ζύμωση

Βιοχημικός μετασχηματισμός οργανικών ουσιών που προκαλείται από το ενζυμικό σύστημα πολυάριθμων μικροοργανισμών, ενώ παρατηρείται και σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς, αποσκοπώντας στην παραγωγή ενέργειας υπό μορφή ATP σε αναερόβιες συνθήκες. Ο άνθρωπος, στην προσπάθειά του να συντηρήσει τρόφιμα και χρήσιμες θρεπτικές ύλες, παρατήρησε από την αρχαιότητα ότι με την πάροδο του χρόνου κάθε οργανική ουσία ζωικής ή φυτικής προέλευσης αλλοιώνεται περισσότερο ή λιγότερο και ότι έτσι προκύπτουν προϊόντα τελείως διαφορετικά από τα αρχικά. Βασικά, σε όλα τα φαινόμενα οργανικής αποικοδόμησης υπάρχει μία κοινή αιτία. Πολλοί μικροοργανισμοί, προκειμένου να αποκτήσουν την απαιτούμενη ενέργεια για τη διατήρηση, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή τους, προσβάλλουν χημικά τις διάφορες οργανικές ουσίες, τις διασπούν και τις μετατρέπουν σε προϊόντα διαφορετικά από τις αρχικές ουσίες, εκμεταλλευόμενοι κατ’ αυτό τον τρόπο την ενέργεια που ήταν αποταμιευμένη στις αρχικές ουσίες. Οι διαδικασίες αυτές λαμβάνουν διάφορες ονομασίες, ανάλογα με τα τελικά αποτελέσματα που προκύπτουν από τις διασπάσεις. Σήψη, για παράδειγμα, ονομάζεται το φαινόμενο της αποσύνθεσης των κρεάτων και γενικά των πρωτεϊνών: προκαλείται αποικοδόμηση των πρωτεϊνών σε αέρια προϊόντα και σε ουσίες βασικής φύσης και πάντοτε το φαινόμενο ακολουθείται από αρκετά δυσάρεστες οσμές. Οξέωση είναι το φαινόμενο που προκαλεί τον σχηματισμό όξινων προϊόντων, αν τα αρχικά είναι σάκχαρα και γλυκοζιτικές ουσίες, ενώ μούχλιασμα αποκαλούμε το φαινόμενο κατά το οποίο διάφορες οργανικές ουσίες καλύπτονται από μούχλες (μύκητες) περισσότερο ή λιγότερο εκτεταμένες, ενώ ταυτόχρονα επέρχεται αποσύνθεσή τους. Ο όρος ζ. οφείλεται στον Παστέρ, ο οποίος ονόμασε έτσι τους μικροβιολογικούς μετασχηματισμούς που χαρακτηρίζονται από τον έντονο αναβρασμό των οργανικών υποστρωμάτων. Η τυπικότερη ζ. είναι η αλκοολική, κατά την οποία ο μούστος φαίνεται να αναβράζει από την έκλυση διοξειδίου του άνθρακα, που, μαζί με την αιθυλική αλκοόλη, είναι ένα από τα προϊόντα του μετασχηματισμού του σακχάρου που περιέχεται στα σταφύλια. Ο όρος ζ. αφορά σε αναερόβια φαινόμενα (που λαμβάνουν δηλαδή χώρα απουσία οξυγόνου) σε βάρος ενός σακχάρου, από την αποικοδόμηση του οποίου προκύπτουν ειδικά προϊόντα αντίδρασης που καθορίζουν και το όνομα του είδους της ζ. Έτσι, διακρίνουμε την αλκοολική ζ., η οποία όπως αναφέρθηκε οδηγεί στον σχηματισμό αιθυλικής αλκοόλης, τη γαλακτική ζ., της οποίας τελικό προϊόν είναι το γαλακτικό οξύ, ενώ ο αναερόβιος μεταβολισμός κατώτερων ζώων μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή ηλεκτρικού ή προπιονικού οξέος. Η ζ., επομένως, οδηγεί μόνο σε μερική αποικοδόμηση του σακχάρου, ενώ αντιθέτως η αναπνοή, φαινόμενο αερόβιο (που λαμβάνει δηλαδή χώρα παρουσία οξυγόνου), καταλήγει στην ολική διάσπαση του