אלכוהול-מבעבע ותוסס

1. אלכוהול-מבעבע ותוסס שושנה צובל 8/2004

2. אלכוהול מה אני יודע על משקאות אלכוהול?? הכינו רשימת שאלות (מושגים, תהליכים..) שושנה צובל 8/2004

3. אלכוהול מה אני יודע על אלכוהול? יין? ויסקי? בירה? מה ההבדל בין סוגים שונים? יין מתוק, יין יבש, יין תוסס, ויסקי, ברנדי, יין אדום, יין לבן – מה הקשר לצבע הענבים?.. מה מסקרן אותי לדעת? מה אני יודע ולא מבין? מה אני מצפה לקבל בשיעור? איך אני אשיג את המידע? שושנה צובל 8/2004

4. מה רואים בתמונה? שושנה צובל 8/2004

5. ? 1. ענבים הופכים ליין ושעורה לבירה מה המשותף לתהליכים שהוזכרו? חשבו מה המנוע לתהליך? מה שם התהליך? 2. מתברר שבירה מיוצרת משעורה אבל גם מתירס, אורז וקליפות תפוח אדמה מה לדעתכם חומר הגלם לבירה בירה מאלט (לֵתֵת בעברית) מה מקור השם? שושנה צובל 8/2004

6. מבעבע ותוסס • תהליך כימי פירוק או/ו יצירה של קשרים כימיים ויצירת חומרים חדשים. • תהליך פיסיקלי שינוי בחומר שלא כולל שינוי כימי (שינוי טמפ', ערבוב והפרדה, שינוי מצב צבירה..) שושנה צובל 8/2004

7. בעבוע – שינוי פיסיקלי (אין שינוי במבנה המולקולרי של החומרים) יין פנטזיה יין פנטזיה – היין מבעבע הפרדה בין חומרים בתמיסה (תערובת גז בנוזל) ע"י קליטת אנרגיה החומר הנשאר יין, CO2 הגז מבעבע (הגז בורח...) יין רגיל - ? שושנה צובל 8/2004

8. יין רגיל - יין ביין אין בעבוע האם יש קשר בין תסיסה ליין? האם תסיסה היא שינוי פיסיקלי או כימי? איך נוצר היין ממיץ ענבים (האלכוהול מסוכר ענבים)? שושנה צובל 8/2004

9. מבעבע ותוסס • בעבוע - תהליך פיסיקלי שינוי במצב החומר שלא כולל שינוי כימי – ברתיחה (שינוי מצב צבירה), במשקה תוסס (הפרדה מתמיסה) • תסיסה - תהליך כימי (פירוק או/ו יצירה של קשרים כימיים בחומרים קיימים ויצירת חומרים חדשים) התהליך נקרא תסיסה כשקורה רק בנוכחות מיקרואורגניזמים (יצורים חיים) ונפלט CO2 בענבים זה קורה רק בנוכחות שמרים, מתקבל אתנול ותוסס CO2 שושנה צובל 8/2004

10. מה דעתך? מתוך כתבה בעיתון הארץ • בהתעמלות בוקר עלתה השאלה: • "כיצד מתפיחים השמרים את הבצק ?" • התשובה הייתה: • "תאי שמרים הם חיידקים זעירים הפועלים בעזרת מים חמימים. אוכלים את העמילן שבקמח וממירים אותו בגלוקוז. כשהשמרים פעילים הם מתחלקים ומתרבים בבצק מיליוני פעמים, ופולטים דו תחמוצת הפחמן: הגז מתפשט בבצק, מתפיח אותו והופך אותו נקבובי וקל." • איזה דרך נוספת להתפחת בצק אתה מכיר? • האם התהליך המוזכר דומה למה שקורה ביין? שושנה צובל 8/2004

11. אנרגיה כימית קיימות מס' צורות של אנרגיה: (גובה) פוטנציאלית, תנועה, קול, אור, חום ואנרגיה כימית – אנרגיה האגורה בחומר חומר - מעצם מהותו מוגדר אוסף חלקיקים בעלי אנרגיה עצמית בתהליכיםכימיים החומרים משתנים ומתקבלים חומרים אחרים בעלי אנרגיה נמוכה או גבוהה יותר מחומרי המוצא התהליכים הכימיים מלוויםבשינויי אנרגיה (תהליכים אקסותרמיים, תהליכים אנדותרמיים) שושנה צובל 8/2004

