A természet lehetővé teszi az ember számára, hogy élvezze a benne rejlő előnyöket. Ugyanakkor az emberek megpróbálják növelni ezeket a gazdagságokat, újat alkotni, és megismerni az ismeretlent. A baktériumok a természet legkisebb lényei, amelyeket az emberek is megtanultak saját céljaikra használni.
De nemcsak a patogén folyamatokkal és betegségekkel kapcsolatos károkat hordozzák ezek a prokarióta szervezetek. Ezek a forrásai egy fontos ipari folyamatnak is, amelyet az emberek ősidők óta alkalmaznak - az erjesztésnek. Ebben a cikkben megvizsgáljuk, mi ez a folyamat, és hogyan történik konkrétan az anyagok tejsavas fermentációja.
Az erjesztés előfordulásának és felhasználásának története
Az első említés, hogy az erjesztési eljárást az emberek bizonyos termékek előállítására használták, már ie 5000-ben megjelent. Ekkor használták a babilóniaiak ezt a módszert olyan termékek előállítására, mint:
- sajt;
- bor;
- aludttej és másoktejtermékek.
Később hasonló élelmiszereket kezdtek kapni Egyiptomban, Kínában, Szudánban, Mexikóban és más ősi államokban. Elkezdtek élesztős kenyeret sütni, zöldséget erjeszteni, és megjelentek az első konzervipari próbálkozások.
A tejsavas fermentáció folyamatát az emberek évezredek óta alkalmazzák. A sajtok, kefirok, joghurtok mindenkor fontos részét képezték az étkezésnek. Minden orvos és gyógyító tudott ezeknek a termékeknek az előnyeiről. Az okok azonban, hogy miért lehetséges ez a fajta átalakulás, sokáig ismeretlenek maradtak.
Azt, hogy az erjesztési körülményekhez mikroorganizmusok jelenléte szükséges, az emberek el sem tudták képzelni. A 17. század közepén Van Helmont javasolta az „erjedés” kifejezés bevezetését azokra a főzési folyamatokra, amelyeket gázkibocsátás kísér. Végül is a fordításban ez a szó azt jelenti, hogy "forr". Azonban csak a 19. században, azaz csaknem kétszáz évvel később Louis Pasteur francia mikrobiológus, vegyész és fizikus fedezte fel a mikrobák, baktériumok létezését a világ számára.
Azóta ismertté vált, hogy a különböző típusú fermentációhoz különféle, a szem számára láthatatlan mikroorganizmusok jelenléte szükséges. Vizsgálatuk idővel lehetővé tette az erjedés szabályozását és az ember számára megfelelő irányba történő irányítását.
Az erjesztési folyamatok lényege
Ha arról beszélünk, hogy mi az erjedési folyamat, akkor rá kell mutatnunk annak biokémiai természetére. Végül is ez csak a baktériumok tevékenysége, amelyek energiát nyernek ki maguknak az élethez, miközben különfélemelléktermékek.
Általában az erjedés egyetlen szóval jellemezhető: oxidáció. Egy anyag anaerob bomlása bizonyos baktériumok hatására, ami számos termék képződéséhez vezet. Az, hogy milyen anyag az alap, és hogy mi lesz az eredmény, maga a folyamat típusa határozza meg. Számos fermentációs lehetőség létezik, ezért ezeknek az átalakításoknak van egy osztályozása.
Osztályozás
Az erjesztésnek három fő típusa van.
- Alkohol. Ez abból áll, hogy az eredeti szénhidrát molekulát etil-alkohollá, szén-dioxiddá, vízzé és ATP-molekulává (energiaforrás) oxidálják. Ezeket az átalakulásokat nemcsak baktériumok, hanem különféle nemzetségekhez és fajokhoz tartozó gombák hatására is végrehajtják. Ezen a módon nyerik az ókor óta az olyan termékeket, mint a sör, a bor, a sütőélesztő és az alkohol. A szénhidrátok lebontása során felszabaduló energiát a mikroorganizmus létfontosságú folyamatainak biztosítására fordítják. Ez a folyamat biológiai lényege.
- A tejsavas fermentáció a szénhidrátok tejsavvá történő oxidációja számos melléktermék felszabadulásával. Hogyan hajtják végre és milyen típusúak, azt a továbbiakban részletesebben megvizsgáljuk.
- Vajsav. Ez a fajta fermentáció természetes léptékben fontos. A vajsavbaktériumok létfontosságú tevékenysége miatt hajtják végre, amelyek anaerob körülmények között élnek a mocsarak, folyami iszap és így tovább. A természetben végzett munkájuknak köszönhetően hatalmas mennyiségű szerves komponenst dolgoznak fel. A termékek számos anyagot tartalmaznak, amelyek közül a fővajsav. Kibocsátott még: aceton, izopropil-alkohol, szén-dioxid, ecetsav, tejsav, etil-alkohol és egyéb vegyületek.
