक्टिक एसिड कवक और बैक्टीरिया के कारण होता है। मादक किण्वन (पौधे, कुछ कवक, शराब बनानेवाला खमीर) के दौरान, ग्लाइकोलाइसिस के उत्पाद एथिल अल्कोहल और CO2 हैं। अन्य जीवों में, किण्वन उत्पाद ब्यूटाइल अल्कोहल, एसीटोन, एसिटिक एसिड आदि हो सकते हैं।

तीसरा चरणऊर्जा चयापचय - पूर्ण ऑक्सीकरण, या एरोबिक श्वसन, माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र (क्रेब्स चक्र) के दौरान, सीओ 2 को पीवीए से अलग किया जाता है, और दो-कार्बन अवशेषों को कोएंजाइम ए अणु से एसिटाइल कोएंजाइम ए बनाने के लिए जोड़ा जाता है, जिसके अणु में ऊर्जा संग्रहीत होती है।

(एसिटाइल-सीओए फैटी एसिड और कुछ अमीनो एसिड के ऑक्सीकरण के दौरान भी बनता है)। बाद की चक्रीय प्रक्रिया में (चित्र 8.4), एसिटाइल कोएंजाइम ए के एक अणु, दो सीओ 2 अणुओं, एनएडीएच 2 और एफएडीएच 2 (फ्लेविन एडिनाइन डायन्यूक्लियोटाइड) द्वारा ले जाने वाले हाइड्रोजन परमाणुओं के चार जोड़े के परिणामस्वरूप, कार्बनिक अम्लों का अंतर्संबंध होता है। और दो एटीपी अणु बनते हैं। इलेक्ट्रॉन वाहक प्रोटीन आगे ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे हाइड्रोजन परमाणुओं को आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में ले जाते हैं, जहां वे झिल्ली में निर्मित प्रोटीन की एक श्रृंखला के साथ पारित होते हैं। ट्रांसफर चेन के साथ कणों का परिवहन इस तरह से किया जाता है कि प्रोटॉन झिल्ली के बाहरी तरफ रहते हैं और इंटरमेम्ब्रेनर स्पेस में जमा हो जाते हैं, इसे एच + जलाशय में बदल देते हैं, और इलेक्ट्रॉनों को आंतरिक सतह पर स्थानांतरित कर दिया जाता है। आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली, जहां वे अंततः ऑक्सीजन के साथ संयुक्त होते हैं:

नतीजतन, माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली अंदर से नकारात्मक और बाहर से सकारात्मक रूप से चार्ज होती है। जब झिल्ली के पार संभावित अंतर एक महत्वपूर्ण स्तर (200 mV) तक पहुँच जाता है, तो सकारात्मक रूप से आवेशित H+ कण विद्युत क्षेत्र के बल द्वारा ATPase चैनल (आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली में निर्मित एक एंजाइम) के माध्यम से धक्का देना शुरू कर देते हैं और एक बार आंतरिक पर झिल्ली की सतह, ऑक्सीजन के साथ परस्पर क्रिया करती है, जिससे पानी बनता है। इस स्तर पर प्रक्रिया शामिल है ऑक्सीडेटिव फाृॉस्फॉरिलेशन- ADP में अकार्बनिक फॉस्फेट का योग और ATP का निर्माण। लगभग 55% ऊर्जा ATP के रासायनिक बंधों में संग्रहित होती है, और 45% ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है।

सेलुलर श्वसन की कुल प्रतिक्रियाएं:

कार्बनिक पदार्थों के टूटने के दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग सेल द्वारा तुरंत नहीं किया जाता है, लेकिन उच्च-ऊर्जा यौगिकों के रूप में संग्रहीत किया जाता है, आमतौर पर एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के रूप में। इसकी रासायनिक प्रकृति से, एटीपी मोनोन्यूक्लियोटाइड्स से संबंधित है और इसमें मैक्रोर्जिक बॉन्ड (30.6 kJ) द्वारा परस्पर जुड़े एडेनिन, राइबोज कार्बोहाइड्रेट और तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के नाइट्रोजनस बेस होते हैं।

एटीपी हाइड्रोलिसिस के दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग कोशिका द्वारा रासायनिक, आसमाटिक, यांत्रिक और अन्य प्रकार के कार्यों को करने के लिए किया जाता है। एटीपी सेल का सार्वभौमिक ऊर्जा स्रोत है। कोशिका में एटीपी की आपूर्ति फॉस्फोराइलेशन की प्रक्रिया के कारण सीमित और पुनःपूर्ति होती है, जो श्वसन, किण्वन और प्रकाश संश्लेषण के दौरान अलग-अलग दरों पर होती है।

एंकर अंक

• मेटाबॉलिज्म में दो बारीकी से परस्पर जुड़ी और विपरीत दिशा में निर्देशित प्रक्रियाएं होती हैं: आत्मसात और प्रसार।
• कोशिका में होने वाली अधिकांश जीवन प्रक्रियाओं में एटीपी के रूप में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
• एरोबिक जीवों में ग्लूकोज का टूटना, जिसमें ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ लैक्टिक एसिड के टूटने के बाद एनोक्सिक चरण होता है, एनारोबिक ग्लाइकोलाइसिस की तुलना में 18 गुना अधिक ऊर्जा कुशल है।

पुनरावृत्ति के लिए प्रश्न और कार्य

• 1. असमीकरण क्या है? इस प्रक्रिया के चरणों का वर्णन कीजिए। सेल चयापचय में एटीपी की क्या भूमिका है?
• 2. उदाहरण के तौर पर ग्लूकोज के ब्रेकडाउन का उपयोग करके सेल में एनर्जी मेटाबोलिज्म के बारे में बताएं।
• 3. किन जीवों को विषमपोषी कहा जाता है? उदाहरण दो।
• 4. कहाँ, अणुओं के किस परिवर्तन के परिणामस्वरूप और किस मात्रा में जीवित जीवों में एटीपी बनता है?
• 5. कौन से जीव स्वपोषी कहलाते हैं? ऑटोट्रॉफ़्स को किन समूहों में विभाजित किया गया है?

