酵母发酵葡萄糖:实验室讲解

介绍

葡萄糖→乙醇+二氧化碳

在缺氧的情况下，微生物的酶通过发酵的化学过程来分解糖。因为它们拥有独特的代谢基因，像细菌和真菌这样的微生物可以产生分解各种糖化合物的酶。因此，当细菌的种类和数量发生改变时，发酵食品的风味会发生显著变化。我们体内没有线粒体的某些细胞利用发酵的机制。

具体来说，在成年期，我们的红细胞会失去线粒体。柠檬酸循环和氧化还原反应沿着电子传递链发生在线粒体中。我们血液中成熟的红细胞利用乳酸发酵产生化学能;这确保了红细胞运输的氧气不会被它们使用。此外，发酵可以采取三种基本形式之一。发酵有三种类型:乳酸、乙醇和醋酸。在本实验中提供了乙醇存在测试的概述。

在乳酸发酵过程中，通过淀粉或糖的分解，通过厌氧过程产生乳酸和其他废物。乳酸菌除了防止食物的微生物变质外，还可以保护人体免受微生物疾病的侵害。乳酸发酵经常被用来制作酸奶、泡菜和酸菜等食物。酒精发酵是生物技术工业中最古老、最重要的发酵工艺之一。

酒精发酵发生在酵母的细胞质中，没有氧气(Sablayrolles, 2009;Stanbury et al.， 2013)。然而，由于酿酒酵母具有低pH值和高乙醇耐受性的耐受性，因此通常用酵母进行。糖酵解过程中使用的NAD+进行再生;这使得酵母通过己糖的代谢增加了两个ATP分子。在这种类型的发酵中，酵母将碳水化合物中的丙酮酸分子转化为酒精和二氧化碳分子，以及面包和啤酒。

虽然活动单胞菌具有更高的乙醇生产效率和葡萄糖和蔗糖的产量，但这一过程基本上有两个要素;在糖酵解过程中，葡萄糖分裂成两个丙酮酸分子。丙酮酸分子经过发酵，变成两分子二氧化碳和两分子乙醇。除乙醇外，乙醇发酵还产生其他物质，如酯类、高级醇类、琥珀酸、甘油、2,3-丁二醇、双乙酰和乙酰。醋酸发酵是一种氧化过程，将水果或谷物中的碳水化合物转化为带有酸味的醋和调味品。

在好氧条件下，醋酸细菌(AAB)可以在中性和酸性介质中氧化乙醇作为底物生成乙酸。AAB对啤酒花苦味化合物具有高度耐受性，可以在高浓度乙醇中存活(Priest, 2006)。由于AAB会将乙醇氧化为乙酸，因此它会不受欢迎地发展，并给其他发酵饮料(如葡萄酒、苹果酒、啤酒、功能饮料和软饮料)带来不利的酸味。这些细菌产生的其他代谢产物包括葡萄糖酸、l-山梨糖和细菌纤维素，它们在食品和生物医学工业中具有潜在的用途。基于形态、生理和遗传特征，近年来AAB属的分类发生了许多变化。

材料

• 带盖玻璃罐
• 蔗糖
• 酵母
• 温水
• 气球

方法

• 所有的材料都收集好了。
• 在瓶中加入温水和蔗糖，然后旋转使糖溶解。
• 糖在温水中溶解后，一包酵母慢慢地加入瓶中。
• 在装有糖、水和酵母混合物的瓶子里，进行额外的旋转以帮助酵母溶解。
• 然后用一个气球把瓶子盖住，再把气球拉到瓶子的脖子上，把瓶子的整个开口小心地盖住。
• 这个过程被搁置了几分钟，观察结果被记录下来。

结果

观察

在发酵过程中，可以看到气泡的形成，随着瓶子上的气球开始变大，混合物中的酵母开始上升，随着时间的推移，可以看到更大的膨胀，气球最终下降。当气球从瓶子中取出时，它的顶部有一层泡沫层，上面有许多气泡，底部有液体部分，混合起来闻起来有强烈的酒精味，而且很酸。

问题

• 发酵受温度影响吗?解释一下。

是的。

这是因为温度对化学反应的速度有影响，它直接影响酵母发酵。酵母在67°C的理想温度下会产生最多的二氧化碳。然而，随着温度的升高，酵母会产生更多的二氧化碳，但最终，当酵母细胞因温度升高而变性时，二氧化碳的产量就会开始下降。

• 发酵过程中除了乙醇还会产生什么物质?

二氧化碳。

• 描述一个你可以在这个实验中使用的适当的控制方法。

在实验中可以使用的一个适当的控制方法是使用糖的类型，因为使用的糖的类型会影响酵母产生酒精的速度。

• 你怎么知道发酵什么时候结束的?

在注意到气体排放停止后，研究人员知道这个过程已经完成，因为气球已经停止膨胀。

• 说出一种你提供给酵母作为能量来源的碳水化合物。

提供给酵母作为能量来源的碳水化合物是食糖。

• 请叙述一次化学试验，以证明酒精已被制造出来。

一种可以用来证明酒精已经产生的化学试验是琼斯试验，它使用三氧化铬在硫酸的存在下作为一种强氧化剂。当琼斯试剂存在时，伯醇最初变成醛。其次，仲醇会被氧化，变成酮，而羧酸也会随之生成。这个测试的关键是铬的氧化状态。在琼斯试剂中，铬处于+6氧化态。该试剂的鲜红和橙色是铬(VI)配合物存在的结果。

• 为什么发酵最终会停止?

发酵最终停止，因为没有足够的糖来完成反应，因为酵母细胞消耗了所有的糖，或者因为酒精浓度的上升，破坏了酵母细胞。

讨论

一种叫做酵母的真菌把糖分解成一氧化碳₂乙醇是副产品。糖被酵母消耗时会产生二氧化碳气体。在气球里，被困住的一氧化碳₂逐渐积聚并导致膨胀。几分钟后，气球膨胀起来，因为当粒子以大于或等于活化能的能量相遇时，就会发生反应。活性酵母与糖相互作用产生乙醇和一氧化碳₂气体，使气球膨胀。然而，由于添加了太多的糖，而且发酵的速度随着糖浓度的增加而增加，颗粒碰撞也增加了，发酵过程产生了相当多的副产品，这促使活性酵母产生更多的二氧化碳和乙醇。结果，在通货膨胀停止之前，气球稍微膨胀了一些。

结论

总之，酵母会在糖存在的情况下发酵，产生乙醇、二氧化碳和能量。因此，在这个过程中使用的糖的类型会影响酵母产生酒精的速度。

参考文献

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