A kijelölt típusok mindegyike fontos természeti és ipari léptékű. Az ilyen átalakulásokat végrehajtó organizmusok típusait ma már alaposan tanulmányozzák, és sokukat mesterségesen termesztik a termék nagy hozamának elérése érdekében.
Tejsavas erjesztés: általános koncepció
Ez az erjesztési mód az ókor óta ismert. Az ókori Egyiptom és más államok lakói már korszakunk előtt is tudták, hogyan kell sajtot készíteni, sört és bort főzni, kenyeret sütni, zöldséget és gyümölcsöt erjeszteni.
Ma a fermentált tejtermékekhez speciális starterkultúrákat használnak, a szükséges mikroorganizmusok törzseit mesterségesen termesztik. A folyamatot korszerűsítették és automatizáltuk, komplett berendezések segítségével hajtották végre. Sok gyártó közvetlenül állít elő tejsavas fermentációt.
Az egész folyamat lényege több bekezdésben is összefoglalható.
- A fő termék a szénhidrát – egyszerű (fruktóz, glükóz, pentóz) vagy összetett (szacharóz, keményítő, glikogén és mások).
- Anaerob körülmények jönnek létre.
- Bizonyos típusú tejsavbaktériumok törzseit adják a termékhez.
- Minden szükséges külső tényező rendelkezésre áll, amelyek optimálisak a kívánt termékhez: megvilágítás, hőmérséklet, bizonyos kiegészítők jelenlétealkatrészek, nyomás.
- A fermentációs folyamat befejezése után a terméket feldolgozzák, és az összes mellékvegyületet elkülönítik.
Természetesen ez csak egy általános leírása annak, ami történik. Valójában minden szakaszban sok összetett biokémiai reakció zajlik, mivel a tejsavas erjedés folyamata az élőlények létfontosságú tevékenységének eredménye.
A tejsavas fermentációs folyamat alapjai
Kémiai szempontból ezek az átalakulások egymást követő szakaszok sorozatát jelentik.
- Először is megváltozik az eredeti szubsztrát, vagyis megváltozik az anyag (szénhidrát) szénlánca. Ez teljesen más természetű, különböző osztályokhoz tartozó intermedier vegyületek megjelenéséhez vezet. Például, ha a kezdeti szubsztrát glükóz, akkor az átrendeződik glükonsavvá.
- Oxidációs-redukciós reakciók, amelyek gázok felszabadulásával, melléktermékek képződésével járnak. Az egész folyamat fő egysége a tejsav. Ő az, aki az erjedés során termelődik és felhalmozódik. Azonban nem ez az egyetlen kapcsolat. Tehát ecetsav, etil-alkohol, szén-dioxid, víz és néha más kísérő molekulák képződnek.
- A folyamat energiahozama adenozin-trifoszforsav (ATP) molekulák formájában. Egy glükózmolekulánként 2 ATP-molekula van, de ha a kiindulási szubsztrát bonyolultabb szerkezetű, például cellulóz, akkor három ATP-molekula van. Ezt az energiát a tejsavbaktériumok a további élethez használják fel.
Természetes, hogyha valaki részletesen érti a biokémiai átalakulásokat, akkor minden köztes molekulát és komplexet fel kell tüntetni. Például:
- piroszőlősav;
- adenozin-difoszfát;
- nikotin-amin-difoszfát molekulák, mint hidrogén és egyebek hordozója.
Ez a kérdés azonban külön figyelmet érdemel, és biokémia szempontjából is megfontolandó, ezért ebben a cikkben nem érintjük. Nézzük meg közelebbről, mi a tejsavtermékek előállításának technológiája, és milyen típusú fermentáció létezik.
Homofermentatív fermentáció
A homofermentatív tejsavas fermentáció a kórokozók speciális formáinak felhasználásával jár, és a keletkező termékekben és azok mennyiségében különbözik a heterofermentatívtól. A mikroorganizmus sejtjében a glikolitikus út mentén fordul elő. A lényeg, mint általában minden fermentációnál, a szénhidrátok tejsavvá alakítása. Ennek az eljárásnak a fő előnye, hogy a kívánt termék hozama 90%. És csak a többi megy mellékvegyületekre.
A következő fajok ilyen típusú baktériumos fermentációja:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus és mások.
Milyen egyéb anyagok keletkeznek a homofermentatív fermentáció eredményeként? Ezek olyan kapcsolatok, mint:
- etil-alkohol;
- illékony savak;
- szén-dioxid;
- fumársav és borostyánkősav.
A fermentált tejtermékek előállításának ezt a módszerét azonban gyakorlatilag nem alkalmazzák az iparban. A természetben a glikolízis kezdeti stádiumaként őrzi meg, emlős izomsejtekben is előfordul nagy fizikai megterhelés során.
Az emberi táplálkozáshoz szükséges termékek előállításának technológiája olyan kezdeti szénhidrátok felhasználását foglalja magában, mint:
- glükóz;
- szacharóz;
- fruktóz;
- mannóz;
- keményítő és néhány más.
