高校 · 15分
グルコースのアルコール発酵
酵母が糖溶液をエタノールに変え、二酸化炭素の泡が発酵槽から抜けていくのを観察する。生きた無酸素の化学工場である。
目的
発酵式 C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ を係数合わせし、気泡を CO₂ の生成と結びつけ、温度が重要な理由を理解する。
器具と試薬
グルコースまたは砂糖溶液、パン酵母（Saccharomyces cerevisiae）、フラスコまたは瓶、発酵栓または風船、温水浴と温度計。
手順
- 図を読む。左のグルコース溶液は酵母の働きで右のエタノールに変わり、CO₂ は上部の気相から抜ける。
- 温度スライダーを30 °C付近に合わせる。パン酵母に適した範囲。冷たすぎると酵素が遅くなり、暑すぎると細胞が死ぬ。
- 式を自分で係数合わせする。グルコース1分子からエタノール2分子と二酸化炭素2分子ができる。両辺の炭素を数えよう。
- 実際の装置では発酵栓や風船を付ける。抜ける CO₂ がそれを膨らませ、酸素を遮って無酸素経路を保つ。
観察すること
- 液体上部の気相が CO₂ で満たされる。発酵槽では発酵栓を通る連続した泡として見える。
- 発酵はエタノール約12〜15 %で自然に止まる。生成物がそれを作った酵母にとって有毒になるため。
解説
酵母はまず解糖でグルコースをピルビン酸に分解し、次に脱炭酸・還元してエタノールにし、CO₂ を放出する。細胞が得るのは1グルコース当たり約2 ATPだけで、呼吸よりはるかに少ない。そのため発酵は速く熱を発する。シミュレーションの泡は式の気体側半分を表す。
実験の歴史
発酵飲料は数千年の歴史を持つが、1857〜1860年にルイ・パスツールが発酵は自然発生ではなく生きた酵母細胞によることを示して初めて化学が明らかになった。エドゥアルト・ブフナーは1897年に無細胞酵母抽出液でも糖が発酵することを証明し、細胞外で働く酵素の発見として1907年のノーベル賞を受けた。
ゆかりの化学者
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。