σακχάρου ώσπου να παραχθεί νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Οι μικροοργανισμοί που εμφανίζονται κατά το φαινόμενο της ζ. ονομάζονται ζύμες και σε αυτούς, ως έμβια όντα, απέδιδαν αρχικά τη βασική ευθύνη για τη χημική μεταβολή που συνέβαινε. Νεότερες μελέτες και έρευνες οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι αιτία αυτών των χημικών μετασχηματισμών είναι τα ένζυμα που περιέχονται στους συγκεκριμένους μικροοργανισμούς. Το θεωρητικό ενδιαφέρον για τις ζ. αναπτύχθηκε και ενισχύθηκε καθώς γίνονταν αντιληπτές οι τεράστιες δυνατότητες της πρακτικής εκμετάλλευσής τους. Γιατί, πράγματι, τα προϊόντα πολλών ζ. (αλκοολική, γαλακτική κλπ.) προσφέρουν στον άνθρωπο πολύτιμα υλικά διατροφής ή σημαντικότατες πρώτες ύλες κατάλληλες για ποικίλες χρήσεις· αρκεί να αναφερθούν το κρασί, το ξύδι ή η αιθυλική αλκοόλη, για να αντιληφθούμε τη σημασία του θέματος. Έτσι, σε σύντομο διάστημα σημειώθηκε μια άνθηση σε αυτό τον επιστημονικό τομέα, με αποτέλεσμα να υπάρξουν πλήθος μελέτες και βιομηχανικές εφαρμογές, για να τεθούν αυτά τα μικροβιολογικά φαινόμενα στην υπηρεσία του ανθρώπου, τροποποιώντας, ανάλογα με τις περιπτώσεις, τις φυσικές συνθήκες, εισάγοντας τεχνάσματα, κατευθύνοντας την πορεία των βιοχημικών αντιδράσεων, έτσι ώστε να αυξηθούν οι ποσοτικές αποδόσεις των απλούστερων μεθόδων. Μια ειδική φροντίδα για τους σκοπούς αυτούς αφιερώθηκε στην έρευνα των μικροοργανισμών που είναι υπεύθυνοι για τις διάφορες ζ. Μελετήθηκαν και λήφθηκαν υπόψη οι προϋποθέσεις υψηλής επιλογής για να γίνει δυνατή η μέγιστη οικονομική απόδοση. Οι ζ. που συγκεντρώνουν το μεγαλύτερο θεωρητικό και πρακτικό ενδιαφέρον είναι η αλκοολική, η γαλακτική, η προπιονική, η βουτυλική και η ακετονο-βουτυλική. Ιδιαίτερη σημασία για τον άνθρωπο απέκτησε ένας τύπος ζ. ο οποίος προσφέρει μια ολόκληρη σειρά από ουσίες με ευρύτατη φαρμακευτική χρήση: τα αντιβιοτικά. Πολυάριθμοι μύκητες και βακτήρια εμφανίζουν κατά τη διάρκεια της ζυμωτικής δραστηριότητάς τους απορρίμματα του μεταβολισμού τους, ουσίες που είναι προικισμένες με σημαντικές αντιμικροβιακές ικανότητες και οι οποίες ονομάζονται αντιβιοτικά. Για τη βιομηχανική παραγωγή των αντιβιοτικών, οι ερευνητές και οι τεχνικοί έχουν βέβαια επινοήσει συστήματα με υψηλότατη παραγωγική απόδοση, δημιουργώντας για τις διάφορες μούχλες (ευρωτομύκητες) κατάλληλα περιβάλλοντα ή ευμενείς συνθήκες ζωής, ώστε να αποδώσουν τη μέγιστη δυνατή ποσότητα αντιβιοτικού μεταβολισμού, και εξαίρετες συνθήκες για την απομόνωση και την παραλαβή τους από τις ζυμωτικές συσκευές (βιοαντιδραστήρες). Τα σημαντικότερα αντιβιοτικά προϊόντα, που προκύπτουν από τη ζυμωτική διαδικασία, είναι η πενικιλίνη, η στρεπτομυκίνη και η ομάδα των τετρακυκλινών. Η χλωραμφενικόλη είναι το μοναδικό αντιβιοτικό που παράγεται με συνθετική μέθοδο, καθώς και με τη ζυμωτική διαδικασία. Ακόμα και η βιταμίνη Β₁₂ –ουσία με