Naturen giver en person mulighed for at nyde fordelene, der er tilgængelige i den. Samtidig forsøger folk at øge disse rigdomme, skabe noget nyt og lære om det ukendte. Bakterier er naturens mindste skabninger, som folk også har lært at bruge til deres egne formål.
Men ikke kun skaden forbundet med patogene processer og sygdomme bæres af disse prokaryote organismer. De er også kilden til en vigtig industriel proces, som er blevet brugt af mennesker siden oldtiden - gæring. I denne artikel vil vi overveje, hvad denne proces er, og hvordan mælkesyrefermentering af stoffer udføres specifikt.
Historie om forekomst og brug af gæring
Den første omtale, at fermenteringsprocessen blev brugt af mennesker for at opnå bestemte produkter, dukkede op så tidligt som 5000 f. Kr. Det var dengang, at babylonierne brugte denne metode til at opnå produkter som:
- ost;
- vin;
- koaguleret mælk og andremejeriprodukter.
Senere begyndte man at modtage lignende mad i Egypten, Kina, Sudan, Mexico og andre gamle stater. De begyndte at bage gærbrød, fermentere grøntsagsafgrøder, og de første forsøg på konservering dukkede op.
Mælkesyregæringsprocessen er blevet brugt af mennesker i tusinder af år. Oste, kefirer, yoghurt har været en vigtig del af måltidet til enhver tid. Alle læger og healere vidste om fordelene ved disse produkter. Årsagerne til, hvorfor denne form for transformation er mulig, forblev dog ukendt i lang tid.
Det faktum, at fermenteringsbetingelser kræver tilstedeværelsen af mikroorganismer, kunne folk ikke engang forestille sig. I midten af det 17. århundrede foreslog Van Helmont at introducere udtrykket "gæring" for de madlavningsprocesser, der ledsages af frigivelse af gas. Når alt kommer til alt, i oversættelse betyder dette ord "kogende". Men først i det 19. århundrede, det vil sige næsten to hundrede år senere, opdagede den franske mikrobiolog, kemiker og fysiker Louis Pasteur eksistensen af mikrober, bakterier for verden.
Det er siden blevet kendt, at forskellige typer gæring kræver tilstedeværelsen af forskellige typer mikroorganismer, der er usynlige for øjet. Deres undersøgelse gjorde det muligt over tid at kontrollere gæringen og lede den i den rigtige retning for en person.
essensen af gæringsprocesser
Hvis vi taler om, hvad fermenteringsprocessen er, så skal vi påpege dens biokemiske natur. Når alt kommer til alt, er dette i sin kerne blot aktiviteten af bakterier, der udvinder energi til sig selv for livet, mens de producerer forskelligebiprodukter.
Generering kan generelt beskrives med ét ord - oxidation. Anaerob nedbrydning af et stof under påvirkning af visse bakterier, hvilket fører til dannelsen af en række produkter. Hvilket stof er grundlaget, samt hvad der bliver resultatet, bestemmes af selve procestypen. Der er flere gæringsmuligheder, så der er en klassificering for disse transformationer.
Klassificering
Der er tre hovedtyper af gæring.
- Alkohol. Det består i oxidation af det oprindelige kulhydratmolekyle til ethylalkohol, kuldioxid, vand og et ATP-molekyle (en energikilde). Disse transformationer udføres under påvirkning af ikke kun bakterier, men også svampe af forskellige slægter og arter. Det er på denne måde, at produkter som øl, vin, bagegær og alkohol er blevet opnået siden oldtiden. Den energi, der frigives under nedbrydningen af kulhydrater, bruges på at sikre mikroorganismens vitale processer. Dette er den biologiske essens af processen.
- Mælkesyregæring er oxidation af kulhydrater til mælkesyre med frigivelse af en række biprodukter. Hvordan det udføres, og hvilke typer det sker, vil vi overveje nærmere.
- Smørsyre. Denne type gæring er vigtig i naturlig skala. Det udføres på grund af den vitale aktivitet af smørsyrebakterier, der lever under anaerobe forhold i bunden af sumpe, flodslam og så videre. Takket være deres arbejde i naturen forarbejdes en enorm mængde organiske komponenter. Produkter er mange stoffer, hvoraf de vigtigstesmørsyre. Udsender også: acetone, isopropylalkohol, kuldioxid, eddikesyre, mælkesyre, ethylalkohol og andre forbindelser.
Hver af de udpegede typer er vigtig både naturlig og industriel skala. De typer af organismer, der udfører sådanne transformationer, er velundersøgt i dag, og mange af dem dyrkes kunstigt for at opnå et stort udbytte af produktet.