ऊर्जा विनिमय(अपचय, प्रसार) - ऊर्जा की रिहाई के साथ, कार्बनिक पदार्थों को विभाजित करने की प्रतिक्रियाओं का एक सेट। कार्बनिक पदार्थों के टूटने के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का उपयोग कोशिका द्वारा तुरंत नहीं किया जाता है, बल्कि एटीपी और अन्य उच्च-ऊर्जा यौगिकों के रूप में संग्रहित किया जाता है। एटीपी सेल का सार्वभौमिक ऊर्जा स्रोत है। एटीपी संश्लेषण फॉस्फोराइलेशन की प्रक्रिया में सभी जीवों की कोशिकाओं में होता है - एडीपी में अकार्बनिक फॉस्फेट के अतिरिक्त।

पर एरोबिकजीव (ऑक्सीजन वातावरण में रहने वाले) ऊर्जा चयापचय के तीन चरणों में अंतर करते हैं: प्रारंभिक, ऑक्सीजन मुक्त ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन ऑक्सीकरण; पर अवायवीयजीव (ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में रहने वाले) और ऑक्सीजन की कमी वाले एरोबिक जीव - दो चरण: प्रारंभिक, ऑक्सीजन मुक्त ऑक्सीकरण।

तैयारी का चरण

इसमें जटिल कार्बनिक पदार्थों के एंजाइमेटिक ब्रेकडाउन में सरल होते हैं: प्रोटीन अणु - एमिनो एसिड, वसा - ग्लिसरॉल और कार्बोक्जिलिक एसिड, कार्बोहाइड्रेट - ग्लूकोज, न्यूक्लिक एसिड - न्यूक्लियोटाइड के लिए। उच्च-आण्विक कार्बनिक यौगिकों का विखंडन या तो जठरांत्र संबंधी मार्ग के एंजाइमों द्वारा या लाइसोसोम के एंजाइमों द्वारा किया जाता है। सभी जारी ऊर्जा गर्मी के रूप में विलुप्त हो जाती है। परिणामी छोटे कार्बनिक अणुओं को "निर्माण सामग्री" के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है या आगे तोड़ा जा सकता है।

एनोक्सिक ऑक्सीकरण, या ग्लाइकोलाइसिस

इस चरण में प्रारंभिक चरण के दौरान बनने वाले कार्बनिक पदार्थों के आगे विभाजन होते हैं, कोशिका के साइटोप्लाज्म में होते हैं और ऑक्सीजन की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है। कोशिका में ऊर्जा का मुख्य स्रोत ग्लूकोज है। ग्लूकोज के ऑक्सीजन मुक्त अपूर्ण विखंडन की प्रक्रिया - ग्लाइकोलाइसिस.

इलेक्ट्रॉनों की हानि को ऑक्सीकरण कहा जाता है, अधिग्रहण को कमी कहा जाता है, जबकि इलेक्ट्रॉन दाता ऑक्सीकरण होता है, स्वीकर्ता कम हो जाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कोशिकाओं में जैविक ऑक्सीकरण दोनों ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ हो सकता है:

ए + ओ 2 → एओ 2,

और उसकी भागीदारी के बिना, एक पदार्थ से दूसरे पदार्थ में हाइड्रोजन परमाणुओं के स्थानांतरण के कारण। उदाहरण के लिए, पदार्थ "ए" पदार्थ "बी" की कीमत पर ऑक्सीकृत होता है:

एएन 2 + बी → ए + बीएच 2

या इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के कारण, उदाहरण के लिए, फेरस आयरन ट्रिवेलेंट में ऑक्सीकृत हो जाता है:

फे 2+ → फे 3+ + ई -।

ग्लाइकोलाइसिस एक जटिल बहु-चरण प्रक्रिया है जिसमें दस प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। इस प्रक्रिया के दौरान, ग्लूकोज डिहाइड्रोजनीकरण होता है, कोएंजाइम एनएडी + (निकोटिनामाइड एडेनाइन डायन्यूक्लियोटाइड) हाइड्रोजन स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है। एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के परिणामस्वरूप, ग्लूकोज पाइरुविक एसिड (पीवीए) के दो अणुओं में परिवर्तित हो जाता है, जबकि कुल 2 एटीपी अणु और हाइड्रोजन वाहक एनएडी एच 2 का एक कम रूप बनता है:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 RO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2।

पीवीसी का भविष्य कोशिका में ऑक्सीजन की उपस्थिति पर निर्भर करता है। यदि कोई ऑक्सीजन नहीं है, तो खमीर और पौधे मादक किण्वन से गुजरते हैं, जिसमें पहले एसीटैल्डिहाइड बनता है, और फिर एथिल अल्कोहल:

1. सी 3 एच 4 ओ 3 → सीओ 2 + सीएच 3 सोन,
2. सीएच 3 सोन + एनएडी एच 2 → सी 2 एच 5 ओएच + ओवर +।

जानवरों और कुछ जीवाणुओं में, ऑक्सीजन की कमी के साथ, लैक्टिक एसिड किण्वन लैक्टिक एसिड के गठन के साथ होता है:

सी 3 एच 4 ओ 3 + एनएडी एच 2 → सी 3 एच 6 ओ 3 + ओवर +।

एक ग्लूकोज अणु के ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप, 200 kJ जारी किया जाता है, जिसमें से 120 kJ गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है, और 80% ATP बॉन्ड में जमा हो जाता है।

ऑक्सीजन ऑक्सीकरण, या श्वसन

यह पाइरुविक एसिड के पूर्ण विखंडन में होता है, माइटोकॉन्ड्रिया में होता है और ऑक्सीजन की अनिवार्य उपस्थिति के साथ होता है।

पाइरुविक एसिड को माइटोकॉन्ड्रिया (माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना और कार्य - व्याख्यान संख्या 7) में ले जाया जाता है। यहां, पीवीसी का डिहाइड्रोजनीकरण (हाइड्रोजन उन्मूलन) और डीकार्बाक्सिलेशन (कार्बन डाइऑक्साइड उन्मूलन) दो-कार्बन एसिटाइल समूह के गठन के साथ होता है, जो क्रेब्स चक्र प्रतिक्रियाओं नामक प्रतिक्रियाओं के चक्र में प्रवेश करता है। डीहाइड्रोजनीकरण और डीकार्बाक्सिलेशन के साथ आगे ऑक्सीकरण जुड़ा हुआ है। नतीजतन, प्रत्येक नष्ट किए गए पीवीसी अणु के लिए माइटोकॉन्ड्रिया से सीओ 2 के तीन अणु हटा दिए जाते हैं; वाहक (4NAD H 2, FAD H 2) के साथ-साथ एक ATP अणु से जुड़े हाइड्रोजन परमाणुओं के पांच जोड़े बनते हैं।

हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड के माइटोकॉन्ड्रिया में ग्लाइकोलाइसिस और पीवीसी के विनाश की समग्र प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

सी 6 एच 12 ओ 6 + 6 एच 2 ओ → 6 सीओ 2 + 4एटीपी + 12 एच 2।

ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप दो एटीपी अणु बनते हैं, दो - क्रेब्स चक्र में; क्रेब्स चक्र में ग्लाइकोलाइसिस, दस जोड़े - के परिणामस्वरूप हाइड्रोजन परमाणुओं के दो जोड़े (2NADHH2) का गठन किया गया था।

