किण्वन

किण्वन यीस्ट कोशिकाओं और बैक्टीरिया और जानवरों की मांसपेशियों में भी होता है। यह एक अवायवीय मार्ग है जिसमें ग्लूकोज टूट जाता है। हमारे शरीर में अर्थात् कोशिका में सूक्ष्म स्तर पर होने वाला श्वसन कोशिकीय श्वसन कहलाता है। यह ऑक्सीजन की उपस्थिति या अनुपस्थिति में होता है।

किण्वन: अवायवीय श्वसन

किण्वन परिभाषा

"किण्वन एक अवायवीय प्रक्रिया है जिसमें ऑक्सीजन उपलब्ध न होने पर भी ग्लूकोज से ऊर्जा जारी की जा सकती है।"

किण्वन क्या है?

किण्वन यीस्ट कोशिकाओं और बैक्टीरिया और जानवरों की मांसपेशियों में भी होता है। यह एक अवायवीय मार्ग है जिसमें ग्लूकोज टूट जाता है।

हमारे शरीर में अर्थात् कोशिका में सूक्ष्म स्तर पर होने वाला श्वसन कोशिकीय श्वसन कहलाता है। यह ऑक्सीजन की उपस्थिति या अनुपस्थिति में होता है। किसी भी प्रकार का कोशिकीय श्वसन ग्लाइकोलाइसिस से शुरू होता है जहां अंतिम उत्पाद के रूप में 3-C अणु, पाइरुविक अम्ल बनता है।

विभिन्न कोशिकाएँ इस पाइरूवेट को दो प्रमुख तरीकों से संभालती हैं, किण्वन उनमें से एक है। आइए हम किण्वन, इसके प्रकार और अवायवीय श्वसन पर एक विस्तृत नज़र डालें।

किण्वन के प्रकार

किण्वन के तीन अलग-अलग प्रकार हैं:

1.लैक्टिक अम्ल किण्वन

इसमें स्टार्च या चीनी को यीस्ट स्ट्रेन और बैक्टीरिया द्वारा लैक्टिक अम्ल में बदल दिया जाता है। व्यायाम के दौरान, मांसपेशियों की कोशिकाओं को आपूर्ति की जाने वाली ऑक्सीजन की तुलना में ऊर्जा व्यय तेज़ होता है। इसके परिणामस्वरूप लैक्टिक अम्ल का निर्माण होता है और मांसपेशियों में दर्द होता है।

लैक्टिक अम्ल ग्लाइकोलाइसिस में उत्पादित पाइरूवेट से बनता है । NAD+ NADH से उत्पन्न होता है। एंजाइम लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज इस प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है। लैक्टोबैसिलस बैक्टीरिया इस प्रकार के किण्वन के माध्यम से दूध से दही बनाते हैं। गहन व्यायाम के दौरान जब ऑक्सीजन की आपूर्ति अपर्याप्त होती है, तो मांसपेशियां लैक्टिक अम्ल का उत्पादन करके ऊर्जा प्राप्त करती हैं, जो कोशिकाओं में जमा हो जाता है जिससे थकान होती है।

C6H12O6 --------> LACTIC ACID + ATP

2.एल्कोहल किण्वन

पाइरूवेट, ग्लाइकोलाइसिस का अंतिम उत्पाद एल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड में टूट जाता है। वाइन और बीयर एल्कोहलिक किण्वन द्वारा निर्मित होते हैं।

इसका उपयोग वाइन, बीयर, जैव ईंधन आदि के औद्योगिक उत्पादन में किया जाता है। अंतिम उत्पाद एल्कोहल और CO2 है । पाइरुविक अम्ल एसीटैल्डिहाइड में टूट जाता है और CO₂ निकल जाता है। अगले चरण में एसीटैल्डिहाइड से इथेनॉल बनता है। NAD+ भी NADH से बनता है, जिसका उपयोग ग्लाइकोलाइसिस में किया जाता है। यीस्ट और कुछ बैक्टीरिया इस प्रकार का किण्वन करते हैं। एंजाइम पाइरुविक अम्ल डिकार्बोक्सिलेज और एल्कोहल डिहाइड्रोजनेज इन प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं।

${\ce {C6 H12 O6 -> C2H5OH + CO2+ ATP}}$

3.एसिटिक अम्ल किण्वन

• अनाज और फलों में मौजूद स्टार्च और चीनी सिरका और मसालों में किण्वित हो जाते हैं।
• इस प्रक्रिया द्वारा सिरका का उत्पादन किया जाता है। यह दो चरणों वाली प्रक्रिया है.
• पहला चरण खमीर का उपयोग करके अवायवीय रूप से चीनी से एथिल एल्कोहल का निर्माण है।
• दूसरे चरण में, एथिल एल्कोहल को एसिटोबैक्टर बैक्टीरिया का उपयोग करके एसिटिक अम्ल बनाने के लिए आगे ऑक्सीकरण किया जाता है। एल्कोहल का अम्ल में माइक्रोबियल ऑक्सीकरण एक एरोबिक प्रक्रिया है।