Mælkesyregæring: et generelt koncept
Denne type gæring har været kendt siden antikken. Allerede før vor tidsregning vidste indbyggerne i det gamle Egypten og andre stater, hvordan man laver ost, brygger øl og vin, bager brød, fermenterer grøntsager og frugter.
I dag bruges specielle starterkulturer til fermenterede mælkeprodukter, stammer af de nødvendige mikroorganismer dyrkes kunstigt. Processen er blevet moderniseret og bragt til automatisering, udført ved hjælp af komplet udstyr. Der er mange producenter, der direkte producerer mælkesyregæring.
essensen af hele processen kan opsummeres i flere afsnit.
- Et kulhydrat tages som hovedprodukt - enkelt (fructose, glucose, pentoser) eller komplekst (saccharose, stivelse, glykogen og andre).
- Anaerobe forhold skabes.
- Stammer af mælkesyrebakterier af en bestemt type tilsættes produktet.
- Alle nødvendige eksterne faktorer er tilvejebragt, som er optimale for det ønskede produkt: belysning, temperatur, tilstedeværelsen af visse yderligerekomponenter, tryk.
- Efter fermenteringsprocessen er afsluttet, behandles produktet, og alle sideforbindelser isoleres.
Dette er selvfølgelig kun en generel beskrivelse af, hvad der sker. Faktisk er der på hvert trin mange komplekse biokemiske reaktioner, fordi processen med mælkesyregæring er resultatet af levende væseners vitale aktivitet.
Grundlæggende om mælkesyrefermenteringsprocessen
Fra et kemisk synspunkt er disse transformationer en række på hinanden følgende stadier.
- For det første er der en ændring i det oprindelige substrat, det vil sige, at stoffets (kulhydrat) kulstofkæde ændres. Dette fører til udseendet af mellemforbindelser af en helt anden karakter, der tilhører forskellige klasser. For eksempel, hvis det oprindelige substrat er glucose, omarrangeres det til gluconsyre.
- Oxidations-reduktionsreaktioner, ledsaget af frigivelse af gasser, dannelse af biprodukter. Hovedenheden i hele processen er mælkesyre. Det er hende, der produceres og akkumuleres under gæringen. Dette er dog ikke den eneste forbindelse. Så der er dannelse af molekyler af eddikesyre, ethylalkohol, kuldioxid, vand og nogle gange andre ledsagende molekyler.
- Processens energiudbytte i form af molekyler af adenosintriphosphorsyre (ATP). Der er 2 ATP-molekyler pr. glukosemolekyle, men hvis det oprindelige substrat er af en mere kompleks struktur, for eksempel cellulose, så er der tre ATP-molekyler. Denne energi bruges af mælkesyrebakterier til videre liv.
Det er naturligthvis man forstår biokemiske transformationer i detaljer, så bør alle mellemliggende molekyler og komplekser angives. Såsom:
- pyrodruesyre;
- adenosin diphosphat;
- molekyler af nicotinamin diphosphat som en bærer af hydrogen og andre.
Dette emne fortjener imidlertid særlig opmærksomhed og bør overvejes ud fra et biokemisynspunkt, så vi vil ikke berøre det i denne artikel. Lad os se nærmere på, hvad der er teknologien til fremstilling af mælkesyreprodukter, og hvilke gæringstyper der er tale om.
homofermentativ gæring
Homofermentativ mælkesyrefermentering involverer brug af specielle former for patogener og adskiller sig fra heterofermentativ i de resulterende produkter og deres mængde. Det forekommer langs den glykolytiske vej inde i mikroorganismens celle. Bundlinjen er, som generelt ved enhver gæring, omdannelsen af kulhydrater til mælkesyre. Den største fordel ved denne proces er, at udbyttet af det ønskede produkt er 90%. Og kun resten går til sidesammensætninger.
Bakteriegæring af denne type af følgende arter:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus og andre.
Hvilke andre stoffer dannes som følge af homofermentativ gæring? Disse er forbindelser som:
- ethylalkohol;
- flygtige syrer;
- kuldioxid;
- fumarsyre og ravsyre.
Denne metode til at opnå fermenterede mælkeprodukter bruges dog praktisk t alt ikke i industrien. Det er bevaret i naturen som det indledende stadium af glykolyse, det forekommer også i pattedyrs muskelceller under omfattende fysisk anstrengelse.
Teknologien til fremstilling af de nødvendige produkter til menneskelig ernæring involverer brugen af sådanne oprindelige kulhydrater som:
- glukose;
- saccharose;
- fructose;
- mannose;
- stivelse og nogle andre.