अंतिम चरण एडीपी से एटीपी के एक साथ फॉस्फोराइलेशन के साथ पानी में ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ हाइड्रोजन जोड़े का ऑक्सीकरण है। माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में स्थित श्वसन श्रृंखला के तीन बड़े एंजाइम परिसरों (फ्लेवोप्रोटीन, कोएंजाइम क्यू, साइटोक्रोमेस) में हाइड्रोजन स्थानांतरित किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों को हाइड्रोजन से लिया जाता है, जो अंततः माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में ऑक्सीजन के साथ संयुक्त होते हैं:

ओ 2 + ई - → ओ 2 -।

प्रोटॉन को माइटोकॉन्ड्रिया के इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में "प्रोटॉन जलाशय" में पंप किया जाता है। आंतरिक झिल्ली हाइड्रोजन आयनों के लिए अभेद्य है, एक ओर इसे नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है (O 2 - के कारण), दूसरी ओर - धनात्मक (H + के कारण)। जब आंतरिक झिल्ली में संभावित अंतर 200 mV तक पहुंच जाता है, तो प्रोटॉन ATP सिंथेटेज़ एंजाइम के चैनल से गुजरते हैं, ATP बनता है, और साइटोक्रोम ऑक्सीडेज पानी में ऑक्सीजन की कमी को उत्प्रेरित करता है। तो, बारह जोड़े हाइड्रोजन परमाणुओं के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, 34 एटीपी अणु बनते हैं।

मादक किण्वन किसी भी मादक पेय की तैयारी के अंतर्गत आता है। एथिल अल्कोहल प्राप्त करने का यह सबसे आसान और सबसे सस्ता तरीका है। दूसरी विधि - एथिलीन हाइड्रेशन, सिंथेटिक है, शायद ही कभी इस्तेमाल किया जाता है और केवल वोडका के उत्पादन में। चीनी को अल्कोहल में कैसे परिवर्तित किया जाता है, इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए हम किण्वन की विशेषताओं और स्थितियों को देखेंगे। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, यह ज्ञान खमीर के लिए इष्टतम वातावरण बनाने में मदद करेगा - मैश, वाइन या बीयर को सही ढंग से डालने के लिए।

मादक किण्वनखमीर ग्लूकोज को एथिल अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड को अवायवीय (ऑक्सीजन मुक्त) वातावरण में परिवर्तित करता है। समीकरण निम्नलिखित है:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2।

नतीजतन, ग्लूकोज का एक अणु एथिल अल्कोहल के 2 अणुओं और कार्बन डाइऑक्साइड के 2 अणुओं में परिवर्तित हो जाता है। इस मामले में, ऊर्जा जारी की जाती है, जिससे माध्यम के तापमान में थोड़ी वृद्धि होती है। किण्वन प्रक्रिया के दौरान फ़्यूज़ल तेल भी बनते हैं: ब्यूटाइल, एमाइल, आइसोमिल, आइसोबुटिल और अन्य अल्कोहल, जो अमीनो एसिड चयापचय के उप-उत्पाद हैं। फ़्यूज़ल तेल कई तरह से पेय की सुगंध और स्वाद बनाते हैं, लेकिन उनमें से अधिकांश मानव शरीर के लिए हानिकारक होते हैं, इसलिए निर्माता हानिकारक फ़्यूज़ल तेलों से अल्कोहल को शुद्ध करने की कोशिश करते हैं, लेकिन उपयोगी लोगों को छोड़ देते हैं।

ख़मीर- ये एकल-कोशिका वाले गोलाकार कवक (लगभग 1500 प्रजातियाँ) हैं, जो सक्रिय रूप से शर्करा से भरपूर तरल या अर्ध-तरल माध्यम में विकसित हो रहे हैं: फलों और पत्तियों की सतह पर, फूलों के अमृत में, मृत फाइटोमास और यहाँ तक कि मिट्टी में भी।

यह मनुष्य द्वारा "प्रशिक्षित" सबसे पहले जीवों में से एक है, मुख्य रूप से खमीर का उपयोग रोटी पकाने और मादक पेय बनाने के लिए किया जाता है। पुरातत्वविदों ने पाया है कि प्राचीन मिस्रवासी 6000 वर्ष ई.पू. इ। बीयर बनाना सीखा, और 1200 ई.पू. इ। खमीर की रोटी पकाने में महारत हासिल।

किण्वन की प्रकृति का वैज्ञानिक अध्ययन 19वीं शताब्दी में शुरू हुआ, पहला रासायनिक सूत्र जे. गे-लुसाक और ए. लेवोज़ियर द्वारा प्रस्तावित किया गया था, लेकिन प्रक्रिया का सार अस्पष्ट रहा, दो सिद्धांत उत्पन्न हुए। जर्मन वैज्ञानिक जस्टस वॉन लेबिग ने सुझाव दिया कि किण्वन प्रकृति में यांत्रिक है - जीवित जीवों के अणुओं के कंपन को चीनी में प्रेषित किया जाता है, जो शराब और कार्बन डाइऑक्साइड में विभाजित होता है। बदले में, लुई पाश्चर का मानना ​​​​था कि किण्वन प्रक्रिया का आधार प्रकृति में जैविक है - जब कुछ शर्तें पूरी हो जाती हैं, तो खमीर शराब में चीनी को संसाधित करना शुरू कर देता है। पाश्चर अनुभवजन्य रूप से अपनी परिकल्पना को साबित करने में कामयाब रहे, बाद में अन्य वैज्ञानिकों द्वारा किण्वन की जैविक प्रकृति की पुष्टि की गई।

रूसी शब्द "खमीर" पुराने स्लावोनिक क्रिया "ड्रोज़गेटी" से आया है, जिसका अर्थ है "कुचलना" या "गूंधना", बेकिंग ब्रेड के साथ एक स्पष्ट संबंध है। बदले में, खमीर "यीस्ट" का अंग्रेजी नाम पुराने अंग्रेजी शब्द "गिस्ट" और "गिस्ट" से आता है, जिसका अर्थ है "फोम", "गैस देना" और "उबालना", जो आसवन के करीब है।

