Natura permite unei persoane să se bucure de beneficiile care sunt disponibile în ea. În același timp, oamenii încearcă să sporească aceste bogății, să creeze ceva nou și să învețe despre necunoscut. Bacteriile sunt cele mai mici creaturi ale naturii, pe care oamenii au învățat să le folosească și în propriile lor scopuri.
Dar nu numai răul asociat proceselor și bolilor patogene este purtat de aceste organisme procariote. Ele sunt, de asemenea, sursa unui proces industrial important care a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri - fermentația. În acest articol, vom lua în considerare ce este acest proces și cum se realizează în mod specific fermentarea acidului lactic a substanțelor.
Istoricul apariției și utilizării fermentației
Prima mențiune că procesul de fermentație era folosit de oameni în vederea obținerii anumitor produse a apărut încă din anul 5000 î. Hr. Atunci babilonienii au folosit această metodă pentru a obține produse precum:
- brânză;
- vin;
- lapte caș și alteleproduse lactate.
Mai târziu, alimente similare au început să fie primite în Egipt, China, Sudan, Mexic și alte state antice. Au început să coacă pâine cu drojdie, să fermenteze culturi de legume și au apărut primele încercări de conservare.
Procesul de fermentare a acidului lactic a fost folosit de oameni de mii de ani. Brânzeturile, chefirurile, iaurturile au fost o parte importantă a mesei în orice moment. Toți medicii și vindecătorii știau despre beneficiile acestor produse. Cu toate acestea, motivele pentru care acest tip de transformare este posibil au rămas necunoscute de mult timp.
Faptul că condițiile de fermentație necesită prezența microorganismelor, oamenii nici nu și-l puteau imagina. La mijlocul secolului al XVII-lea, Van Helmont a propus introducerea termenului de „fermentare” pentru acele procese de gătit care sunt însoțite de eliberarea de gaz. La urma urmei, în traducere, acest cuvânt înseamnă „fierbe”. Cu toate acestea, abia în secolul al XIX-lea, adică aproape două sute de ani mai târziu, microbiologul, chimistul și fizicianul francez Louis Pasteur a descoperit existența microbilor, a bacteriilor în lume.
De atunci a devenit cunoscut faptul că diferitele tipuri de fermentație necesită prezența diferitelor tipuri de microorganisme invizibile pentru ochi. Studiul lor a făcut posibil, în timp, controlul fermentației și direcționarea acesteia în direcția potrivită pentru o persoană.
Esența proceselor de fermentație
Dacă vorbim despre procesul de fermentare, atunci ar trebui să subliniem natura biochimică a acestuia. La urma urmei, în esență, aceasta este doar activitatea bacteriilor care extrag energie pentru ele însele pentru viață, producând în același timp diverseproduse secundare.
În general, fermentația poate fi descrisă într-un singur cuvânt - oxidare. Descompunerea anaerobă a unei substanțe sub influența anumitor bacterii, ceea ce duce la formarea unui număr de produse. Ce substanță este baza, precum și care va fi rezultatul, sunt determinate de tipul de proces în sine. Există mai multe opțiuni de fermentare, așa că există o clasificare pentru aceste transformări.
Clasificare
Există trei tipuri principale de fermentație.
- Alcool. Constă în oxidarea moleculei originale de carbohidrați în alcool etilic, dioxid de carbon, apă și o moleculă de ATP (o sursă de energie). Aceste transformări sunt efectuate sub acțiunea nu numai a bacteriilor, ci și a ciupercilor din diverse genuri și specii. În acest fel au fost obținute din cele mai vechi timpuri produse precum berea, vinul, drojdia de copt și alcoolul. Energia care este eliberată în timpul descompunerii carbohidraților este cheltuită pentru asigurarea proceselor vitale ale microorganismului. Aceasta este esența biologică a procesului.
- Fermentația acidului lactic este oxidarea carbohidraților în acid lactic cu eliberarea unui număr de produse secundare. Cum se realizează și ce tipuri se întâmplă, vom analiza mai detaliat în continuare.
- Acid butiric. Acest tip de fermentație este important la scară naturală. Se desfășoară datorită activității vitale a bacteriilor acidului butiric care trăiesc în condiții anaerobe pe fundul mlaștinilor, al nămolului de râu și așa mai departe. Datorită muncii lor în natură, o cantitate imensă de componente organice este procesată. Produsele sunt multe substanțe, printre care principaleleacid butiric. De asemenea, emise: acetonă, alcool izopropilic, dioxid de carbon, acid acetic, acid lactic, alcool etilic și alți compuși.