Og homofermentative bakterier er ikke i stand til at oxidere mange af disse forbindelser, så deres anvendelse som starterkulturer i produktionen er ikke mulig.
Heterofermentativ mælkesyrefermentering
Denne metode er netop den industrielt anvendelige, takket være hvilken produktionen af alle fermenterede mælkeprodukter udføres, grøntsager konserveres og ensilagefoder til husdyr høstes.
Den største forskel fra det, der er beskrevet tidligere, er, at patogener udfører mælkesyregæring med dannelse af et større antal biprodukter. Kun 50 % af sukkeret forarbejdes af bakterier til mælkesyre, resten går til dannelsen af molekyler som:
- eddikesyre;
- glycerin;
- kuldioxid;
- ethylalkohol og andre.
Hvordan er det bedre og mere rentabelt end dannelsen af 90 % ren mælkesyre med den homofermentative metode? Sagen er, at når hovedproduktet er produceretfor meget, så hæmmes mange bakteriers vitale aktivitet fuldstændigt. Derudover mister produkter mange af de smagsegenskaber, som de opnår på grund af sideforbindelser. Så for eksempel er den behagelige aroma af dåsegrøntsager leveret af eddikesyre og isoamylalkohol. Hvis disse forbindelser ikke er til stede, vil resultatet af konserveringen være helt anderledes.
Et udbytte af mælkesyre på 50 % er ganske tilstrækkeligt til at undertrykke udviklingen og vital aktivitet af alle fremmede svampe og mikroorganismer i systemet. Fordi selv 1-2 % forårsager for kraftig forsuring af miljøet, hvori der ikke kan eksistere andre organismer, bortset fra mælkesyrebakterier. Hele processen udføres langs pentosephosphatvejen.
Gæringsbetingelserne for den heterofermentative metode bør være som følger:
- god og frisk starter tilføjet i den indledende fase;
- optimale eksterne forhold, der vælges for hvert produkt individuelt;
- udstyr af høj kvalitet og velfungerende;
- alle nødvendige tekniske enheder til processen.
Blandt eksterne forhold er procestemperatur af særlig betydning. Den må ikke være for høj, men kulden vil drastisk bremse hele gæringsforløbet.
I dag er der en specialiseret gæringstank, der automatisk skaber alle de nødvendige betingelser for korrekt og behagelig funktion af mikroorganismer.
Påkrævet udstyr
Som vi bemærkede ovenfor, blandt de vigtigste egenskaberskal bemærkes kapacitet til gæring. Hvis vi taler om hjemmeproceduren, skal du være opmærksom på renheden af de retter, der bruges under konservering, fremstilling af yoghurt og andre produkter. En måde at reducere antallet af fremmede populationer af mikroorganismer på er at sterilisere beholdere, før de bruges.
Hvilke retter er velegnede til heterofermentativ gæring? Det kan være en beholder af glas eller højkvalitets plastik (polypropylen, polyethylen), der kan lukkes tæt med et låg.
Industrien bruger specielle anordninger til desinfektion og rengøring af beholdere før starten af gæringsprocessen.
Bakterier brugt i processen
Hvis vi taler om bakteriekulturer, der bruges til at skabe konserverede og fermenterede mælkeprodukter, så kan vi identificere flere af de mest almindelige typer af organismer.
- Acidofil bulgarsk pind.
- Lactobacillus species Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- Mælkesyrecocci.
- Lactobacillus species L. Casei.
- Bakterier af slægten Streptococcus og andre.
Baseret på kombinationen og renkulturer af de angivne organismer fremstilles starterkulturer til fermenterede mælkeprodukter. De er i det offentlige domæne, alle kan købe dem. Det vigtigste er at observere betingelserne for fermenteringsprocessen for at drage fordel af resultatetprodukt.
Hvilke produkter opnås fra denne gæring?
Hvis vi taler om, hvilke fermenteringsprodukter der kan opnås ved hjælp af lactobaciller, så kan vi nævne flere hovedkategorier.
- Fermenterede mælkeprodukter (fermenteret bagt mælk, yoghurt, varenets, kefir, hytteost, creme fraiche, smør, acidophilus-produkter og andre).
- Foder af silotypen til husdyr.
- Mælkesyre, som bruges til fremstilling af læskedrikke, dressing af pelsskind og meget mere.
- Bagning, osteproduktion.
- Dåsefrugt og grøntsager.
Alt dette beviser betydningen af visse typer bakterier i folks liv, deres industrielle aktiviteter.