शराब, चीनी, चीनी युक्त उत्पादों (मुख्य रूप से फल और जामुन) के साथ-साथ स्टार्च युक्त कच्चे माल के लिए कच्चे माल के रूप में: अनाज और आलू का उपयोग किया जाता है। समस्या यह है कि खमीर स्टार्च को किण्वित नहीं कर सकता है, इसलिए आपको पहले इसे साधारण शर्करा में तोड़ने की जरूरत है, यह एमाइलेज नामक एंजाइम द्वारा किया जाता है। एमाइलेज माल्ट, एक अंकुरित अनाज में पाया जाता है, और उच्च तापमान (आमतौर पर 60-72 डिग्री सेल्सियस) पर सक्रिय होता है, और स्टार्च को साधारण शर्करा में बदलने की प्रक्रिया को "सैकरिफिकेशन" कहा जाता है। माल्ट ("गर्म") के साथ पवित्रिकरण को सिंथेटिक एंजाइमों की शुरूआत से बदला जा सकता है, जिसमें पौधा को गर्म करने की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए विधि को "ठंडा" पवित्रिकरण कहा जाता है।

किण्वन की स्थिति

निम्नलिखित कारक खमीर के विकास और किण्वन के पाठ्यक्रम को प्रभावित करते हैं: चीनी एकाग्रता, तापमान और प्रकाश, पर्यावरण की अम्लता और ट्रेस तत्वों की उपस्थिति, शराब की मात्रा, ऑक्सीजन की पहुंच।

1. चीनी की सघनता।अधिकांश खमीर दौड़ के लिए, वोर्ट की इष्टतम चीनी सामग्री 10-15% है। 20% से ऊपर की सांद्रता पर, किण्वन कमजोर हो जाता है, और 30-35% पर यह लगभग बंद होने की गारंटी है, क्योंकि चीनी एक परिरक्षक बन जाती है जो खमीर को काम करने से रोकती है।

दिलचस्प है, जब माध्यम की चीनी सामग्री 10% से कम होती है, तो किण्वन भी खराब होता है, लेकिन पौधा मीठा करने से पहले, आपको किण्वन के दौरान प्राप्त शराब की अधिकतम एकाग्रता (चौथा बिंदु) को याद रखना होगा।

2. तापमान और प्रकाश।अधिकांश खमीर उपभेदों के लिए, इष्टतम किण्वन तापमान 20-26 डिग्री सेल्सियस है (नीचे-किण्वन शराब बनाने वाले के खमीर को 5-10 डिग्री सेल्सियस की आवश्यकता होती है)। स्वीकार्य सीमा 18-30 डिग्री सेल्सियस है। कम तापमान पर, किण्वन काफी धीमा हो जाता है, और शून्य से नीचे के मूल्यों पर, प्रक्रिया बंद हो जाती है और खमीर "सो जाता है" - निलंबित एनीमेशन में गिर जाता है। किण्वन को फिर से शुरू करने के लिए, तापमान बढ़ाने के लिए पर्याप्त है।

बहुत अधिक तापमान खमीर को मार देगा। धीरज की दहलीज तनाव पर निर्भर करती है। सामान्य तौर पर, 30-32 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के मूल्यों को खतरनाक माना जाता है (विशेष रूप से वाइन और बीयर के लिए), हालांकि, अल्कोहल खमीर की अलग-अलग नस्लें होती हैं जो 60 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान को सहन कर सकती हैं। यदि खमीर "पकाया" जाता है, तो आपको किण्वन को फिर से शुरू करने के लिए पौधा में एक नया बैच जोड़ना होगा।

किण्वन प्रक्रिया ही तापमान में कई डिग्री की वृद्धि का कारण बनती है - वोर्ट की मात्रा जितनी अधिक होती है और खमीर जितना अधिक सक्रिय होता है, उतना ही मजबूत ताप होता है। व्यवहार में, तापमान में सुधार किया जाता है यदि मात्रा 20 लीटर से अधिक है - यह तापमान को ऊपरी सीमा से 3-4 डिग्री नीचे रखने के लिए पर्याप्त है।

कंटेनर को एक अंधेरी जगह में छोड़ दिया जाता है या मोटे कपड़े से ढक दिया जाता है। सीधी धूप की अनुपस्थिति ओवरहीटिंग से बचाती है और खमीर के काम पर सकारात्मक प्रभाव डालती है - कवक को धूप पसंद नहीं है।

3. पर्यावरण की अम्लता और ट्रेस तत्वों की उपस्थिति।मध्यम अम्लता 4.0-4.5 पीएच मादक किण्वन को बढ़ावा देता है और तीसरे पक्ष के सूक्ष्मजीवों के विकास को रोकता है। एक क्षारीय वातावरण में, ग्लिसरॉल और एसिटिक एसिड जारी किया जाता है। तटस्थ पौधा में, किण्वन सामान्य रूप से आगे बढ़ता है, लेकिन रोगजनक बैक्टीरिया सक्रिय रूप से विकसित होते हैं। खमीर जोड़ने से पहले वोर्ट की अम्लता को ठीक किया जाता है। अक्सर, शौकिया आसवक साइट्रिक एसिड या किसी अम्लीय रस के साथ अम्लता को बढ़ाते हैं, और मस्ट को कम करने के लिए, वे चॉक से मस्ट को बुझाते हैं या इसे पानी से पतला करते हैं।

चीनी और पानी के अलावा, खमीर को अन्य पदार्थों की आवश्यकता होती है - मुख्य रूप से नाइट्रोजन, फास्फोरस और विटामिन। इन ट्रेस तत्वों का उपयोग खमीर द्वारा अमीनो एसिड के संश्लेषण के लिए किया जाता है जो उनके प्रोटीन को बनाते हैं, साथ ही किण्वन के प्रारंभिक चरण में प्रजनन के लिए भी। समस्या यह है कि घर पर पदार्थों की एकाग्रता को सटीक रूप से निर्धारित करना संभव नहीं होगा, और अनुमेय मूल्यों से अधिक पेय के स्वाद (विशेष रूप से शराब के लिए) को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकता है। इसलिए, यह माना जाता है कि स्टार्च युक्त और फलों के कच्चे माल में शुरू में विटामिन, नाइट्रोजन और फास्फोरस की आवश्यक मात्रा होती है। आमतौर पर केवल शुद्ध चीनी मैश ही खिलाया जाता है।

4. शराब की मात्रा।एक ओर, एथिल अल्कोहल खमीर का अपशिष्ट उत्पाद है, दूसरी ओर, यह खमीर कवक के लिए एक मजबूत विष है। 3-4% की मात्रा में शराब की सांद्रता में, किण्वन धीमा हो जाता है, इथेनॉल खमीर के विकास को बाधित करना शुरू कर देता है, 7-8% पर खमीर अब प्रजनन नहीं करता है, और 10-14% पर वे चीनी प्रसंस्करण बंद कर देते हैं - किण्वन बंद हो जाता है . सुसंस्कृत खमीर के केवल अलग-अलग उपभेद, प्रयोगशाला में पैदा हुए, 14% से ऊपर अल्कोहल सांद्रता के सहिष्णु हैं (कुछ 18% और उससे अधिक पर भी किण्वन जारी रखते हैं)। पौधा में 1% चीनी से लगभग 0.6% अल्कोहल प्राप्त होता है। इसका मतलब यह है कि 12% अल्कोहल प्राप्त करने के लिए, 20% (20 × 0.6 = 12) की चीनी सामग्री वाले घोल की आवश्यकता होती है।