És a homofermentatív baktériumok sok ilyen vegyületet nem képesek oxidálni, ezért a termelésben nem lehetséges starterkultúraként való felhasználásuk.
Heterofermentatív tejsavas fermentáció
Ez a módszer pontosan az iparilag alkalmazható, melynek köszönhetően az összes fermentált tejtermék előállítása, a zöldségfélék tartósítása, az állati szilázs takarmány betakarítása történik.
A fő különbség a korábban leírtaktól, hogy a kórokozók tejsavas erjedést hajtanak végre nagyobb számú melléktermék képződésével. A cukornak csak az 50%-át dolgozzák fel a baktériumok tejsavvá, a többit olyan molekulák képzésére fordítják, mint:
- ecetsav;
- glicerin;
- szén-dioxid;
- etil-alkohol és mások.
Mivel jobb és jövedelmezőbb, mint a 90%-os tisztaságú tejsav homofermentációs módszerrel történő előállítása? A helyzet az, hogy amikor a fő terméket előállítjáktúl sok, akkor számos baktérium létfontosságú tevékenysége teljesen gátolt. Ezen túlmenően a termékek elveszítik számos íz-tulajdonságukat, amelyet a mellékvegyületek miatt szereznek. Így például a konzerv zöldségek kellemes aromáját az ecetsav és az izoamil-alkohol biztosítja. Ha ezek a vegyületek nincsenek jelen, akkor a konzerválás eredménye teljesen más lesz.
A tejsav 50%-os kitermelése teljesen elegendő ahhoz, hogy elnyomja a rendszerben lévő összes idegen gomba és mikroorganizmus fejlődését és létfontosságú tevékenységét. Mert már 1-2% is túl erős környezetsavasodást okoz, amelyben a tejsavbaktériumokon kívül más élőlények nem létezhetnek. Az egész folyamat a pentóz-foszfát útvonalon megy végbe.
A heterofermentatív módszer fermentációs körülményei a következők:
- jó és friss induló hozzáadva a kezdeti szakaszban;
- optimális külső feltételek, amelyeket minden termékhez külön-külön választanak ki;
- jó minőségű és jól működő berendezések;
- a folyamathoz szükséges összes technikai eszköz.
A külső körülmények között a folyamat hőmérséklete különösen fontos. Nem lehet túl magas, de a hideg drasztikusan lelassítja az erjedés teljes folyamatát.
Ma már létezik egy speciális fermentációs tartály, amely automatikusan megteremti az összes szükséges feltételt a mikroorganizmusok megfelelő és kényelmes működéséhez.
Felszerelés szükséges
Amint fentebb megjegyeztük, a legfontosabb tulajdonságok közöttmeg kell jegyezni az erjedési kapacitást. Ha az otthoni eljárásról beszélünk, akkor ügyeljen a tartósítás során használt edények tisztaságára, a joghurt és más termékek gyártása során. A mikroorganizmusok idegen populációinak csökkentésének egyik módja a tartályok sterilizálása használat előtt.
Mely ételek alkalmasak heterofermentatív erjesztésre? Lehet üveg vagy jó minőségű műanyag (polipropilén, polietilén) edény, amely fedővel jól zárható.
Az ipar speciális eszközöket használ a tartályok fertőtlenítésére és tisztítására az erjesztési folyamat megkezdése előtt.
A folyamatban használt baktériumok
Ha a konzerv és fermentált tejtermékek előállításához használt baktériumkultúrákról beszélünk, akkor a legtöbb élőlénytípust azonosíthatjuk.
- Acidofil bolgár bot.
- Lactobacillus fajok Sporolactobacillus inulinus.
- Bifdobaktériumok.
- Leukostocks.
- Tejsav-cocci.
- Lactobacillus fajok L. Casei.
- A Streptococcus nemzetséghez tartozó baktériumok és mások.
A jelzett szervezetek kombinációja és tiszta tenyészetei alapján erjesztett tejtermékekhez indítókultúrákat készítenek. Köztulajdonban vannak, bárki megvásárolhatja őket. A legfontosabb dolog az erjesztési folyamat körülményeinek betartása annak érdekében, hogy az eredmény hasznot húzzontermék.
Milyen termékek származnak ebből az erjesztésből?
Ha arról beszélünk, hogy milyen fermentációs termékeket lehet előállítani laktobacillusok segítségével, akkor több fő kategóriát is megnevezhetünk.
- Erjesztett tejtermékek (erjesztett sült tej, joghurtok, varenetek, kefir, túró, tejföl, vaj, acidophilus termékek és mások).
- Siló típusú takarmány haszonállatok számára.
- Tejsav, amelyet üdítőitalok gyártásához, szőrmebőrök öltözködéséhez és egyebekhez használnak.
- Sütés, sajtgyártás.
- Gyümölcs- és zöldségkonzerv.
Mindez bizonyítja bizonyos típusú baktériumok fontosságát az emberek életében, ipari tevékenységében.