12. אנרגיה כימית בחי בעלי חיים בנויים מחומר – (ורוח?) לפי ההגדרה : חומר - חלקיקים ואנרגיה (שאגורה בחומר) האנרגיה דרושה לתפקוד, נשימה, התפתחות, התרבות... חילוף חומרים בגוף החי – תהליכים כימיים המלווים בשינויי אנרגיה שושנה צובל 8/2004

13. אנרגיה כימית בצמח אגירת האנרגיה (מקובל שהמקור הראשוני – השמש) נעשית בתהליך הפוטוסינתזה – (המלווה בקליטת אנרגיה חיצונית – אנרגיית אור) ניצול האנרגיה נעשה תוך כדי חילוף חומרים בתהליכים כימיים חלקם תהליכי תסיסה (המלווים בשחרור אנרגיה) שושנה צובל 8/2004

14. פוטוסינתזה, נשימה ואנרגיה בתהליך הפוטוסינתזה – פחמן דו חמצני ומים הופכים לסוכר וחמצן (תהליך אנדותרמי – אנרגיה בצורה של אור הופכת לאנרגיה כימית בחומרים בגוף החי) בתהליך הנשימה – סוכר וחמצן הופכים לפחמן דו חמצני ומים (תהליך אקסותרמי – אנרגיה כימית הופכת לאנרגית חום שמנוצלת לתפקוד בגוף החי) שושנה צובל 8/2004

15. נשימה, ואנרגיה בחי • נשימה נשימה אירובית תהליך הקורה בנוכחות חמצן – גלוקוז וחמצן הופכים לפחמן דו חמצני ומים תהליך המלווה בשחרור הרבה אנרגיה נשימה אנארובית תהליך הקורה שלא בנוכחות חמצן – גלוקוז הופך לאלכוהול או לחומצה תהליך המלווה בשחרור מעט אנרגיה שושנה צובל 8/2004

16. תסיסה ביין - שמרים ואנרגיה יין נוצר בתהליך תסיסה (תהליך רב שלבי) ע"י שמרים/פטריות (מיקרואורגניזמים) השינוי הכימי סה"כ – חומר המוצא גלוקוז במיץ ענבים התוצרים אתנול ביין (תוך שחרור CO2) המנוע לתהליך - האנרגיה המשתחררת מנוצלת להתרבות השמרים **התהליך מלווה בתגובות נוספות המקנות טעמים מיוחדים ליין שושנה צובל 8/2004

17. מניין השמרים להתססה ביין? ניסוי – • רסק כ-20-25 ענבים שלמים הכנס לכלי, • סגור עם פקק ובו צינור מכופף • הכנס את הצינור לכלי עם מי סיד צלולים • לאחר מס' ימים, בדוק: • מה ריח התמיסה • מה צבע התמיסה • מה קרה למי הסיד הצלולים? • היכן ממוקמים השמרים? שושנה צובל 8/2004

18. ניסוי – תסיסה במעבדה הכנת הענבים להתססה – 12.8.2004 ענבים אדומים ללא קליפה ענבים ירוקים ענבים אדומים שושנה צובל 8/2004

19. ניסוי – תסיסה במעבדה מערכת התססת התירוש מועברת לתמיסת מי סיד צלולים – 12.8.2004 ענבים ירוקים ענבים אדומים שושנה צובל 8/2004

20. ניסוי – תסיסה במעבדה המערכת בהתססה – 15.8.2004 ענבים אדומים ללא קליפה ענבים ירוקים ענבים אדומים שושנה צובל 8/2004

21. מה קרה? 1. רואים בעבוע של גז (פחמן דו חמצני) 2. מרגישים ריח אופייני של אלכוהול – אתנול מסקנה: שמרי יין מצויים בענבים מרוסקים שושנה צובל 8/2004

22. מנין השמרים? • קליפת הענב מכוסה בשכבה עדינה של פריחה לבנה, דביקה. שכבה זו מכילה שעווה המספחת אליה עובשים ושמרים טבעיים • קליפה של עינב בודד יכולה להכיל כ-10 מיליון תאי שמר, כ-100.000 משתייכים לזן שמרי היין • הנציג המובהק: Sacharomyces cerevisiae ellipsoideus שושנה צובל 8/2004

23. שמרי תסיסה ישנם זנים שונים של שמרים בכלל וזנים שונים של שמרי תסיסה (סוג פטריה), הנפוץ ביותר מבין שמרי היין עשוי מהצמח החד-תאי cerevisiaeSaccharomyces אותו מיבשים וטוחנים. היום משתמשים בד"כ בשמרים מתורבתים שושנה צובל 8/2004