5. ऑक्सीजन तक पहुंच।अवायवीय वातावरण में (ऑक्सीजन तक पहुंच के बिना), खमीर का उद्देश्य जीवित रहना है, प्रजनन नहीं। यह इस स्थिति में है कि अधिकतम शराब जारी की जाती है, इसलिए ज्यादातर मामलों में वार्ट को हवा की पहुंच से बचाना आवश्यक है और साथ ही बढ़ते दबाव से बचने के लिए टैंक से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने की व्यवस्था करें। वाटर सील लगाने से यह समस्या दूर हो जाती है।

हवा के साथ वोर्ट के लगातार संपर्क से खट्टा होने का खतरा होता है। बहुत शुरुआत में, जब किण्वन सक्रिय होता है, तो जारी कार्बन डाइऑक्साइड हवा को भंवर की सतह से दूर धकेलता है। लेकिन अंत में, जब किण्वन कमजोर हो जाता है और कम और कम कार्बन डाइऑक्साइड प्रकट होता है, तो हवा खुले कंटेनर में वोर्ट के साथ प्रवेश करती है। ऑक्सीजन के प्रभाव में, एसिटिक एसिड बैक्टीरिया सक्रिय हो जाते हैं, जो एथिल अल्कोहल को एसिटिक एसिड और पानी में संसाधित करना शुरू कर देते हैं, जिससे वाइन खराब हो जाती है, चन्द्रमा की उपज में कमी आती है और पेय में खट्टा स्वाद दिखाई देता है। इसलिए, कंटेनर को पानी की सील से बंद करना बहुत महत्वपूर्ण है।

हालांकि, खमीर को ऑक्सीजन को गुणा करने की आवश्यकता होती है (अपनी इष्टतम मात्रा तक पहुंचने के लिए)। आमतौर पर, पानी में जो एकाग्रता होती है, वह पर्याप्त होती है, लेकिन मैश के त्वरित प्रजनन के लिए, खमीर जोड़ने के बाद, इसे कई घंटों के लिए खुला छोड़ दिया जाता है (हवा की पहुंच के साथ) और कई बार मिलाया जाता है।

किण्वन कार्बोहाइड्रेट के टूटने के ग्लाइकोलाइटिक मार्ग पर आधारित है। ये हैं: होमोफेरमेंटेटिव लैक्टिक एसिड (एचएफएम), अल्कोहल, प्रोपियोनिक, ब्यूटिरिक, एसिटोनोब्यूटिल।
किण्वन एक जीवाणु कोशिका द्वारा ऊर्जा प्राप्त करने का क्रमिक रूप से सबसे प्राचीन और आदिम तरीका है। सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण के तंत्र द्वारा एक कार्बनिक सब्सट्रेट के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप एटीपी का गठन होता है। किण्वन अवायवीय परिस्थितियों में होता है। किण्वन की प्रधानता को इस तथ्य से समझाया गया है कि किण्वन के दौरान सब्सट्रेट पूरी तरह से विभाजित नहीं होता है, और किण्वन (शराब, कार्बनिक अम्ल, आदि) के दौरान बनने वाले पदार्थों में आंतरिक ऊर्जा भंडार होते हैं।
किण्वन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा नगण्य होती है: ग्लूकोज का 1 ग्राम/मोल 2 - 4 एटीपी अणुओं के बराबर होता है। किण्वन प्रकार के सूक्ष्मजीवों को खुद को ऊर्जा प्रदान करने के लिए सब्सट्रेट को अधिक तीव्रता से किण्वित करने के लिए मजबूर किया जाता है। किण्वन की मुख्य समस्या दाता-स्वीकर्ता बंधनों का समाधान है। कार्बनिक सब्सट्रेट इलेक्ट्रॉन दाता हैं, और इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता, जो किण्वन के भाग्य को निर्धारित करता है, मुख्य कार्य है। किण्वन का अंतिम उत्पाद इस प्रक्रिया के प्रकार को नाम देता है।

किण्वन प्रक्रिया का रसायन

अवायवीय स्थितियों में किण्वन की प्रक्रिया में, कार्बोहाइड्रेट के टूटने से ऊर्जा उत्पादन की समस्या केंद्र में है। मुख्य तंत्र ग्लाइकोलाइटिक डिग्रेडेशन पाथवे (एम्बडेन-मेयेरहॉफ-पर्नासस, हेक्सोज-डिफॉस्फेट पाथवे) है। यह मार्ग सबसे आम है, 2 ग्लाइकोलाइटिक मार्ग हैं जो कुछ हद तक होते हैं: ऑक्सीडेटिव पेंटोस-फॉस्फेट मार्ग (वारबर्ग-डिकेंस-होरेकर), एंटनर-डुडारोव मार्ग (केडीपीजी-पथ)।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इन सभी तंत्रों को किण्वन के रूप में नहीं माना जा सकता है, क्योंकि वे श्वसन के अधीन हैं। किण्वन तब शुरू होता है जब सब्सट्रेट से अलग प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉन का उपयोग किया जाता है और स्वीकर्ता से जुड़ा होता है।
ग्लाइकोलाइसिस
हेक्सामिनेज की क्रिया के तहत ग्लूकोज स्थिति 6 में फॉस्फोराइलेटेड होता है - यह ग्लूकोज-6-फॉस्फेट में बदल जाता है - ग्लूकोज का चयापचय रूप से अधिक सक्रिय रूप। एटीपी अणु फॉस्फेट दाता के रूप में कार्य करता है। ग्लूकोज-6-फॉस्फेट को फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट के लिए आइसोमेराइज़ किया जाता है। प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है, प्रतिक्रिया क्षेत्र में 2 पदार्थों की उपस्थिति का स्तर समान है।फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट एक फॉस्फेट समूह को पहले सी परमाणु से जोड़ता है और फ्रुक्टोज-1,6-डाइफॉस्फेट में बदल जाता है। प्रतिक्रिया एटीपी ऊर्जा के व्यय के साथ आगे बढ़ती है और फ्रुक्टोज-1,6-डाइफॉस्फेट एल्डोलेस (ग्लाइकोलाइसिस का मुख्य नियामक एंजाइम) द्वारा उत्प्रेरित होती है।
फ्रुक्टोज-1,6-डाइफॉस्फेट को ट्रायोज फॉस्फेट आइसोमेरेज द्वारा 2 फॉस्फोट्रिओज में विभाजित किया जाता है। नतीजतन, 2 तिकड़ी बनते हैं: फॉस्फोडायोक्सीसेटोन और 3-फॉस्ग्लिसराल्डिहाइड (3-पीएचए)। ये 2 तिकड़ी एक दूसरे में समावयव कर सकते हैं और एक ही तंत्र द्वारा पाइरूवेट में परिवर्तन से गुजर सकते हैं। यह पुनर्प्राप्ति चरण है (ऊर्जा उत्पादन के साथ आता है)।

