Fermentacija mliječne kiseline: tehnologija i potrebna oprema. Heterofermentativna mliječna fermentacija

Priroda dopušta osobi da uživa u onim prednostima koje se nalaze u njemu. Istodobno, ljudi pokušavaju razmnožiti ta bogatstva, stvoriti nešto novo i naučiti nešto drugo. Bakterije su najmanji stvorovi prirode, koji je čovjek također naučio koristiti za svoje vlastite svrhe.

Ali ne samo štetu povezanu s patogenim procesima i bolestima, ti prokariotički organizmi nose unutar sebe. Oni su još uvijek izvor važnog industrijskog procesa, koji su od davnina koristili ljudi - fermentacija. U ovom ćemo članku razmotriti što taj proces predstavlja i kako se provodi lička fermentacija tvari.

Povijest podrijetla i upotreba fermentacije

Prvi spomen činjenice da je proces fermentacije korišten od strane ljudi za dobivanje određenih proizvoda, pojavio se čak 5000 prije Krista. Tada su Babilonci koristili tu metodu kako bi dobili proizvode kao što su:

• sir;
• vino;
• Jogurt i drugi mliječni proizvodi.

Kasnije je slična hrana počela primati iu Egiptu, Kini, Sudanu, Meksiku i drugim drevnim državama. Počeli su peći kvasac, fermentirati povrće, prvi su pokušaji očuvanja.

Proces fermentacije mliječne kiseline ljudi već tisućljećima koriste. Sire, kefir i jogurti bili su važan dio obroka u svakom trenutku. Svi iscjelitelji i iscjelitelji znali su o prednostima ovih proizvoda. Međutim, razlozi za eventualnu transformaciju ove vrste, dugo su ostali nepoznati.

Činjenica da uvjeti fermentacije zahtijevaju prisutnost mikroorganizama, ljudi nisu mogli ni pogoditi. Sredinom XVII. Stoljeća, Van Helmont je predložio da se pojam "fermentacija" upozna s onim procesima kuhanja, koji su praćen puštanjem plina. Doista, u prijevodu, ova riječ znači "ključanje". Međutim, tek u XIX stoljeću, gotovo dvjesto godina kasnije, francuski mikrobiolog, kemičar i fizičar Louis Pasteur otkrili su svijet o postojanju mikroba, bakterija.

Od tada je postalo poznato da različita fermentacija zahtijeva prisutnost raznih vrsta mikroorganizama nevidljivih za oko. Njihova je studija omogućila vremenu da kontrolira fermentaciju i usmjerava ga na desnu stranu osobe.

Bit procesa fermentacije

Ako govorimo o tome što je proces fermentacije, moramo istaknuti svoju biokemijsku prirodu. Uostalom, u svojoj jezgri, to je jednostavno aktivnost bakterija, koja izdvajaju svoju energiju za život, dok proizvode različite nusproizvode.

Općenito, fermentacija se može odrediti u jednoj riječi - oksidaciji. Anaerobna razgradnja tvari pod utjecajem određenih bakterija, što dovodi do formiranja brojnih proizvoda. Koja materija podliježe, a isto tako i ono što će rezultirati, određuje se prema vrsti samog procesa. Postoji nekoliko varijanti fermentacije, pa postoji klasifikacija za ove transformacije.

klasifikacija

Postoje tri glavne vrste fermentacije.

1. Alkohol . Sastoji se od oksidacije izvorne ugljikohidratne molekule do etanola, ugljičnog dioksida, vode i ATP molekule (izvor energije). Te se transformacije provode pod utjecajem bakterija, ali i gljiva različitih vrsta i vrsta. Na ovaj način s vremena na vrijeme dobivaju se proizvodi kao što su pivo, vino, pekarski kvasac i alkohol. Energija koja se oslobađa tijekom raspadanja ugljikohidrata ide kako bi se osiguralo procese vitalne aktivnosti mikroorganizma. Ovo je biološka bit procesa.
2. Fermentacija mliječne kiseline sastoji se u oksidaciji ugljikohidrata u mliječnoj kiselini uz otpuštanje niza nusproizvoda. Kako se to provodi i kakve su stvari, pogledajmo bliže.
3. Oleaginous kiselina . Ova vrsta fermentacije važna je u prirodnoj veličini. To se provodi na štetu života bakterija nafte koje žive pod anaerobnim uvjetima na dnu bogova, riječne blato i tako dalje. Zbog svog rada u prirodi, obrađuje se velika količina organskih komponenti. Proizvodi su mnoge tvari, od kojih je glavna butirna kiselina. Također se izlučuju: aceton, izopropil alkohol, ugljični dioksid, octena kiselina, mliječna kiselina, etilni alkohol i drugi spojevi.

Svaki od navedenih vrsta važan je i na prirodnoj i industrijskoj razini. Vrste organizama koje provode takve transformacije dobro su proučavane do danas, a mnoge od njih umjetno se uzgajaju kako bi se dobio veliki prinos proizvoda.