Fiecare dintre tipurile desemnate este important atât la scară naturală, cât și industrială. Tipurile de organisme care efectuează astfel de transformări sunt bine studiate astăzi, iar multe dintre ele sunt cultivate artificial pentru a obține un randament mare al produsului.
Fermentația acidului lactic: un concept general
Acest tip de fermentație este cunoscut încă din antichitate. Chiar înainte de epoca noastră, locuitorii Egiptului Antic și din alte state știau să facă brânză, să facă bere și vin, să coacă pâine, să fermenteze legume și fructe.
Astăzi, pentru produsele lactate fermentate se folosesc culturi speciale de starter, tulpini ale microorganismelor necesare sunt crescute artificial. Procesul a fost modernizat si adus la automatizare, realizat cu ajutorul echipamentelor complete. Există mulți producători care produc direct fermentarea acidului lactic.
Esența întregului proces poate fi rezumată în mai multe paragrafe.
- Un carbohidrat este luat ca produs principal - simplu (fructoză, glucoză, pentoze) sau complex (zaharoză, amidon, glicogen și altele).
- Se creează condiții anaerobe.
- La produs se adaugă tulpini de bacterii lactice de un anumit tip.
- Toți factorii externi necesari sunt furnizați optimi pentru produsul dorit: iluminare, temperatură, prezența anumitor elemente suplimentare.componente, presiune.
- După ce procesul de fermentație este finalizat, produsul este procesat și toți compușii laterali sunt izolați.
Desigur, aceasta este doar o descriere generală a ceea ce se întâmplă. De fapt, în fiecare etapă există multe reacții biochimice complexe, deoarece procesul de fermentație a acidului lactic este rezultatul activității vitale a ființelor vii.
Bazele procesului de fermentare a acidului lactic
Din punct de vedere chimic, aceste transformări sunt o serie de etape succesive.
- În primul rând, are loc o modificare a substratului original, adică se modifică lanțul de carbon al substanței (carbohidrați). Aceasta duce la apariția unor compuși intermediari de natură complet diferită, aparținând unor clase diferite. De exemplu, dacă substratul inițial este glucoza, atunci acesta este rearanjat în acid gluconic.
- Reacții de oxidare-reducere, însoțite de eliberarea de gaze, formarea de subproduse. Unitatea principală în întregul proces este acidul lactic. Ea este cea care se produce și se acumulează în timpul fermentației. Cu toate acestea, aceasta nu este singura conexiune. Deci, există formarea de molecule de acid acetic, alcool etilic, dioxid de carbon, apă și, uneori, alte molecule însoțitoare.
- Randamentul energetic al procesului sub formă de molecule de acid adenozin trifosforic (ATP). Există 2 molecule de ATP pe moleculă de glucoză, dar dacă substratul inițial are o structură mai complexă, de exemplu celuloza, atunci există trei molecule de ATP. Această energie este folosită de bacteriile de acid lactic pentru o viață ulterioară.
Este firesc cadacă se înțelege în detaliu transformările biochimice, atunci trebuie indicate toate moleculele intermediare și complexele. Cum ar fi:
- acid piruvic;
- adenozin difosfat;
- molecule de difosfat de nicotinamină ca purtător de hidrogen și altele.
Cu toate acestea, această problemă merită o atenție specială și ar trebui luată în considerare din punct de vedere al biochimiei, așa că nu o vom atinge în acest articol. Să aruncăm o privire mai atentă la care este tehnologia de producere a produselor cu acid lactic și ce tipuri de fermentație există în cauză.
Fermentație omofermentativă
Fermentația lactică homofermentativă presupune utilizarea unor forme speciale de agenți patogeni și diferă de heterofermentativă prin produsele rezultate și cantitatea acestora. Are loc de-a lungul căii glicolitice în interiorul celulei microorganismului. Concluzia este, ca în general în cazul oricărei fermentații, conversia carbohidraților în acid lactic. Principalul avantaj al acestui procedeu este că randamentul produsului dorit este de 90%. Și numai restul merge la compuși laterali.
Fermentarea cu bacterii a acestui tip a următoarelor specii:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus și altele.
Ce alte substanțe se formează ca urmare a fermentației homofermentative? Acestea sunt conexiuni precum:
- alcool etilic;
- acizi volatili;
- dioxid de carbon;
- acid fumaric și succinic.
Totuși, această metodă de obținere a produselor lactate fermentate nu este practic folosită în industrie. Este păstrat în natură ca stadiu inițial al glicolizei, apare și în celulele musculare de la mamifere în timpul efortului fizic extins.
Tehnologia de producere a produselor necesare alimentației umane presupune utilizarea unor carbohidrați inițiali precum:
- glucoză;
- zaharoză;
- fructoză;
- manoză;
- amidon și altele.