ग्लाइकोलाइसिस
हेक्सोकाइनेज
ग्लूकोज-6-फॉस्फेट आइसोमेरेज़
6-फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज
एल्डोलेस
ट्रायोज़ फॉस्फेट आइसोमेरेज़
ग्लिसराल्डिहाइड फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज
फॉस्फोग्लाइसेरेट काइनेज
फॉस्फोग्लाइसेरोमुटेस
Enolase
पाइरूवेट किनेज
3-FGK का गठन हुआ था। अब हम कुछ निष्कर्ष निकाल सकते हैं। इस स्तर पर सेल ने अपनी ऊर्जा लागत "वापसी" की: 2 एटीपी अणुओं का उपभोग किया गया और 2 एटीपी अणुओं को 1 ग्लूकोज अणु प्रति संश्लेषित किया गया। उसी चरण में, पहला सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण 3-पीएचए ऑक्सीकरण से 1,3-पीएचए और एटीपी के गठन की प्रतिक्रिया में होता है। एंजाइमों की भागीदारी के साथ किण्वित सब्सट्रेट के पुनर्व्यवस्था की प्रक्रिया में एटीपी के उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बांड में ऊर्जा जारी और संग्रहीत की जाती है। पहले सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण को 3-पीएचए के स्तर पर फास्फोरिलीकरण भी कहा जाता है। 3-एफएचए के गठन के बाद, तीसरे स्थान से फॉस्फेट समूह दूसरे स्थान पर स्थानांतरित हो जाता है। इसके अलावा, 2-एफएचए के दूसरे और तीसरे कार्बन परमाणुओं से एक पानी के अणु को अलग किया जाता है, जो एनोलेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है, और फॉस्फेनोलेपीरुविक एसिड बनता है। 2-एफएचए अणु के निर्जलीकरण के परिणामस्वरूप, इसके दूसरे कार्बन परमाणु के ऑक्सीकरण की डिग्री बढ़ जाती है, जबकि तीसरे कार्बन परमाणु की कमी हो जाती है। 2-एफएचए अणु का निर्जलीकरण, पीईपी के गठन के लिए अग्रणी, अणु के भीतर ऊर्जा के पुनर्वितरण के साथ होता है, जिसके परिणामस्वरूप 2-पीएचए में कम ऊर्जा वाले दूसरे कार्बन परमाणु से फॉस्फेट बंधन होता है। अणु पीईपी अणु में एक उच्च-ऊर्जा अणु में बदल जाता है। PEP अणु एक ऊर्जा-समृद्ध फॉस्फेट समूह का दाता बन जाता है, जिसे एंजाइम पाइरूवेट किनेज द्वारा ADP में स्थानांतरित किया जाता है। इस प्रकार, 2-FHA को पाइरुविक अम्ल में बदलने की प्रक्रिया में, ऊर्जा मुक्त होती है और ATP अणु में संग्रहित होती है। यह दूसरा सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण है। इंट्रामोल्युलर रेडॉक्स प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, एक अणु इलेक्ट्रॉनों को दान और स्वीकार करता है। दूसरे सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण की प्रक्रिया में, एक और एटीपी अणु बनता है; नतीजतन, प्रक्रिया का कुल ऊर्जा लाभ 2 एटीपी अणु प्रति 1 ग्लूकोज अणु है। यह होमोफेरमेंटेटिव लैक्टिक एसिड किण्वन की प्रक्रिया का ऊर्जा पक्ष है। प्रक्रिया का ऊर्जा संतुलन: С6+2ATP=2С3+4ATP+2NADP∙H2

होमोफेरमेंटेटिव लैक्टिक एसिड किण्वन

लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया द्वारा निर्मित। जो पाइरूवेट से लैक्टिक एसिड के अंतिम गठन के साथ ग्लाइकोलाइटिक मार्ग के साथ कार्बोहाइड्रेट को तोड़ते हैं। एचपीएमसी-बैक्टीरिया में, दाता-स्वीकर्ता संचार की समस्या को सबसे सरल तरीके से हल किया जाता है - इस प्रकार के किण्वन को क्रमिक रूप से सबसे पुराना तंत्र माना जाता है।
किण्वन की प्रक्रिया में, ग्लूकोज से अलग किए गए एच + द्वारा पाइरुविक एसिड को बहाल किया जाता है। H2 को NADP∙H2 से पाइरूवेट पर डाला जाता है। नतीजतन, लैक्टिक एसिड बनता है। ऊर्जा उपज 2 एटीपी अणु है।
लैक्टिक एसिड किण्वन जीनस के बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है: स्ट्रेप्टोकोकस, लैक्टोबैसिलस, ल्यूकोनोस्टोक। ये सभी जी + (छड़ या कोक्सी हैं) गैर-बीजाणु-गठन (स्पोरोलैक्टोबैसिलस फॉर्म बीजाणु) हैं। ऑक्सीजन के संबंध में, लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया एयरोटोलरेंट हैं, सख्त एनारोब हैं, लेकिन ऑक्सीजन वातावरण में मौजूद रहने में सक्षम हैं। उनके पास कई एंजाइम होते हैं जो ऑक्सीजन के जहरीले प्रभाव को बेअसर करते हैं (फ्लेविन एंजाइम, नॉन-हीम कैटालेज, सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज)। आईबीसी सांस नहीं ले सकते क्योंकि कोई श्वसन श्रृंखला नहीं है। इस तथ्य के कारण कि एलएसडी आवास की प्रकृति विकास कारकों में समृद्ध है, विकास की प्रक्रिया में वे चयापचय रूप से अक्षम हो गए और विकास कारकों को पर्याप्त मात्रा में संश्लेषित करने की क्षमता खो दी, इसलिए, खेती की प्रक्रिया में, वे

