Die natuur laat 'n persoon toe om die voordele wat daarin beskikbaar is, te geniet. Terselfdertyd probeer mense om hierdie rykdom te vergroot, iets nuuts te skep en van die onbekende te leer. Bakterieë is die kleinste wesens van die natuur, wat mense ook geleer het om vir hul eie doeleindes te gebruik.
Maar nie net die skade wat verband hou met patogeniese prosesse en siektes word deur hierdie prokariotiese organismes gedra nie. Hulle is ook die bron van 'n belangrike industriële proses wat sedert antieke tye deur mense gebruik is - fermentasie. In hierdie artikel sal ons kyk wat hierdie proses is en hoe melksuurfermentasie van stowwe spesifiek uitgevoer word.
Geskiedenis van voorkoms en gebruik van fermentasie
Die eerste melding dat die fermentasieproses deur mense gebruik is om sekere produkte te bekom, het so vroeg as 5000 vC verskyn. Dit was toe dat die Babiloniërs hierdie metode gebruik het om produkte te verkry soos:
- kaas;
- wyn;
- gestremde melk en andersuiwelprodukte.
Later het soortgelyke kos in Egipte, China, Soedan, Mexiko en ander antieke state begin ontvang. Hulle het begin om gisbrood te bak, groente-gewasse te fermenteer, en die eerste pogings om in te maak het verskyn.
Die proses van melksuurfermentasie word al duisende jare deur mense gebruik. Kase, kefirs, jogurt was te alle tye 'n belangrike deel van die ma altyd. Alle dokters en genesers het geweet van die voordele van hierdie produkte. Die redes waarom hierdie soort transformasie moontlik is, het egter vir 'n lang tyd onbekend gebly.
Die feit dat fermentasietoestande die teenwoordigheid van mikroörganismes vereis, kon mense hulle nie eers voorstel nie. In die middel van die 17de eeu het Van Helmont voorgestel om die term "fermentasie" in te voer vir daardie kookprosesse wat gepaard gaan met die vrystelling van gas. Na alles, in vertaling beteken hierdie woord "kook". Eers in die 19de eeu, dit wil sê amper tweehonderd jaar later, het die Franse mikrobioloog, chemikus en fisikus Louis Pasteur egter die bestaan van mikrobes, bakterieë vir die wêreld, ontdek.
Dit het sedertdien bekend geword dat verskillende tipes fermentasie die teenwoordigheid van verskeie tipes mikroörganismes vereis wat onsigbaar is vir die oog. Hulle studie het dit mettertyd moontlik gemaak om fermentasie te beheer en dit in die regte rigting vir 'n persoon te rig.
Die essensie van fermentasieprosesse
As ons praat oor wat die fermentasieproses is, dan moet ons die biochemiese aard daarvan uitwys. Dit is immers in sy kern net die aktiwiteit van bakterieë wat lewenslank energie vir hulself onttrek, terwyl hulle verskeieneweprodukte.
Oor die algemeen kan fermentasie in een woord beskryf word – oksidasie. Anaërobiese ontbinding van 'n stof onder die invloed van sekere bakterieë, wat lei tot die vorming van 'n aantal produkte. Watter stof die basis is, asook wat die resultaat sal wees, word bepaal deur die tipe proses self. Daar is verskeie fermentasie-opsies, so daar is 'n klassifikasie vir hierdie transformasies.
Klassifikasie
Daar is drie hooftipes fermentasie.
- Alkohol. Dit bestaan uit die oksidasie van die oorspronklike koolhidraatmolekule na etielalkohol, koolstofdioksied, water en 'n ATP-molekule ('n energiebron). Hierdie transformasies word uitgevoer onder die werking van nie net bakterieë nie, maar ook swamme van verskeie genera en spesies. Dit is op hierdie manier dat produkte soos bier, wyn, bakgis en alkohol sedert antieke tye verkry is. Die energie wat tydens die ontbinding van koolhidrate vrygestel word, word bestee om die lewensbelangrike prosesse van die mikro-organisme te verseker. Dit is die biologiese kern van die proses.
- Melksuurfermentasie is die oksidasie van koolhidrate na melksuur met die vrystelling van 'n aantal neweprodukte. Hoe dit uitgevoer word en watter tipes dit gebeur, sal ons in meer besonderhede verder oorweeg.
- Bottersuur. Hierdie tipe fermentasie is belangrik op 'n natuurlike skaal. Dit word uitgevoer as gevolg van die noodsaaklike aktiwiteit van bottersuurbakterieë wat in anaërobiese toestande op die bodem van moerasse, rivierslik, ensovoorts, leef. Danksy hul werk in die natuur word 'n groot hoeveelheid organiese komponente verwerk. Produkte is baie stowwe, waarvan die belangrikstebottersuur. Word ook vrygestel: asetoon, isopropylalkohol, koolstofdioksied, asynsuur, melksuur, etielalkohol en ander verbindings.