ευρύτατη φαρμακευτική χρήση– παράγεται ύστερα από ζυμωτική διαδικασία και εμφανίζεται ως μεταβολίτης ενός μύκητα, του λεγόμενου Streptomyces griseus. Βλ. λ. αντιβιοτικά. αλκοολική ζ. Είναι η πιο σπουδαία από τις αναερόβιες ζ. και γίνεται με την επίδραση του ενζυμικού συστήματος της ζύμης (μαγιά), που είναι μία ποικιλία μικροσκοπικών μυκήτων οι οποίοι ανήκουν στην κατηγορία των σακχαρομυκήτων. Οι οργανισμοί αυτοί, για να ικανοποιήσουν τις δικές τους ενεργειακές ανάγκες, διασπούν το σακχαρούχο γλυκοζιτικό υπόστρωμα· οι σακχαρομύκητες είναι σε θέση να μετασχηματίσουν ένα μόριο γλυκόζης σε αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Στην πραγματικότητα, η ζ. δεν γίνεται μόνο σε ένα στάδιο, αλλά ύστερα από μια απόλυτα οργανωμένη σειρά χημικών αντιδράσεων, οι οποίες μας δίνουν τελικά το διοξείδιο του άνθρακα και την αιθυλική αλκοόλη. Η πορεία της ζ. μπορεί να συνοψιστεί στα εξής ενδιάμεσα στάδια, που καθένα από αυτά καταλύεται από ένα ειδικό ένζυμο: φωσφορυλίωση της γλυκόζης, διάσπαση της εξόζης σε δύο μόρια τριόζης (ένωση με τρία άτομα άνθρακα), σχηματισμός του πυροσταφυλικού οξέος, σχηματισμός της ακεταλδεΰδης, σχηματισμός της αιθυλικής αλκοόλης και διοξειδίου του άνθρακα. Όλα αυτά τα ενδιάμεσα στάδια χρειάζονται τον κατάλληλο μικροοργανισμό, ο οποίος προμηθεύεται έτσι την αναγκαία ενέργεια για να εκδηλώσει και να αναπτύξει τις ζωικές του λειτουργίες. Βιομηχανικά η αλκοολική ζ., εκτός από την παραγωγή κρασιού και μπίρας, από τα σταφύλια και τη βύνη αντίστοιχα, εφαρμόζεται και στην παραγωγή αιθυλικής αλκοόλης με πρώτη ύλη σακχαρούχα υλικά, όπως η μελάσα, ή δημητριακά και αμυλούχες ουσίες, όπως το ρύζι, η βρόμη, οι πατάτες κλπ., ή κατάλληλους πολτούς ξύλου, οπότε προηγείται η όξινη υδρόλυση, η οποία μετατρέπει το άμυλο ή την κυτταρίνη σε ζυμοποιήσιμα μονοσάκχαρα. γαλακτική ζ. Τα βακτήρια που παράγουν γαλακτικό οξύ είναι από παλιά γνωστά και χαρακτηρίζονται ως γαλακτοβάκιλοι. Στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται για την οξίνιση του γάλακτος, την παραγωγή τυριών και τη συντήρηση πολλών ζυμωμένων προϊόντων, ενώ εμπλέκονται στην προστασία των νεαρών ζώων ενάντια σε μολύνσεις του εντερικού συστήματος. Γαλακτικό οξύ μέσω γαλακτικής ζ. παράγεται και στους μυς των ζωικών οργανισμών, κατά τη διάρκεια έντονης μυϊκής δραστηριότητας, οπότε τα αποθέματα οξυγόνου δεν μπορούν να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες και υποχρεώνονται σε αναερόβιο μεταβολισμό. Κατ’ αυτόν, συσσωρεύονται στον μυ μεγάλες ποσότητες γαλακτικού οξέος, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται κάματος. Τα φαινόμενα των βιοχημικών μετασχηματισμών, των σχετικών με τις άλλες σημαντικές ζ. (όπως η προπιονική, η βουτυλική κλπ.), δεν έχουν διευκρινιστεί με τόσο επιστημονικά εκτεταμένο τρόπο, όπως έχει συμβεί για παράδειγμα με την αλκοολική ζ. Αυτό εξηγείται είτε από τη μικρότερη