होमोफेरमेंटेटिव लैक्टिक किण्वन: F1 - हेक्सोकाइनेज; F2 - ग्लूकोज फॉस्फेट आइसोमेरेज़; F3 - फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज; F4 - फ्रुक्टोज-1,6-डिफॉस्फेट एल्डोलेस; F5 - ट्रायोज फॉस्फेट आइसोमेरेज़; F6 - 3-PHA-डीहाइड्रोजनेज; F7 - फॉस्फोग्लिसरोकिनेज; F8 - फॉस्फोग्लिसरोमुटेस; F9 - एनोलेज़; F10 - पाइरूवेट किनेज; F11 - लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज (डैगली, निकोलसन, 1973 के अनुसार)

विटामिन, अमीनो एसिड (सब्जी, पौधे के अर्क) को जोड़ने की आवश्यकता है।
एलबीसी लैक्टोज का उपयोग कर सकते हैं, जो पानी के अणुओं की उपस्थिति में β-galactosidase की क्रिया के तहत डी-ग्लूकोज और डी-गैलेक्टोज में विभाजित हो जाता है। इसके बाद, डी-गैलेक्टोज फॉस्फोराइलेटेड होता है और ग्लूकोज-6-फॉस्फेट में बदल जाता है।
लैब - 37 - 40ºС के इष्टतम खेती तापमान के साथ मेसोफिल। 15°C पर, उनमें से अधिकांश नहीं उगते हैं।
विरोध करने की क्षमता इस तथ्य के कारण है कि चयापचय की प्रक्रिया में लैक्टिक एसिड और अन्य उत्पाद जमा होते हैं, जो अन्य सूक्ष्मजीवों के विकास को रोकते हैं। इसके अलावा, संस्कृति तरल पदार्थ में लैक्टिक एसिड का संचय पीएच में तेज कमी की ओर जाता है, जो पुटीय सक्रिय सूक्ष्मजीवों के विकास को रोकता है, और एलएबी स्वयं 2 तक पीएच का सामना कर सकता है।
केएसडी कई एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति असंवेदनशील हैं। इसने उन्हें प्रोबायोटिक तैयारी के निर्माता के रूप में उपयोग करना संभव बना दिया, जिसका उपयोग एंटीबायोटिक थेरेपी के साथ तैयारी के रूप में किया जा सकता है (वे एंटीबायोटिक दवाओं द्वारा बाधित आंतों के माइक्रोफ्लोरा की बहाली में योगदान करते हैं)।
आईसीडी की पारिस्थितिकी। प्रकृति में, वे वहाँ पाए जाते हैं जहाँ बहुत अधिक कार्बोहाइड्रेट होते हैं: दूध, पौधों की सतह, मनुष्यों और जानवरों के भोजन पथ। कोई रोगजनक रूप नहीं हैं।

अल्कोहलिक किण्वन

यह ग्लाइकोलाइटिक मार्ग पर आधारित है। मादक किण्वन में, दाता-स्वीकर्ता बंधन का समाधान अधिक जटिल हो जाता है। सबसे पहले, पाइरूवेट डीकार्बाक्सिलेटेड एसीटैल्डिहाइड और CO2 पाइरूवेट डीकार्बोक्सिलेज द्वारा अल्कोहल किण्वन में एक प्रमुख एंजाइम है:
CH3-CO-COOH® CH3-COH + CO2।
प्रतिक्रिया की ख़ासियत इसकी पूर्ण अपरिवर्तनीयता है। परिणामी एसीटैल्डिहाइड को एनएडी + -निर्भर अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज की भागीदारी के साथ इथेनॉल में घटाया जाता है:
CH3-COH + ओवर-H2® CH3-CH2OH + ओवर+
हाइड्रोजन दाता 3-PHA (लैक्टिक एसिड किण्वन के मामले में) है।
मादक किण्वन की प्रक्रिया को निम्नलिखित समीकरण द्वारा संक्षेपित किया जा सकता है:
C6H12O6 + 2FN + 2ADP® 2CH3-CH2OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O।
मादक किण्वन प्रो- और यूकेरियोट्स दोनों में एक व्यापक ऊर्जा-उत्पादक प्रक्रिया है। प्रोकैरियोट्स में, यह G+ और G- दोनों में होता है। सूक्ष्मजीव Zymomonas mobilies (एगेव रस पल्क) औद्योगिक महत्व का है, लेकिन किण्वन ग्लाइकोलाइसिस पर नहीं, बल्कि एंटनर-डोडोरॉफ़ या केडीपीजी मार्ग पर आधारित है।
शराब के मुख्य उत्पादक खमीर (शराब बनाना, शराब बनाना, एंजाइम की तैयारी, बी विटामिन, न्यूक्लिक एसिड, प्रोटीन-विटामिन केंद्रित, प्रोबायोटिक तैयारी) हैं।

प्रोपियन किण्वन

प्रोपियोनिक एसिड किण्वन में, हम पाइरूवेट के रूपांतरण के लिए तीसरी संभावना की प्राप्ति के साथ काम कर रहे हैं - इसका कार्बोक्सिलेशन, जिससे एक नए हाइड्रोजन स्वीकर्ता - PHA का उदय होता है। प्रोपियोनिक एसिड बैक्टीरिया में पाइरुविक एसिड से प्रोपियोनिक एसिड की कमी निम्नानुसार होती है। पाइरुविक एसिड एक बायोटिन-आश्रित एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया में कार्बोक्सिलेट किया जाता है जिसमें बायोटिन CO2 वाहक के रूप में कार्य करता है। CO2 समूह का दाता मिथाइलमैलोनील-सीओए है। ट्रांसकार्बोक्सिलेशन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, NAA और प्रोपियोनील-CoA बनते हैं। पाईक तीन एंजाइमेटिक चरणों के परिणामस्वरूप (ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड के चक्र के 6, 7, 8 प्रतिक्रियाओं के समान, सक्सिनिक एसिड में बदल जाता है।
अगली प्रतिक्रिया सीओए समूह का प्रोपियोनील-सीओए से सक्सिनिक एसिड (सक्सिनेट) में स्थानांतरण है, जिसके परिणामस्वरूप सक्सिनाइल-सीओए और प्रोपियोनिक एसिड का निर्माण होता है।
परिणामी प्रोपियोनिक एसिड प्रक्रिया से हटा दिया जाता है और सेल के बाहर जमा हो जाता है। सक्सिनिल-सीओए को मिथाइलमैलोनील-सीओए में परिवर्तित किया जाता है।
कोएंजाइम मिथाइलमैलोनील-सीओए म्यूटेज में विटामिन बी12 होता है।

