発酵とは？定義と例

発酵の定義、歴史、および例

ビールに酵母を加えて発酵を開始します。ウィリアム・リーベル/ゲッティイメージズ

発酵 ワイン、ビール、ヨーグルトおよび他の製品。ここでは、発酵中に発生する化学プロセスを見てみましょう。

重要ポイント：発酵

• 発酵とは、酸素を使わずに糖質からエネルギーを取り出す生化学反応です。
• 生物は発酵を利用して生きていますが、それには多くの商業的用途があります。
• 可能性のある発酵生成物には、エタノール、水素ガス、および乳酸が含まれます。

発酵の定義

発酵とは、生物が体内で行う代謝プロセスです。 炭水化物を変換します 、デンプンまたは シュガー 、に アルコール または酸。例えば、酵母は発酵を行い、糖をアルコールに変換してエネルギーを得ます。バクテリアは発酵を行い、炭水化物を乳酸に変換します。発酵の研究は呼ばれます 酵素学 .

発酵の歴史

「発酵」という言葉はラテン語から来ています 沸騰する 、つまり「沸騰させる」という意味です。発酵は 14 世紀後半の錬金術師によって記述されましたが、現代の意味ではそうではありません。発酵の化学プロセスは、1600 年頃に科学的調査の対象となりました。

科学者ルイ・パスツール。 ハルトン・ドイチュ/寄稿者/ゲッティイメージズ

発酵は自然なプロセスです。生化学的プロセスが理解されるずっと前に、人々はワイン、蜂蜜酒、チーズ、ビールなどの製品を作るために発酵を適用しました。 1850年代から1860年代にかけて、 ルイ・パスツール 最初になった ザムルギスト または科学者は、発酵が生細胞によって引き起こされることを証明したときに発酵を研究しました。しかし、パスツールは、酵母細胞から発酵に関与する酵素を抽出するという彼の試みに失敗しました. 1897 年、ドイツの化学者 Eduard Buechner は、酵母を粉砕し、それらから液体を抽出し、液体が糖溶液を発酵できることを発見しました。ブフナーの実験は生化学の科学の始まりと考えられており、1907 年に ノーベル化学賞 .

発酵製品の例

ほとんどの人は、食品や飲料が発酵製品であることを認識していますが、多くの重要な工業製品が発酵から得られることを認識していない可能性があります。

• ビール
• ワイン
• ヨーグルト
• チーズ
• ザワークラウト、キムチ、ペパロニなど、乳酸を含む特定の酸っぱい食品
• 酵母によるパンの発酵
• 下水処理
• バイオ燃料などの工業用アルコールの生産
• 水素ガス

エタノール発酵

酵母と特定のバクテリアは、（グルコース代謝からの）ピルビン酸がエタノールに分解されるエタノール発酵を行い、 二酸化炭素 .グルコースからエタノールを生成する正味の化学式は次のとおりです。

ハ₆H₁₂〇₆(ブドウ糖) → 2C₂H₅OH (エタノール) + 2 CO₂（二酸化炭素）

エタノール発酵は、ビール、ワイン、パンの製造に使用されてきました。高レベルのペクチンの存在下での発酵は、摂取すると有毒な少量のメタノールを生成することに注意してください。

乳酸発酵

グルコース代謝（解糖）からのピルビン酸分子は、発酵して乳酸になる可能性があります。乳酸発酵は、ヨーグルト製造において乳糖を乳酸に変換するために使用されます。また、組織が酸素を供給できる速度よりも速い速度でエネルギーを必要とする場合、動物の筋肉でも発生します。グルコースからの乳酸生産の次の式は次のとおりです。

ハ₆H₁₂〇₆(ブドウ糖) → 2CH₃CHOHCOOH（乳酸）

乳糖と水からの乳酸の生成は、次のように要約できます。

ハ₁₂H₂₂〇_十一(乳糖) + H₂O（水）→4CH₃CHOHCOOH（乳酸）

水素とメタンガスの生産

発酵の過程で、水素ガスとメタンガスが発生することがあります。

メタン生成古細菌は、カルボン酸基のカルボニルから酢酸のメチル基に 1 つの電子が移動して、メタンと二酸化炭素ガスを生成する不均化反応を起こします。

多くの種類の発酵で水素ガスが生成されます。この製品は、NADを再生するために生物によって使用される可能性があります⁺NADHから。水素ガスは、硫酸塩還元剤およびメタン生成菌によって基質として使用される場合があります。人間は腸内細菌から水素ガスの産生を経験し、爆発を起こす.

発酵の事実

• 発酵は嫌気性プロセスであるため、酸素を必要としません。しかし、酸素が豊富な場合でも、十分な糖の供給があれば、酵母細胞は好気呼吸よりも発酵を好みます。
• 発酵は、人間や他の動物の消化器系で発生します。
• 腸内発酵症候群または自動醸造症候群と呼ばれるまれな病状では、人間の消化管での発酵がエタノール産生による中毒につながります。
• 発酵は人間の筋肉細胞で起こります。筋肉は消耗しやすい ATP 酸素が供給されるよりも速く。この状況では、ATP は酸素を使用しない解糖によって生成されます。
• 発酵は一般的な経路ですが、生物が嫌気的にエネルギーを得るために使用する唯一の方法ではありません。一部のシステムでは、最終的な電子受容体として硫酸塩が使用されます。 電子伝達系 .

追加の参考資料

• ホイ、YH（2004）。 野菜保存加工ハンドブック . . . .ニューヨーク：M.デッカー。 p。 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• クライン、ドナルド W.;ランシング M.;ハーレー、ジョン（2006）。 微生物学 （第6版）。ニューヨーク: マグロウヒル。 ISBN 978-0-07-255678-0。
• Purves、ウィリアムK。 Sadava、David E。 Orians、ゴードン H.;ヘラー、H.クレイグ（2003）。 生命、生物学の科学 （第7版）。マサチューセッツ州サンダーランド：Sinauer Associates。 pp.139–140。 ISBN 978-0-7167-9856-9。
• シュタインクラウス、キース (2018)。 在来発酵食品ハンドブック (第 2 版)。 CRCプレス。 ISBN 9781351442510。