Priroda omogućava osobi da uživa u blagodatima koje su u njoj dostupne. Istovremeno, ljudi pokušavaju povećati ovo bogatstvo, stvoriti nešto novo i naučiti o nepoznatom. Bakterije su najmanja stvorenja prirode, koja su ljudi naučili da koriste i za svoje potrebe.
Ali ovi prokariotski organizmi ne nose samo štetu povezanu sa patogenim procesima i bolestima. Oni su također izvor važnog industrijskog procesa koji su ljudi koristili od davnina - fermentacije. U ovom članku ćemo razmotriti šta je ovaj proces i kako se konkretno odvija mliječno kisela fermentacija tvari.
Historija pojave i upotrebe fermentacije
Prvi spomen da su proces fermentacije koristili ljudi kako bi dobili određene proizvode pojavio se već 5000. godine prije Krista. Tada su Babilonci koristili ovu metodu za dobijanje proizvoda kao što su:
- sir;
- vino;
- sirišteno mlijeko i ostalomliječni proizvodi.
Kasnije se slična hrana počela primati u Egiptu, Kini, Sudanu, Meksiku i drugim drevnim državama. Počeli su da peku hljeb s kvascem, fermentiraju povrtarske kulture, a pojavili su se i prvi pokušaji konzerviranja.
Proces fermentacije mliječne kiseline ljudi su koristili hiljadama godina. Sirevi, kefiri, jogurti su oduvijek bili važan dio obroka. Svi liječnici i iscjelitelji znali su za dobrobiti ovih proizvoda. Međutim, razlozi zbog kojih je ovakva transformacija moguća ostali su dugo nepoznati.
Činjenicu da uslovi fermentacije zahtijevaju prisustvo mikroorganizama, ljudi nisu mogli ni zamisliti. Sredinom 17. stoljeća, Van Helmont je predložio da se uvede pojam "fermentacija" za one procese kuhanja koji su praćeni oslobađanjem plina. Na kraju krajeva, u prijevodu ova riječ znači "kuhanje". Međutim, tek u 19. veku, odnosno skoro dve stotine godina kasnije, francuski mikrobiolog, hemičar i fizičar Louis Pasteur otkrio je postojanje mikroba, bakterija u svetu.
Od tada je postalo poznato da različite vrste fermentacije zahtijevaju prisustvo različitih vrsta mikroorganizama nevidljivih oku. Njihovo istraživanje je omogućilo, tokom vremena, kontrolu fermentacije i usmjeravanje u pravom smjeru za osobu.
Suština procesa fermentacije
Ako govorimo o tome šta je proces fermentacije, treba istaći njegovu biohemijsku prirodu. Na kraju krajeva, u svojoj srži to je samo aktivnost bakterija koje za sebe izvlače energiju za cijeli život, a proizvode raznenusproizvodi.
Općenito, fermentacija se može opisati jednom riječju - oksidacija. Anaerobna razgradnja tvari pod utjecajem određenih bakterija, što dovodi do stvaranja niza produkata. Koja je supstanca osnova, kao i šta će biti rezultat, zavisi od vrste samog procesa. Postoji nekoliko opcija fermentacije, tako da postoji klasifikacija za ove transformacije.
Klasifikacija
Postoje tri glavne vrste fermentacije.
- Alkohol. Sastoji se od oksidacije originalne molekule ugljikohidrata u etil alkohol, ugljični dioksid, vodu i molekulu ATP-a (izvor energije). Ove transformacije se provode pod djelovanjem ne samo bakterija, već i gljivica različitih rodova i vrsta. Na taj način se od davnina dobijaju proizvodi kao što su pivo, vino, kvasac za pečenje i alkohol. Energija koja se oslobađa prilikom razgradnje ugljikohidrata troši se na osiguranje vitalnih procesa mikroorganizma. Ovo je biološka suština procesa.
- Mliječno kiselinska fermentacija je oksidacija ugljikohidrata u mliječnu kiselinu uz oslobađanje brojnih nusproizvoda. Kako se to provodi i koje vrste se dešava, detaljnije ćemo razmotriti dalje.
- Butyric acid. Ova vrsta fermentacije je važna na prirodnoj razini. Obavlja se zbog vitalne aktivnosti bakterija maslačne kiseline koje žive u anaerobnim uvjetima na dnu močvara, riječnog mulja i tako dalje. Zahvaljujući njihovom radu u prirodi, prerađuje se ogromna količina organskih komponenti. Proizvodi su mnoge tvari, među kojima je glavnamaslačna kiselina. Takođe se emituju: aceton, izopropil alkohol, ugljen dioksid, sirćetna kiselina, mlečna kiselina, etil alkohol i druga jedinjenja.
Svaka od naznačenih vrsta je važna kako u prirodnom tako iu industrijskom obimu. Vrste organizama koji vrše takve transformacije danas su dobro proučeni, a mnogi od njih se uzgajaju umjetno kako bi se dobio veliki prinos proizvoda.
fermentacija mliječne kiseline: opći koncept
Ova vrsta fermentacije poznata je još od antike. Čak i pre naše ere, stanovnici starog Egipta i drugih država znali su da prave sir, kuvaju pivo i vino, peku hleb, fermentišu povrće i voće.
Danas se za fermentisane mlečne proizvode koriste specijalne starter kulture, veštački se uzgajaju sojevi potrebnih mikroorganizama. Proces je modernizovan i doveden do automatizma, sproveden uz pomoć kompletne opreme. Postoje mnogi proizvođači koji direktno proizvode fermentaciju mliječne kiseline.