Fermentacija mliječne kiseline: opći koncept

Ova vrsta fermentacije poznata je još od davnih vremena. I prije naše ere stanovnici drevnog Egipta i drugih zemalja uspjeli su napraviti sir, pripremati pivo i vino, ispeći kruh, kiselo voće i povrće.

Danas se koriste posebni fermenti za fermentirane mliječne proizvode, a sojevi potrebnih mikroorganizama uzgajaju se umjetno. Proces je moderniziran i doveden u automatizam, izveden uz pomoć potpune opreme. Postoje mnogi proizvođači koji izravno proizvode fermentaciju mliječne kiseline.

Bit cijelog procesa može se reći u nekoliko odlomaka.

1. Za glavni proizvod polazne se uzima ugljikohidrat - jednostavna (fruktoza, glukoza, pentoza) ili kompleks (saharoza, škrob, glikogen i drugi).
2. Izrađeni su anaerobni uvjeti.
3. Proizvod služi kao soj bakterija mliječne kiseline određene vrste.
4. Navedeni su svi potrebni vanjski faktori koji su optimalni za željeni proizvod: osvjetljenje, temperatura, dostupnost određenih dodatnih komponenti, pritisak.
5. Po završetku fermentacijskog procesa, proizvod se obradi i sve su strane spojeve izolirane.

Naravno, ovo je samo opći opis onoga što se događa. U stvari, u svakoj fazi postoje mnoge složene biokemijske reakcije, jer je proces fermentacije mliječne kiseline rezultat vitalne aktivnosti živih bića.

Osnove procesa fermentacije mliječne kiseline

S kemijske točke gledišta, ove transformacije su niz uzastopnih faza.

1. Prvo, mijenja se izvorni supstrat, tj. Promjena ugljikovog lanca tvari (ugljikohidrata). To dovodi do pojave intermedijarnih spojeva potpuno različite prirode, koji pripadaju različitim klasama. Na primjer, ako je početni supstrat glukoza, tada se preuređuje u glukonsku kiselinu.
2. Reakcije smanjenja oksidacije, praćene oslobađanjem plinova, formiraju se nusproizvodi. Glavna jedinica tijekom cijelog procesa je mliječna kiselina. To je ono što se proizvodi i akumulira tijekom fermentacije. Međutim, to nije jedina veza. Dakle, nastaje molekula octene kiseline, etilnog alkohola, ugljičnog dioksida, vode, a ponekad i drugih pratećih.
3. Energetska proizvodnja procesa u obliku adenozin trifosfata (ATP) molekula. Postoje 2 ATP molekule po molekuli glukoze, ako je početni supstrat složeniji, na primjer celulozu, zatim tri molekule ATP. Ova energija koristi bakterije mliječne kiseline za daljnji život.

Naravno, ako se detaljno razumiju biokemijske transformacije, tada bi se trebale navesti sve međuslojne molekule i komplekse. Takvi, na primjer, kao:

• Piruvinska kiselina;
• Adenozin difosfat;
• Molekule nikotinamid difosfata kao nosioca vodika i drugih.

Međutim, ovo pitanje zaslužuje posebnu pažnju i treba ga razmotriti sa stajališta biokemije, stoga se u ovom članku nećemo dodirivati. Mi ćemo detaljnije razmotriti što je tehnologija proizvodnje mliječne kiseline i kakve vrste fermentacije postoji.

Homofermentativna fermentacija

Homoenzimska fermentacija mliječne kiseline podrazumijeva upotrebu posebnih oblika patogena i razlikuje se od heterfermentacijskih proizvoda i njihove količine. To se događa na glikolitičkom putu unutar stanice mikroorganizma. Bit se sastoji, kao u cjelini, bilo koje fermentacije, u transformaciji ugljikohidrata u mliječnu kiselinu. Glavna prednost ovog postupka je da je prinos željenog produkta 90%. I samo preostali dio ide na bočne veze.

Bakterije fermentacije ove vrste su sljedeće:

• Streptococcus lactis.
• Lactobacillus casei.
• Lactobacillus acidophilus i drugi.

Koje druge tvari nastaju kao rezultat homofermentacijske fermentacije? To su takve veze kao:

• Etilni alkohol;
• Hlapive kiseline;
• Ugljični dioksid;
• Fumarska i sukcinska kiselina.

Ipak, u industriji ova metoda dobivanja kiselih mliječnih proizvoda praktički se ne koristi. Očuvana je u prirodi kao početna faza glikolize, također se javlja u stanicama mišića sisavaca pod opsežnim tjelesnim naporom.

Tehnologija proizvodnje pravilne hrane za prehranu ljudi uključuje korištenje takvih početnih ugljikohidrata kao:

• glukozu;
• sukroza;
• fruktoza;
• manoza;
• Škrob i neki drugi.