${\ce {C2H5OH + O2 -> CH3COOH + H2O}}$

4. ब्यूटिरिक अम्ल किण्वन

• इस प्रकार का किण्वन जीनस क्लॉस्ट्रिडियम के बाध्य अवायवीय जीवाणुओं की विशेषता है। यह जूट फाइबर, बासी मक्खन, तम्बाकू प्रसंस्करण और चमड़े की टैनिंग में होता है।
• ब्यूटिरिक अम्ल मानव बृहदान्त्र में आहार फाइबर किण्वन के उत्पाद के रूप में उत्पन्न होता है। यह कोलोरेक्टल एपिथेलियम के लिए ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण स्रोत है। चीनी को पहले ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया द्वारा पाइरूवेट में ऑक्सीकृत किया जाता है और फिर पाइरूवेट को H₂ और CO₂ के उत्पादन के साथ ऑक्सीडोरडक्टेस एंजाइम प्रणाली द्वारा एसिटाइल-सीओए बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है ।
• एसिटाइल-सीओए को ब्यूटिरिक अम्ल बनाने के लिए और कम किया जाता है। इस प्रकार के किण्वन से ऊर्जा की अपेक्षाकृत अधिक उपज होती है। एटीपी के 3 अणु बनते हैं।

किण्वन - अवायवीय श्वसन

अवायवीय श्वसन एक प्रकार का कोशिकीय श्वसन है जहाँ श्वसन ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होता है। किण्वन एक अवायवीय मार्ग है - अधिकांश प्रोकैरियोट्स और एककोशिकीय यूकेरियोट्स में एक सामान्य मार्ग। इस प्रक्रिया में ग्लूकोज आंशिक रूप से ऑक्सीकृत होकर अम्ल और एल्कोहल बनाता है।

यीस्ट जैसे जीवों में, ग्लूकोज के आंशिक ऑक्सीकरण से बनने वाला पाइरुविक अम्ल इथेनॉल और कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) में परिवर्तित हो जाता है। इस अवायवीय स्थिति को एल्कोहलिक या इथेनॉल किण्वन कहा जाता है। पूरी प्रतिक्रिया एंजाइमों, पाइरुविक अम्ल डिकार्बोक्सिलेज और एल्कोहल डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है। कुछ बैक्टीरिया और पशु मांसपेशियों की कोशिकाओं में, अवायवीय परिस्थितियों में, लैक्टेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा पाइरुविक अम्ल को लैक्टिक अम्ल में बदल दिया जाता है। इसे लैक्टिक अम्ल किण्वन कहा जाता है। इन अवायवीय मार्गों के अंतिम उत्पाद उन्हें खतरनाक प्रक्रियाएँ बनाते हैं। उदाहरण के लिए, यीस्ट कोशिकाओं द्वारा उत्पादित 13 प्रतिशत से अधिक एल्कोहल की सांद्रता स्वयं को मार सकती है।

एल्कोहलिक और लैक्टिक अम्ल किण्वन में, NADH+H+ एक कम करने वाला एजेंट है जो NAD+ में ऑक्सीकृत हो जाता है। दोनों प्रक्रियाओं में निकलने वाली ऊर्जा अधिक नहीं होती है और किण्वन के दौरान उत्पादित एटीपी अणुओं का कुल योग दो होता है, जो एरोबिक श्वसन की तुलना में बहुत कम है। हालाँकि, इसका उपयोग व्यावसायिक रूप से खाद्य और पेय उद्योगों और दवा उद्योगों में किया जाता है।

किण्वन के लाभ

किण्वन सभी प्रकार के वातावरणों के लिए उपयुक्त है। यह सबसे पुरानी चयापचय प्रक्रियाओं में से एक है जो प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स में आम है। विभिन्न उद्योगों में किण्वन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

उपयुक्त सूक्ष्मजीवों और निर्दिष्ट परिस्थितियों का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के किण्वन उत्पाद बनाए जाते हैं:-

• शराब
• बियर
• जैव ईंधन
• दही
• अचार
• रोटी
• लैक्टिक अम्ल युक्त खट्टे खाद्य पदार्थ
• कुछ एंटीबायोटिक्स और विटामिन

किण्वन भोजन को पौष्टिक, सुपाच्य और स्वादिष्ट बना सकता है। किण्वित भोजन के सेवन से कई फायदे होते हैं।

• यह पाचन में सुधार करता है और आंतों के बैक्टीरिया को बनाए रखने में मदद करता है
• इसमें कैंसर रोधी प्रभाव होता है।
• प्रतिरक्षा प्रणाली में सुधार करता है
• लैक्टोज असहिष्णुता को कम करता है

खाद्य उद्योग के अलावा, कई अन्य क्षेत्र हैं जहां किण्वन प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। मीथेन का उत्पादन सीवेज उपचार संयंत्रों और मीठे पानी के तलछट में किण्वन द्वारा किया जाता है।

अभ्यास प्रश्न:

1. किण्वन क्या है?
2. किण्वन के प्रकार लिखिए।
3. लैक्टिक अम्ल किण्वन क्या है?
4. किण्वन के चार प्रकार क्या हैं?
5. किण्वन के लाभ लिखिए।