24. צפייה בשמרים במיקרוסקופ • במגש: כמות קטנה של שמרי אפיה, זכוכיות נושאות ומכסים, כוס 200 מ"ל, טפי, מים מזוקקים • מהל כ-1 גר' שמרים יבשים ב -100 מ"ל מים מזוקקים • ערבב והעבר עם טפי טיפה של תרחיף שמרים לזכוכית נושאת וכסה • צפה במיקרוסקופ שושנה צובל 8/2004

25. צפייה בשמרים במיקרוסקופ רואים תאי שמר עגולים ולפעמים מחרוזת תאים בשלב הנצה (מתחילה התרבות, הגרעין מחולק ל 2 ואחד הגרעינים עובר לבליטה המתפתחת לתא חדש) שושנה צובל 8/2004

26. תסיסה/ שמרים היסטוריה • במאה ה-19 – ידעו שתסיסה נגרמת רק ע"י מיקרואורגניזמים חיים • בוכנר – 1897 – הראשון שראה תסיסה בהיעדרם של תאים חיים, הראשון שסחט מיץ שמרים והצליח להתסיס סוכר בעזרת תמציות תאי השמרים שושנה צובל 8/2004

27. האנזימים שבשמרים ותסיסה מה בתוך השמרים החומר המתסיס? החומר המתסיס נמצא לראשונה בתוך שמרים לכן קיבל את השם אנזים EN-ZYME- בתוך השמרים בשמר מס' אנזימים (חומרים המשמשים כזרזים המתפקדים בגוף) תהליך התרבות השמרים יכול להתקיים רק בנוכחותם בשלבים שונים בתהליך מתפקדים אנזימים שונים שושנה צובל 8/2004

28. אנזימים • האנזימים הם הזרזים לתגובות בתא, ללא אנזימים התא לא יוכל להתקיים • כל אנזים הוא חלבון (לא רק חלבון – קואנזים) • בכל תא אלפי אנזימים המהווים את מרביתו של חלבון התא שושנה צובל 8/2004

29. תסיסה של גלוקוז בענבים לאחר סחיטת הענבים נותנים למיץ הענבים לתסוס (עם או בלי הקליפה) בנוכחות שמרים. האנזימים בשמרים פועלים על הסוכר כדי לקבל אנרגיה המאפשרת לשמרים להתרבות • גליקוליזה : תהליך הקורה ע"י פעולת אנזימים על הגלוקוז ב – 10 שלבים כשהתוצרים: פירובט (שבירת הגלוקוז ל 2 מולקולות עם 3 פחמנים) ו - ATP (אדנוזין טריפוספט) המספק אנרגיה לשמרים להתרבות ולפרק את 2 מולקולות הפירובט לפחמן דו חמצני ואתנול http://tidepool.st.usm.edu/crswr/glycolysismov.html אנימציה שושנה צובל 8/2004

30. אנזים כל העבודה בתא נעשית ע"י אנזימים (המשמשים זרזים לתגובות כימיות הקורות בתא – התרבות, פרוק והרכבה של חומרים..) אנזימים מצויים בציטופלאסמה ועושים את כל עב' התא אנזימים הם פרוטאינים – בנויים מח' אמינו אנזים - פולימר ברצף מאוד ספציפי של ח' אמינו, במבנה מאוד ספציפי כאשר כל אנזים משמש לתהליך ספציפי ובמהירויות מדהימות שושנה צובל 8/2004

31. אנזים כל אנזים - משמש לתהליך ספציפי לדוגמא – האנזימים בשמרי היין פועלים רק על חד סוכר - גלוקוז מאלטאז – אנזים ספציפי רק לפרוק מולקולת מאלטוז (דו סוכר) ל 2 מולק' גלוקוז (חד סוכר) אינברטאז – אנזים ספציפי רק לפרוק סוכרוז (דו סוכר) לגלוקוז ופרוקטוז (חד סוכרים) שושנה צובל 8/2004

32. סוכר /פחמימה / משמש מקור אנרגיה בחי / קלוריות אנרגיה זמינה / אנרגיה לא זמינה סוכרים שם כולל לקב' חומרים הבנויים מיחידה בסיסית אופיינית (קב' פונקציונלית) וקימיים כ: חד סוכר דו סוכר רב סוכר סוכרים שושנה צובל 8/2004