A homofermentacijske bakterije nisu u stanju oksidirati mnoge od tih spojeva pa njihova upotreba kao fermentacija tijekom proizvodnje nije moguća.

Heterofermentativna mliječna fermentacija

Ova je metoda upravo industrijski primjenjiva, zahvaljujući kojoj se provodi proizvodnja svih fermentiranih mliječnih proizvoda, provodi se konzerviranje povrća, priprema se silosa za stočnu hranu.

Glavna razlika od prethodno opisanog je da se patogeni za mliječnu fermentaciju izvode uz formiranje većeg broja nusproizvoda. Samo 50% šećera obrađuje bakterije u mliječnu kiselinu, a ostatak se troši na stvaranje takvih molekula kao što su:

• Octena kiselina;
• glicerol;
• Ugljični dioksid;
• Etil alkohol i drugi.

Što je bolje i isplativo nego formiranje 90% čiste mliječne kiseline s homoenzimskom metodom? Stvar je u tome što kada je glavni proizvod previše proizveden, vitalna aktivnost mnogih bakterija je u potpunosti potisnuta. Osim toga, proizvodi gube mnoge okusne kvalitete koje dobivaju kroz bočne veze. Na primjer, ugodnu aromu konzerviranog povrća daje octena kiselina i izoamilni alkohol. Ako ti spojevi ne postoje, rezultat očuvanja bit će potpuno drugačiji.

Prinos mliječne kiseline u 50% je dovoljan za suzbijanje razvoja i vitalne aktivnosti svih stranih gljiva i mikroorganizama u sustavu. Budući da čak i 1-2% uzrokuje previše kiseljenja okoliša u kojem ne može postojati niti jedan drugi organizam, osim bakterija mliječne kiseline. Cijeli postupak se provodi na pentose-fosfatnom putu.

Fermentacijski uvjeti za heteroenzimsku metodu trebaju biti sljedeći:

• Dobar i svjež kvasac, dodan u početnoj fazi;
• Optimalni vanjski uvjeti koji se pojedinačno odabiru za svaki proizvod;
• Opremu visoke kvalitete i dobro funkcioniranje;
• Svi potrebni tehnički uređaji za taj proces.

Od vanjskih uvjeta, procesna temperatura je od posebne važnosti. Ne bi trebalo biti previsoko, ali hladnoće će dramatično usporiti cijeli tijek fermentacije.

Danas postoji specijalizirani spremnik za fermentaciju, koji automatski stvara sve potrebne uvjete za ispravan i udoban rad mikroorganizama.

Potrebna oprema

Kao što smo već napomenuli, među najvažnijim atributima treba zabilježiti kapacitet za fermentaciju. Ako govorimo o kućnom postupku, trebamo obratiti pažnju na čistoću korištenih jela pri konzerviranju, stvaranju jogurta i ostalih proizvoda. Jedan od načina smanjivanja broja stranih populacija mikroorganizama je sterilizacija spremnika prije njihovog korištenja.

Koja su jela prikladna za heterofermentativnu fermentaciju? To može biti staklo ili visoko kvalitetni plastični (polipropilenski, polietilenski) kapacitet koji se može čvrsto zatvoriti poklopcem.

U industriji se posebni uređaji koriste za dekontaminiranje i čišćenje spremnika prije početka fermentacijskog procesa.

Bakterije korištene u procesu

Ako govorimo o kulturama bakterija koje se koriste za proizvodnju konzerviranih i fermentiranih mliječnih proizvoda, možemo identificirati nekoliko najčešćih vrsta organizama.

1. Acidophilic bugarski štapić.
2. Lactobacillus vrste Sporolactobacillus inulinus.
3. Bifidobakterije.
4. Leykonostoki.
5. Cocci mliječne kiseline.
6. Lactobacillus L. L. Casei.
7. Bakterije roda Streptococcus i drugi.

Na temelju kombinacije i čistih kultura određenih organizama, preparati se fermentiraju za proizvode od kiselog mlijeka. Oni su u javnoj domeni, mogu ih kupiti bilo tko. Najvažnije je da se pridržavaju uvjeta fermentacijskog procesa kako bi se koristili dobivenom proizvodu.

Koje proizvode dobivate kao rezultat ove fermentacije?

Ako govorimo o proizvodima fermentacije koji se mogu dobiti uz pomoć laktobacila, tada možemo navesti nekoliko osnovnih kategorija.

1. Fermentirani mliječni proizvodi (fermentirano pecivo mlijeko, jogurti, vareneti, kefir, sir, vrhnje, maslac, acidofilni proizvodi i dr.).
2. Krmna smjesa za uzgoj životinja.
3. Mliječna kiselina, koja se koristi u proizvodnji bezalkoholnih pića, odjeće krzna i predmeta.
4. Pekara, proizvodnja sira.
5. Očuvanje povrća i voća.

Sve to dokazuje važnost bakterija određenih vrsta u životu ljudi, njihovih industrijskih aktivnosti.