Și bacteriile homofermentative nu sunt capabile să oxideze mulți dintre acești compuși, așa că utilizarea lor ca culturi de pornire în producție nu este posibilă.
Fermentație heterofermentativă a acidului lactic
Această metodă este tocmai cea aplicabilă industrial, datorită căreia se realizează producția tuturor produselor lactate fermentate, se păstrează legumele și se recoltează hrana de siloz pentru animale.
Principala diferență față de cea descrisă mai devreme este că agenții patogeni efectuează fermentația acidului lactic cu formarea unui număr mai mare de produse secundare. Doar 50% din zahăr este procesat de bacterii în acid lactic, restul merge la formarea de molecule precum:
- acid acetic;
- glicerină;
- dioxid de carbon;
- alcool etilic și altele.
Cum este mai bine și mai profitabilă decât formarea acidului lactic 90% pur prin metoda homofermentativă? Chestia este că atunci când produsul principal este produsprea mult, atunci activitatea vitală a multor bacterii este complet inhibată. În plus, produsele își pierd multe din calitățile gustative pe care le dobândesc din cauza compușilor secundari. Deci, de exemplu, aroma plăcută a legumelor conservate este asigurată de acidul acetic și alcoolul izoamil. Dacă acești compuși nu sunt prezenți, atunci rezultatul conservării va fi complet diferit.
Un randament de acid lactic de 50% este destul de suficient pentru a suprima dezvoltarea și activitatea vitală a tuturor ciupercilor și microorganismelor străine din sistem. Pentru că chiar și 1-2% provoacă o acidificare prea puternică a mediului în care nu pot exista alte organisme, cu excepția bacteriilor lactice. Întregul proces se desfășoară de-a lungul căii pentozei fosfatului.
Condițiile de fermentație pentru metoda heterofermentativă ar trebui să fie după cum urmează:
- aperitiv bun și proaspăt adăugat la etapa inițială;
- condiții externe optime care sunt selectate pentru fiecare produs în mod individual;
- echipament de în altă calitate și care funcționează bine;
- toate dispozitivele tehnice necesare procesului.
Din condițiile externe, temperatura procesului este de o importanță deosebită. Nu ar trebui să fie prea mare, dar frigul va încetini drastic întregul curs de fermentație.
Astăzi există un rezervor de fermentație specializat care creează automat toate condițiile necesare pentru funcționarea corectă și confortabilă a microorganismelor.
Echipament necesar
Așa cum am menționat mai sus, printre cele mai importante atributetrebuie remarcată capacitatea de fermentare. Dacă vorbim despre procedura acasă, atunci ar trebui să acordați atenție curățeniei vaselor utilizate în timpul conservării, fabricarea iaurtului și a altor produse. O modalitate de a reduce numărul de populații străine de microorganisme este sterilizarea recipientelor înainte de a le folosi.
Ce fel de mâncare sunt potrivite pentru fermentația heterofermentativă? Poate fi un recipient din sticlă sau din plastic de în altă calitate (polipropilenă, polietilenă) care poate fi închis ermetic cu un capac.
Industria folosește dispozitive speciale pentru dezinfecția și curățarea recipientelor înainte de începerea procesului de fermentație.
Bacterii utilizate în proces
Dacă vorbim despre culturi bacteriene care sunt folosite pentru a crea produse din lapte conservate și fermentate, atunci putem identifica câteva dintre cele mai comune tipuri de organisme.
- Băt bulgaresc acidofil.
- Specia de Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacterii.
- Leucostocks.
- Coci de acid lactic.
- Lactobacillus specie L. Casei.
- Bacterii din genul Streptococcus și altele.
Pe baza combinației și culturilor pure ale organismelor indicate, se realizează culturi starter pentru produse lactate fermentate. Sunt în domeniul public, oricine le poate cumpăra. Cel mai important este să respectați condițiile procesului de fermentație pentru a beneficia de rezultatul rezultatprodus.
Ce produse se obțin din această fermentație?
Dacă vorbim despre ce produse de fermentație pot fi obținute cu ajutorul lactobacililor, atunci putem numi mai multe categorii principale.
- Produse lactate fermentate (lapte copt fermentat, iaurturi, varenete, chefir, brânză de vaci, smântână, unt, produse acidophilus și altele).
- Hranaj de tip siloz pentru animale de fermă.
- Acid lactic, care este folosit la fabricarea de băuturi răcoritoare, îmbrăcămintea pielii de blană și multe altele.
- Coacerea, producția de brânzeturi.
- Conserve de fructe și legume.
Toate acestea dovedesc importanța anumitor tipuri de bacterii în viața oamenilor, în activitățile lor industriale.
