Copyright © pohodanovapec.cz 
Alkoholové kvašení je biochemický proces, při kterém kvasinky (Saccharomyces cerevisiae) nebo některé bakterie přeměňují cukry (glukózu, fruktózu) na ethanol (ethylalkohol) a oxid uhličitý (CO2). Je to anaerobní proces, při němž kvasinky za pomocí svých enzymů přeměňují rostlinné sacharidy na ethanol a oxid uhličitý.
Zjednodušeně znázorňujeme hlavní rovnovážnou reakci alkoholového kvašení touto rovnicí:
C6H12O6 → 2 CH3─CH2─OH + 2 CO2
Tato rovnice popisuje přeměnu jedné molekuly glukózy na dvě molekuly ethanolu a dvě molekuly oxidu uhličitého a je v praxi často uváděna v podobě C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2.
Při glykolýze je spotřebováváno NAD+ na NADH, NAD+ je však v buňce omezené množství a proto musí dojít k recyklaci NADH na NAD+. Pokud není dostatek kyslíku (anaerobní podmínky) je NAD+ doplňována redukcí pyruvátu, který vzniká při glykolýze.
Jako další hlavní produkt alkoholového kvašení vznikají dvě molekuly ATP, což je teoreticky jen asi 26% využití celkové možné energie reakce. Zbylá energie je uvolňována ve formě tepla, čímž se reakce stává ireverzibilní.
Absence kyslíku je klíčová. Při přítomnosti kyslíku by kvasinky přepnuly na aerobní dýchání, což by vedlo k jiné produkci (např. vyšší výtěžek ATP a minimální produkce ethanolu). Když zabráníme přístupu kyslíku, docílíme pomalejšího růstu kvasinek, ale místo toho získáme ethanol - pro kvasinky je zdrojem energie cukr a bez kyslíku dokáží z něj uvolnit méně energie a vyloučit etanol jako odpadní produkt.
Proces je založen na principu působení enzymů přítomných v buňkách mikroorganismů - kvasinek. Enzymy působí na sacharidy, přičemž dochází k rozkladu jednoduchých sacharidů na etanol a oxid uhličitý. Enzym alkoholdehydrogenáza (ADH) redukuje acetaldehyd na ethanol.
Prakticky jediným cílem života kvasinek je reprodukce. Dceřiné buňky kvasinek jsou identické se svými rodiči. Mají-li dostatek kyslíku, cukru, minerálních látek, enzymů a aminokyselin, reprodukují se velmi rychle. Pro svůj růst potřebují kvasinky aminokyseliny, enzymy, minerální látky a energii získanou z cukru - to vše jsou tzv. živné látky.
Kvasení se dělí na tři etapy:
Může zelenina vyvolat alergii?
Kromě etanolu vylučují kvasinky dalších 1300 substancí, v podstatě prchavých nestabilních látek. Tyto látky můžeme rozdělit do těchto kategorií: vyšší alkoholy (přiboudliny), estery, karbonylové sloučeniny, organické kyseliny, sirné sloučeniny. Všechny fermentované alkoholické nápoje tyto další látky obsahují. Konkrétní množství těchto látek dává různým destilátům jejich typickou chuť a aroma.
Po destilaci se k odstranění nežádoucích těkavých příměsí používá aktivní uhlí, ale i velmi kvalitní aktivní uhlí odstraní pouze část nežádoucích příměsí. Proto je důležité už od počátku postupovat tak, aby se vytvořilo co nejmenší množství vedlejších těkavých látek. Volba správných kmenů kvasinek a živných látek má velmi důležitý vliv na nízkou produkci těkavých látek při kvašení.
Suroviny musí obsahovat dostatek skvasiteľných sacharidů, nejlépe monosacharidy (glukóza, fruktóza) a disacharidy. Menej vhodné sú oligosacharidy a polysacharidy (škrob, celulóza, dextríny), pretože se musia pomocou enzýmov alebo kyselín predpripraviť.