33. חד סוכר – היחידה הבונה סוכרים אחרים גלוקוז/סוכר ענבים פרוקטוז/סוכר פרות (מצוי בתירס) דו סוכר – סוכרוז/סוכר הקנה (הממתיק הנפוץ)בנוי מגלוקוז וסוכרוז לאקטוז (סוכר החלב) בנוי מגלוקוז וגאלאקטוז מאלטוז – בנוי מ 2 מולקולות גלוקוז רב סוכר עמילן (חומר תשמורת המצוי בזרעים בדגן, קטניות..) גליקוגן (בשרירים ובכבד, מקביל לעמילן בצמח) תאית – (בצומח) כולםפולימרים של גלוקוז סוכרים שושנה צובל 8/2004

34. C6H12O6 C2H5OH CO2 + (aq) (aq) (g) חד סוכר האנזים המתסיס בתאי שמרים עובד רק על חד סוכר - גלוקוז (סוכר ענבים) שהופך לאתנול בתהליך אקסותרמי (מקוראנרגיה להתרבות השמרים) גלוקוז שמרים אתנול מומס ביין גלוקוז מומס ביין פחמן דו חמצני גז שושנה צובל 8/2004

35. דו – סוכר דו סוכר - לקטוז דו סוכר - מלטוז שושנה צובל 8/2004

36. מלטאז לאנזים אתר פעיל במבנה של מפתח ומנעול, בו נעשית התגובה לדוגמא מלטאז אנזים ספציפי – רק לפרוק מלטוז ל 2 מולק' גלוקוז מלטאז מפרק רק מלטוז כאשר מולק' אנזים אחת יכולה לפרק 1000 מולק' מלטוז בשניה לקטאז מפרק רק לקטוז אדם החסר בלקטאז סובל מבעיות עיכול חלב שושנה צובל 8/2004

37. אינברטאז בתירוש הסוכר המומס הוא סוכר ענבים – גלוקוז כשרוצים להתסיס בתאי שמרים סוכר קנה (הסוכר הנפוץ - סוכרוז שהוא דו סוכר הבנוי מ – 2 יחידות חד סוכר גלוקוז ופרוקטוז) בשלב ראשון הסוכר מפורק לחד סוכר ע"י האנזים – אינברטאז המצוי גם בתאי השמר ורק אח"כ נעשית ההתססה ע"י אנזימי התסיסה דו סוכר - סוכרוז שושנה צובל 8/2004

38. רב – סוכר רב סוכר - עמילן רב סוכר - גליקוגן רב סוכר - תאית שושנה צובל 8/2004

39. בהכנת בירה – עמילן חומר הגלם עמילן – מצוי בגרגרי שעורה, תירס, קליפות תפ"א.. ומהווה חומרתשמורת לצמח (עד שהצמח גדל ויכול להפיק בעצמו בעזרת פוטוסינתזה את הסוכרים) עמילן מתפרק בשעת הצורך לגלוקוז ומלטוז (דוגלוקוז) המהווים חומר מזון ומקור אנרגיה לעובר המתפתח לנבט עמילן שושנה צובל 8/2004

40. עמילאז האנזים המתסיס בתאי שמרים עובד רק על חד סוכר - גלוקוז לכן לפני תהליך ההתססה לקבלת בירה העמילן מתפרק לגלוקוז עמילאז – אנזים ספציפי לפרוק העמילן לגלוקוז או מאלטוז (דו גלוקוז) שושנה צובל 8/2004

41. הכנת בירה • לתת שעורה (או - חיטה, תירס, אורז המכילים כמות גדולה של עמילן) • כשות – עשב רב שנתי שייך למשפחת הקנבוס בתפרחת הנקבית מצויות בלוטות המכילות חומרים הנותנים את הטעם המר המיוחד האופייני לבירה (הכשות לבירה – הוא פרח של hops vine שייך למשפחת heps וקרוב למשפחת שיחי הקנביס - מריחואנה, חשיש, גראס) שושנה צובל 8/2004

42. בירה - תסיסה ע"י שמרים מאלט (לתת) מהו? ואיך מקבלים ממנו בירה • שעורה, מים, כשות, שמרים ויש בירה • לא מספיק לערבב בכמויות המתאימות וזהו • בסדרת תהליכים ביוכימיים השעורה הופכת לחד סוכר שניתן להתססה • בהמשך שמרים מתרבים ע"ח התססת הסוכר והפיכתו לכוהל שושנה צובל 8/2004