ग्लूकोज के 1 अणु के लिए ऊर्जा संतुलन प्रोपियोनिक एसिड के 2 अणुओं और एटीपी के 4 अणुओं से बनता है।
Propionibacterium बैक्टीरिया G+ छड़ें हैं, गैर-बीजाणु-गठन, स्थिर, बाइनरी विखंडन द्वारा गुणा, और एयरोटोलरेंट सूक्ष्मजीव हैं। उनके पास ऑक्सीजन के जहरीले प्रभावों के खिलाफ एक रक्षा तंत्र है, और कुछ सांस ले सकते हैं।
पारिस्थितिकी: दूध में पाया जाता है, जुगाली करने वालों की आंतें। औद्योगिक हित: बी 12 और प्रोपियोनिक एसिड उत्पादक।

ब्यूटिरिक एसिड किण्वन

ब्यूटिरिक किण्वन के दौरान, पाइरूवेट डीकार्बाक्सिलेटेड होता है और सीओए से जुड़ा होता है - एसिटाइल-सीओए बनता है। अगला, संघनन होता है: एसिटाइल-सीओए के 2 अणु संघनित होकर सी4 यौगिक एसीटो-एसिटाइल-सीओए बनाते हैं, जो एच2 उत्पादन के लिए एक स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है।

क्लोस्ट्रीडियम ब्यूटिरिकम द्वारा किए गए ब्यूटिरिक किण्वन में पाइरूवेट के रूपांतरण के लिए मार्ग: F1 - पाइरूवेट: फेरेडॉक्सिन ऑक्सीडोरडक्टेस; F2 - एसिटाइल-सीओए-ट्रांसफरेज़ (थियोलेज़); F3 - (3-हाइड्रॉक्सीब्यूटीरिल-सीओए-डीहाइड्रोजनेज; F4 - क्रोटोनेज़) ; F5 - butyryl- CoA डिहाइड्रोजनेज; F6 - CoA ट्रांसफरेज़; F7 - फॉस्फोट्रांससेटाइलेज़; F8 - एसीटेट किनेज; F9 - हाइड्रोजनेज़; Fdoc - ऑक्सीकृत; Fd-H2 - कम फेरेडॉक्सिन; FN - अकार्बनिक फॉस्फेट

इसके अलावा, C4 यौगिक ब्यूटिरिक एसिड बनाने के लिए क्रमिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला से गुजरता है। यह कमी पथ ऊर्जा के निर्माण से जुड़ा नहीं है और केवल कम करने वाले एजेंट के उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है। समानांतर में, एक दूसरी ऑक्सीडेटिव शाखा होती है, जो पाइरूवेट से एसिटिक एसिड के निर्माण की ओर ले जाती है, और इस साइट पर सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण होता है, जो एटीपी संश्लेषण का कारण बनता है।
ऊर्जा संतुलन की गणना करना मुश्किल है, क्योंकि प्रतिक्रियाओं की दिशा बाहरी कारकों के साथ-साथ पोषक माध्यम से निर्धारित होती है:
1 मोल। ग्लूकोज → ≈3.3 एटीपी
ब्यूटिरिक किण्वन बैक्टीरिया पी। क्लोस्ट्रीडियम द्वारा किया जाता है - ये जी + स्टिक्स, मोबाइल, बीजाणु-गठन (एंडोस्पोर्स डी> डीसीएल) हैं, विशेष रूप से अवायवीय संस्कृतियां हैं। पेरिट्रिचस फ्लैगेल्ला के माध्यम से आंदोलन किया जाता है। कोशिकाओं की आयु के रूप में, वे अपने कशाभ खो देते हैं और ग्रेन्युलोसा (एक स्टार्च जैसा पदार्थ) जमा करते हैं। किण्वित करने की क्षमता के अनुसार सब्सट्रेट को 2 प्रकारों में विभाजित किया जाता है:
सैक्रोलाइटिक (ब्रेक डाउन शुगर, पॉलीसेकेराइड, स्टार्च, चिटिन);
प्रोटियोलिटिक (प्रोटियोलिटिक एंजाइमों का एक शक्तिशाली परिसर है, प्रोटीन को तोड़ता है)।
क्लोस्ट्रिडिया न केवल ब्यूटिरिक किण्वन करता है, बल्कि एसिटोनोब्यूटिल भी करता है। ब्यूटिरिक एसिड और एसीटेट के साथ इस प्रकार के किण्वन के उत्पाद हो सकते हैं: इथेनॉल, एसीटोन, ब्यूटाइल अल्कोहल, आइसोप्रोपिल अल्कोहल।

एसिटोनोब्यूटिल किण्वन

एसिटोनोब्यूटिल किण्वन के साथ, निर्माता कम उम्र में (लघुगणकीय विकास चरण) ब्यूटिरिक किण्वन करते हैं। जैसे ही पीएच घटता है और अम्लीय उत्पादों का संचय होता है, एंजाइमों का संश्लेषण प्रेरित होता है, जिससे तटस्थ उत्पादों (एसीटोन, इसोप्रोपाइल, ब्यूटाइल, एथिल अल्कोहल) का संचय होता है। एसीटोन-ब्यूटाइल किण्वन की प्रक्रिया का अध्ययन करते हुए, रूसी वैज्ञानिक शापोशनिकोव ने दिखाया कि यह 2 चरणों से गुजरता है और 2-चरण की प्रक्रिया रचनात्मक और ऊर्जा चयापचय के बीच संबंध पर आधारित है। पहले चरण को संस्कृति के सक्रिय विकास और गहन रचनात्मक चयापचय की विशेषता है; इसलिए, इस अवधि के दौरान बायोसिंथेटिक जरूरतों के लिए कम करने वाले एजेंट NAD∙H2 का बहिर्वाह होता है। संस्कृति के विकास के क्षीणन और दूसरे चरण में इसके संक्रमण के साथ, रचनात्मक प्रक्रियाओं की आवश्यकता कम हो जाती है, जिससे अधिक कम रूपों - अल्कोहल का निर्माण होता है।
क्लोस्ट्रीडियम का व्यावहारिक अनुप्रयोग:
ब्यूटिरिक एसिड का उत्पादन;
एसीटोन उत्पादन;
ब्यूटेनॉल उत्पादन।
बैक्टीरिया प्रकृति में एक बड़ी भूमिका निभाते हैं: वे क्षय, फाइबर और चिटिन के अवायवीय क्षय (कुछ पेक्टिन फाइबर को तोड़ते हैं) करते हैं। क्लोस्ट्रीडियम में रोगजनक हैं (बोटुलिज़्म के प्रेरक एजेंट - वे एक अत्यंत खतरनाक एक्सोटॉक्सिन का स्राव करते हैं; गैस गैंग्रीन के प्रेरक एजेंट; टेटनस)।