Pri surovinách, ktoré obsahujú priamo skvasiteľný cukor je príprava zápary jednoduchšia: stačí pridať vodu a kvasinky. Pri škrobnatých surovinách je to však komplikovanejšie. Najskôr je potrebné surovinu rozdrviť a napariť, aby sa sprístupnili a zmazovateli škrobové zrná. Tie sa pomocou enzýmov menia na oligosacharidy dextríny a tie na disacharid maltózu, ktorý sa ďalej štiepi na glukózu. Vzniknutá zápara sa potom presúva do bioreaktora, kde sa pridávajú kultúry kvasiniek (liehovarnícke kultúry alebo pekárenské droždie).
Túto činnosť robia kvasinky alkoholového kvasenia. Ako sekundárny produkt vzniká CO2 a teplo. CO2 chráni kvas pred octovými baktériami a plesňami. Unikajúci oxid uhličitý vynáša na povrch pevné časti zápary a vzniká tzv. klobúk alebo koláč. Je to pevná hmota na povrchu, ktorá pripomína kôru. Zabraňuje prístupu mikroorganizmov ku kvasu a takisto úniku etanolu.
proces kvašení cukru kvasinkami
Vykvasená zápara sa ďalej destiluje. Produktom destilácie je tzv. surový lieh, ktorý sa môže používať iba na technické účely, pretože obsahuje metylalkohol a určité množstvo pribudlín (vyššie alkoholy). Pre konzumáciu je potrebné, aby lieh prešiel rafináciou. Tu sa odstránia nežiaduce prísady a rektifikáciou sa etanol skoncentruje. Oba tieto procesy sú vlastne opakované destilácie a prebiehajú vo viacerých destilačných kolónach.
V klasických rektifikačných kolónach sa vyprodukuje 95-98 % rafinovaného liehu, zvyšok (2-5 %) sú nežiaduce látky ako metanol, vyššie alkoholy, estery a mastné kyseliny. Zvyšky po destilácii sa nazývajú výpalky a je to hlavný odpad tohto procesu; dajú sa využiť ako hodnotné krmivo alebo hnojivo.
Destilačnou rafináciou získame azeotropickú zmes etanolu a vody, zloženú z 95,53 % etanolu a 4,47 % vody. Tento roztok etanolu je nejpoužívanějším obchodním artiklem. Absolútny etanol (100 %) sa pripravuje azeotropickou destiláciou 95,53 % etanolu s prísadou 5 až 10 % benzénu.
Alkoholové kvašení je jedním z nejdůležitějších biologických procesů, které jsou známé již tisíce let. Kvašení bylo využíváno již ve starověku - například výroba vína před 4 000 lety př. n. l. - a je známo více než 7 000 let. Až do poloviny 19. století lidé neznali podstatu alkoholového kvašení; první, kdo dokázal popsat alkoholové kvašení, byl Antoine-Laurent de Lavoisier (1789), jehož výsledky později upravil Gay-Lussac do rovnice, jakou využíváme dnes.
Významné objevy v objasnění kvašení patří také Louisu Pasteurovi, který prokázal, že kvasinky jsou živé organismy nezbytné pro průběh kvašení. V první polovině 19. století se objevily mikroskopické studie Charlese Cagniard-Latoura, Friedricha Traugotta Kützinga a Theodora Schwanna, které dokázaly, že kvasinky jsou živé buňky. Ustálené výsledky postupně rozložily dřívější teorie, které považovaly kvašení za čistě chemickou či „tlející“ látku.
| Parametr | Rozsah / hodnota |
|---|---|
| Zjednodušená rovnice | C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 |
| Maximální přirozené %, etanolu v kvašeném roztoku | 13-16 % (spec. kmeny až 16 %) |
| Azeotropický roztok po rektifikaci | 95,53 % ethanol + 4,47 % voda |
| Výroba rafinovaného liehu v rektifikačních kolonách | 95-98 % |
| Optimální teplota kvašení (kvalitní destiláty) | 16-20 °C (obecně 20-30 °C) |
| ATP z jedné glukózy (anaerobní) | 2 ATP |
tags: #chemická #rovnice #alkoholového #kvašení
Copyright © pohodanovapec.cz