43. מאלט / לתת כדי שאפשר יהיה להפך זרעי שעורה לבירה הזרעים עוברים תהליך הנבטה והופכים למאלט • שלב ראשון – הנבטה –ע"י השריית הזרעים במים למס' ימים • השלב הבא הרחקת המים והשארת הנבטים ב-15.5 מעלות ל 5 ימים – הקליפה נפתחת ויוצא ניצן • זה מה שנקרא – מאלט ירוק (-malt sugarסוכר הלתת) שושנה צובל 8/2004

44. בירה מאלט / לתת לתת – גרעיני שעורה מונבטים גרגרי שעורה יבשים מכילים מעט מאוד עמילאז אבל בזמן הנביטה נוצרות כמויות גדולות של עמילאז (המפרק את העמילן לחד סוכר שיעבור תהליך תסיסה המלווה בשחרור אנרגיה שתאפשר לצמח להתפתח) אנדוספרם – רקמת האגירה בה נמצא העמילן ובה מתפתח האנזים עמילאז בזמן הנביטה (מפסיקים את תהליך ההנבטה בשלב בו התפתחה כמות מספקת של עמילאז אבל רוב העמילן עדיין לא מפורק) שושנה צובל 8/2004

45. מאלט - גרעיני שעורה מונבטים שושנה צובל 8/2004

46. הכנת המאלט לבישול brewing • אחרי שתהליך שחרור האנזימים קורה, המאלט הירוק מיובש בהדרגה ע"י העלאת הטמפ' • עוצמת הצבע והטעם – תלויים עד כמה מעלים את הטמפ' בתהליך הייבוש • שלב האחרון – הרחקת שרשים שמונבטים בתהליך • והמאלט מוכן לתהליך הבישול לשכר שושנה צובל 8/2004

47. תסיסה/מושגים קשורים מיקרואורגניזמים, שמרים, תהליך אירובי, אנארובי (נשימה אירובית, אנארובית) תסיסה, גליקוליזה, אנזימים (אינברטאז, עמילאז), סוכרים, חד סוכר (גלוקוז, פרוקטוז), דו סוכר (סוכרוז), רב סוכר (עמילן), אלכוהול (אתנול), אנרגיה, תהליך אנדותרמי, תהליך אקסותרמי שושנה צובל 8/2004

48. אלכוהול/נושא בין תחומי היבט טכנולוגי יישומי (תעשייה) - גידול גפנים / הכנת יין (בכרם / זנים שונים, תנאי גידול שונים סוג קרקע, טמפ', גשמים, זמן הבציר ביקב / תהליך התסיסה, משך התסיסה, חביות, טמפ'.. ) היבט היסטורי - גידול גפנים בארץ, פיתוח זני ענבים וזני שמרים היבט חברתי – יין, בירה ושכרות, תאונות דרכים /חוקים/ יין בתרבויות שונות, יין במסורת / סיור לכרם, ליקב היבט ביולוגי פיסיולוגי - שמרים, תסיסה, נשימה, פוטוסינתזה היבט בריאותי – השפעה על תפקוד, התמכרות.. היבט עסקי – פרסום אריזה ושיווק היבט מדעי – הבנת התהליכים והחומרים המגיבים ממציאים – לבנהוק – המיקרוסקופ, לואי פסטר – מחלת היין, פסטור ועוד.. שושנה צובל 8/2004

49. ניסוי – פעילותו של אינברטאז 1: זיהוי נוכחות גלוקוז-אינדיקטור בנדיקט א. העבר 1 סמ"ק תמיסת גלוקוז 1%למבחנה 1 ב. העבר 1 סמ"ק תמיסת סוכרוז 1%למבחנה 2 ג. הוסף לכל מבחנה כ- 1 סמ"ק תמיסת בנדיקט ד. הכנס את המבחנות לאמבט מים מעל בונזן ה. צבע אדמדם חום מעיד על גלוקוז 2. בעזרת ניר Clinistix א. טבול את הנייר בתמיסות ב. השווה את הצבע לסקלה של האידיקטור שושנה צובל 8/2004

50. ניסוי – הפקת אינברטאז מתאי שמרים א. כתוש 5 גר' שמרים עם 5 מ"ל מים (במכתש ועלי) ב. הוסף 5 מ"ל מים ובחש היטב ג. סרכז בצנטריפוגה 5 דק' במהירות בינונית ד. את התצליל העבר למבחנה שושנה צובל 8/2004