Elkeen van die aangewese tipes is belangrik op beide natuurlike en industriële skaal. Die tipes organismes wat sulke transformasies uitvoer, word vandag goed bestudeer, en baie van hulle word kunsmatig gekweek om 'n groot opbrengs van die produk te verkry.
Melksuurfermentasie: 'n algemene konsep
Hierdie tipe fermentasie is sedert die oudheid bekend. Selfs voor ons era het die inwoners van Antieke Egipte en ander state geweet hoe om kaas te maak, bier en wyn te brou, brood te bak, groente en vrugte te fermenteer.
Vandag word spesiale aanvangskulture vir gefermenteerde melkprodukte gebruik, stamme van die nodige mikroörganismes word kunsmatig gekweek. Die proses is gemoderniseer en tot outomatisering gebring, uitgevoer met behulp van volledige toerusting. Daar is baie vervaardigers wat melksuurfermentasie direk produseer.
Die kern van die hele proses kan in verskeie paragrawe opgesom word.
- 'n Koolhidraat word as die hoofproduk geneem - eenvoudig (fruktose, glukose, pentoses) of kompleks (sukrose, stysel, glikogeen en ander).
- Anaërobiese toestande word geskep.
- Stamme melksuurbakterieë van 'n sekere tipe word by die produk gevoeg.
- Alle nodige eksterne faktore word verskaf wat optimaal is vir die gewenste produk: beligting, temperatuur, die teenwoordigheid van sekere bykomendekomponente, druk.
- Nadat die fermentasieproses voltooi is, word die produk verwerk en alle syverbindings word geïsoleer.
Natuurlik is dit net 'n algemene beskrywing van wat aan die gebeur is. Trouens, daar is in elke stadium baie komplekse biochemiese reaksies, want die proses van melksuurfermentasie is die resultaat van die lewensbelangrike aktiwiteit van lewende wesens.
Basies van die melksuurfermentasieproses
Vanuit 'n chemiese oogpunt is hierdie transformasies 'n reeks opeenvolgende stadiums.
- Eerstens is daar 'n verandering in die oorspronklike substraat, dit wil sê die koolstofketting van die stof (koolhidraat) verander. Dit lei tot die voorkoms van intermediêre verbindings van 'n heeltemal ander aard, wat tot verskillende klasse behoort. Byvoorbeeld, as die aanvanklike substraat glukose is, word dit herrangskik in glukonsuur.
- Oksidasie-reduksie reaksies, gepaardgaande met die vrystelling van gasse, die vorming van neweprodukte. Die hoofeenheid in die hele proses is melksuur. Dit is sy wat tydens fermentasie geproduseer en ophoop. Dit is egter nie die enigste verband nie. So, daar is die vorming van molekules van asynsuur, etielalkohol, koolstofdioksied, water en soms ander gepaardgaande molekules.
- Energie-opbrengs van die proses in die vorm van molekules van adenosientrifosforsuur (ATP). Daar is 2 ATP-molekules per molekule glukose, maar as die aanvanklike substraat 'n meer komplekse struktuur het, byvoorbeeld sellulose, dan is daar drie ATP-molekules. Hierdie energie word deur melksuurbakterieë vir verdere lewe gebruik.
Dit is natuurlik datas mens biochemiese transformasies in detail verstaan, dan moet alle intermediêre molekules en komplekse aangedui word. Soos:
- pirruviensuur;
- adenosiendifosfaat;
- molekules nikotinamiendifosfaat as 'n draer van waterstof en ander.
Hierdie kwessie verdien egter spesiale aandag en moet vanuit die oogpunt van biochemie oorweeg word, so ons sal dit nie in hierdie artikel raak nie. Kom ons kyk van nader na wat die tegnologie vir die vervaardiging van melksuurprodukte is en watter tipe fermentasie ter sprake bestaan.
Homofermentatiewe fermentasie
Homofermentatiewe melksuurfermentasie behels die gebruik van spesiale vorme van patogene en verskil van heterofermentatiewe in die resulterende produkte en hul hoeveelheid. Dit vind plaas langs die glikolitiese pad binne die sel van die mikro-organisme. Die slotsom is, soos in die algemeen met enige fermentasie, die omskakeling van koolhidrate in melksuur. Die grootste voordeel van hierdie proses is dat die opbrengs van die gewenste produk 90% is. En net die res gaan na sysamestellings.
Bakterieëfermentasie van hierdie tipe van die volgende spesies:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus en ander.
Watter ander stowwe word gevorm as gevolg van homofermentatiewe fermentasie? Dit is verbindings soos:
- etielalkohol;
- vlugtige sure;
- koolstofdioksied;
- fumaarsuur en barnsteensuur.
Hierdie metode om gefermenteerde melkprodukte te verkry word egter feitlik nie in die industrie gebruik nie. Dit word in die natuur bewaar as die aanvanklike stadium van glikolise, dit kom ook voor in soogdierspierselle tydens uitgebreide fisiese inspanning.
Die tegnologie vir die vervaardiging van die nodige produkte vir menslike voeding behels die gebruik van sulke aanvanklike koolhidrate soos:
- glukose;
- sukrose;
- fruktose;
- mannose;
- stysel en 'n paar ander.