πρακτική σημασία των τελικών προϊόντων τους είτε από τις σημαντικές δυσκολίες που συναντώνται στον διαχωρισμό των απλών ενζύμων στο ενζυμικό σύστημα των βακτηρίων. Οι μετασχηματισμοί αυτοί ακολουθούν οπωσδήποτε μια πορεία ανάλογη με αυτή της αλκοολικής ζ., τουλάχιστον έως τον σχηματισμό του πυροσταφυλικού οξέος. οξική ζ. Πραγματοποιείται αν εκμεταλλευτούμε την ενζυμική δράση ειδικών βακτηρίων του γένους acetobacter. Πρόκειται για ένα φαινόμενο αναπνευστικού τύπου που οφείλεται στην αιθυλική αλκοόλη, η οποία, με την επίδραση του οξυγόνου, οξειδώνεται προς οξικό οξύ. Από τα ενδιάμεσα προϊόντα το σπουδαιότερο αποτελείται από ακεταλδεΰδη, που μετατρέπεται τελικά σε οξικό οξύ ή με επιπλέον αφυδρογόνωση ή με μια οξειδοαναγωγική αντίδραση δύο μορίων αλδεΰδης, από τα οποία το ένα μετατρέπεται σε αλκοόλη και το άλλο σε οξικό οξύ. Στη βιομηχανία εφαρμόζονται διάφορα συστήματα οξοποίησης, ανάλογα με το προϊόν που θέλουμε να πάρουμε. Ονομάζονται συστήματα βραδείας οξοποίησης εκείνα που συμβάλλουν στην παραγωγή ξιδιών με καλύτερο άρωμα. Το τυπικότερο από αυτά είναι το γαλλικό σύστημα ή της Ορλεάνης, κατά το οποίο η βραδεία οξοποίηση κρασιών σε αδράνεια γίνεται μέσα σε βαρέλια από ξύλο κέδρου. Τα συστήματα ταχείας οξοποίησης χρησιμοποιούνται ωστόσο για την παραγωγή όξους ή οξικού οξέος σε εκτεταμένη κλίμακα. Το γερμανικό σύστημα ή του Σίτσενμπαχ, είναι το ταχύτερο και βασίζεται στη διοχέτευση του αρχικού αλκοολικού υγρού πάνω σε μια εκτεταμένη επιφάνεια ως υπόβαθρο, στην οποία βρίσκονται τα οξικοβακτήρια. Γενικά, το αποτέλεσμα προκύπτει με τη χρησιμοποίηση ενός πολύ υψηλού κάδου γεμάτου από σχίζες ξύλου οξιάς (ή πορώδους υλικού) που έχει διαποτιστεί από οξικοβακτήρια. Το υγρό που θα αξιοποιηθεί, διοχετεύεται μία ή περισσότερες φορές και στη συνέχεια παραλαμβάνεται μόνο όταν παραχθεί το όξος. Υπάρχουν επίσης συστήματα που ακολουθούν μια μέση οδό μεταξύ του γαλλικού και του γερμανικού συστήματος, όπως είναι το σύστημα Λουξεμβούργου, που είναι το πιο ενδιαφέρον και δίνει αρκετά καλά ξίδια. Τα μικροβιολογικά φαινόμενα, που αποτελούν τη βάση διαφόρων τύπων ζυμώσεων, έχουν μελετηθεί ευρύτατα και από την άποψη των βιομηχανικών εφαρμογών τους. Στη φωτογραφία, εγκαταστάσεις ζύμωσης για φαρμακευτικά προϊόντα. Εγκαταστάσεις ζύμωσης για μπίρα.

* * *

η (Α ζύμωσις) [ζυμώ]

η ενέργεια και το αποτέλεσμα τού ζυμώνω

νεοελλ.

1

(χημ·) διαδικασία κατά την οποία αναπτύσσονται αέρια και αυτοθέρμανση από τη βραδεία αποσύνθεση οργανικών σωμάτων

2. (βιοχ.) σειρά βιομηχανικών αντιδράσεων, η οποία στα κύτταρα καταλύεται ενζυμικά, απαιτεί ενέργεια και μέσω τής οποίας τα κυτταρικά «καύσιμα» (μόρια όπως η γλυκόζη) αποκοδομούνται σε αναεροβίωση.

3. μτφ. πολιτική, κοινωνική κ.λπ. κίνηση ή ενέργεια που προετοιμάζει μια κατάσταση ή ένα γεγονός («οι πολιτικές ζυμώσεις εξελίσσονται αργά»)

αρχ.

φρ. «ζύμωσις ἥπατος» — το πρήξιμο.