En homofermentatiewe bakterieë is nie in staat om baie van hierdie verbindings te oksideer nie, so hul gebruik as aanvangskulture in produksie is nie moontlik nie.
Heterofermentatiewe melksuurfermentasie
Hierdie metode is juis die industrieel toepaslike een, waardeur die produksie van alle gefermenteerde melkprodukte uitgevoer word, groente bewaar word, en kuilvoervoer vir vee geoes word.
Die belangrikste verskil van wat vroeër beskryf is, is dat patogene melksuurfermentasie uitvoer met die vorming van 'n groter aantal neweprodukte. Slegs 50% van suiker word deur bakterieë tot melksuur verwerk, die res gaan na die vorming van molekules soos:
- asynsuur;
- gliserien;
- koolstofdioksied;
- etielalkohol en ander.
Hoe is dit beter en meer winsgewend as die vorming van 90% suiwer melksuur met die homofermentatiewe metode? Die ding is dat wanneer die hoofproduk geproduseer wordte veel, dan word die lewensbelangrike aktiwiteit van baie bakterieë heeltemal geïnhibeer. Boonop verloor produkte baie van die smaakeienskappe wat hulle verkry as gevolg van neweverbindings. So, byvoorbeeld, word die aangename geur van ingemaakte groente verskaf deur asynsuur en isoamielalkohol. As hierdie verbindings nie teenwoordig is nie, sal die resultaat van bewaring heeltemal anders wees.
'n Opbrengs melksuur van 50% is heeltemal voldoende om die ontwikkeling en lewensbelangrike aktiwiteit van alle vreemde swamme en mikroörganismes in die sisteem te onderdruk. Want selfs 1-2% veroorsaak te sterk versuring van die omgewing waarin geen ander organismes kan bestaan nie, behalwe melksuurbakterieë. Die hele proses word langs die pentosefosfaatpad uitgevoer.
Die fermentasietoestande vir die heterofermentatiewe metode moet soos volg wees:
- goeie en vars voorgereg bygevoeg in die aanvanklike stadium;
- optimale eksterne toestande wat vir elke produk individueel gekies word;
- toerusting van hoë geh alte en goed funksioneer;
- alle tegniese toestelle wat nodig is vir die proses.
Onder eksterne toestande is prosestemperatuur van besondere belang. Dit moet nie te hoog wees nie, maar die koue sal die hele verloop van fermentasie drasties vertraag.
Daar is vandag 'n gespesialiseerde fermentasietenk wat outomaties al die nodige toestande skep vir die behoorlike en gemaklike funksionering van mikroörganismes.
Toerusting benodig
Soos ons hierbo opgemerk het, een van die belangrikste eienskappemoet gelet word kapasiteit vir fermentasie. As ons oor die tuisprosedure praat, moet u aandag gee aan die netheid van die skottelgoed wat tydens bewaring, die vervaardiging van jogurt en ander produkte gebruik word. Een manier om die aantal vreemde populasies van mikroörganismes te verminder, is om houers te steriliseer voordat dit gebruik word.
Watter geregte is geskik vir heterofermentatiewe fermentasie? Dit kan 'n glas- of hoëgeh alte-plastiekhouer (polipropileen, poliëtileen) wees wat dig met 'n deksel toegemaak kan word.
Die bedryf gebruik spesiale toestelle vir ontsmetting en skoonmaak van houers voor die aanvang van die fermentasieproses.
Bakterieë wat in die proses gebruik is
As ons praat oor bakteriese kulture wat gebruik word om ingemaakte en gefermenteerde melkprodukte te skep, dan kan ons verskeie van die mees algemene tipes organismes identifiseer.
- Acidofiele Bulgaarse stok.
- Lactobacillus spesie Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- melksuurkokke.
- Lactobacillus spesie L. Casei.
- Bakterieë van die genus Streptococcus en ander.
Op grond van die kombinasie en suiwer kulture van die aangeduide organismes, word voorgeregkulture vir gefermenteerde melkprodukte gemaak. Hulle is in die publieke domein, enigiemand kan dit koop. Die belangrikste ding is om die toestande van die fermentasieproses waar te neem om voordeel te trek uit die gevolglikeproduk.
Watter produkte word uit hierdie fermentasie verkry?
As ons praat oor watter fermentasieprodukte met behulp van laktobacilli verkry kan word, dan kan ons verskeie hoofkategorieë noem.
- Gefermenteerde melkprodukte (gegiste gebakte melk, jogurt, varenette, kefir, maaskaas, suurroom, botter, acidophilus-produkte en ander).
- Silotipe voer vir plaasdiere.
- Melksuur, wat gebruik word in die vervaardiging van koeldrank, aantrek van pelsvelle en meer.
- Bak, kaasproduksie.
- Ingemaakte vrugte en groente.
Dit alles bewys die belangrikheid van sekere soorte bakterieë in mense se lewens, hul industriële aktiwiteite.