Suština cijelog procesa može se sažeti u nekoliko pasusa.
- Ugljikohidrati se uzimaju kao glavni proizvod - jednostavni (fruktoza, glukoza, pentoze) ili složeni (saharoza, škrob, glikogen i drugi).
- Stvoreni su anaerobni uslovi.
- Proizvodu se dodaju sojevi bakterija mliječne kiseline određene vrste.
- Obezbeđeni su svi neophodni spoljni faktori koji su optimalni za željeni proizvod: osvetljenje, temperatura, prisustvo određenih dodatnihkomponente, pritisak.
- Nakon što je proces fermentacije završen, proizvod se obrađuje i izoluju se svi bočni spojevi.
Naravno, ovo je samo opšti opis onoga što se dešava. Zapravo, u svakoj fazi postoji mnogo složenih biohemijskih reakcija, jer je proces fermentacije mliječne kiseline rezultat vitalne aktivnosti živih bića.
Osnove procesa fermentacije mliječne kiseline
S hemijske tačke gledišta, ove transformacije su niz uzastopnih faza.
- Prvo, dolazi do promjene originalnog supstrata, odnosno mijenja se ugljični lanac supstance (ugljikohidrata). To dovodi do pojave intermedijarnih spojeva potpuno različite prirode, koji pripadaju različitim klasama. Na primjer, ako je početni supstrat glukoza, onda se preuređuje u glukonsku kiselinu.
- Reakcije oksidacije-redukcije, praćene oslobađanjem gasova, stvaranjem nusproizvoda. Glavna jedinica u cijelom procesu je mliječna kiselina. Ona je ta koja se proizvodi i akumulira tokom fermentacije. Međutim, ovo nije jedina veza. Dakle, dolazi do stvaranja molekula sirćetne kiseline, etil alkohola, ugljen-dioksida, vode, a ponekad i drugih pratećih.
- Energijski prinos procesa u obliku molekula adenozin trifosforne kiseline (ATP). Postoje 2 molekula ATP-a po molekulu glukoze, ali ako je početni supstrat složenije strukture, na primjer celuloza, tada postoje tri molekula ATP-a. Ovu energiju koriste bakterije mliječne kiseline za daljnji život.
To je prirodnoako se detaljno razumiju biokemijske transformacije, onda treba navesti sve međumolekule i komplekse. Kao što su:
- pirogrožđana kiselina;
- adenozin difosfat;
- molekule nikotinamin difosfata kao nosača vodonika i drugih.
Međutim, ovo pitanje zaslužuje posebnu pažnju i treba ga razmatrati sa stanovišta biohemije, pa ga nećemo dirati u ovom članku. Pogledajmo pobliže koja je tehnologija proizvodnje proizvoda mliječne kiseline i koje vrste fermentacije postoje.
Homofermentativna fermentacija
Homofermentativna mliječno kiselinska fermentacija uključuje upotrebu posebnih oblika patogena i razlikuje se od heterofermentativne po nastalim proizvodima i njihovoj količini. Javlja se duž glikolitičkog puta unutar ćelije mikroorganizma. Suština je, kao i općenito kod svake fermentacije, pretvaranje ugljikohidrata u mliječnu kiselinu. Glavna prednost ovog procesa je što je prinos željenog proizvoda 90%. A samo ostatak ide na bočne spojeve.
Bakterijska fermentacija ove vrste sljedećih vrsta:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus i drugi.
Koje druge tvari nastaju kao rezultat homofermentativne fermentacije? Ovo su veze poput:
- etil alkohol;
- isparljive kiseline;
- ugljični dioksid;
- fumarna i jantarna kiselina.
Međutim, ovaj način dobijanja fermentisanih mlečnih proizvoda se praktično ne koristi u industriji. Sačuvan je u prirodi kao početna faza glikolize, javlja se iu mišićnim ćelijama sisara tokom velikog fizičkog napora.
Tehnologija proizvodnje neophodnih proizvoda za ishranu ljudi podrazumeva upotrebu početnih ugljenih hidrata kao što su:
- glukoza;
- saharoza;
- fruktoza;
- manoza;
- škrob i neki drugi.
A homofermentativne bakterije nisu u stanju oksidirati mnoga od ovih jedinjenja, tako da njihova upotreba kao starter kultura u proizvodnji nije moguća.
Heterofermentativna fermentacija mliječne kiseline
Ova metoda je upravo industrijski primjenjiva, zahvaljujući kojoj se vrši proizvodnja svih fermentiranih mliječnih proizvoda, konzervira povrće, a žanje silažne hrane za stoku.
Glavna razlika u odnosu na prethodno opisano je u tome što patogeni vrše fermentaciju mliječne kiseline uz stvaranje većeg broja nusproizvoda. Samo 50% šećera se prerađuje od strane bakterija u mliječnu kiselinu, ostatak ide na stvaranje molekula kao što su:
- octena kiselina;
- glicerin;
- ugljični dioksid;
- etilni alkohol i drugi.
Kako je bolje i isplativije od stvaranja 90% čiste mliječne kiseline homofermentativnom metodom? Stvar je u tome kada se proizvodi glavni proizvodpreviše, tada je vitalna aktivnost mnogih bakterija potpuno inhibirana. Osim toga, proizvodi gube mnoge kvalitete okusa koje dobivaju zbog sporednih spojeva. Tako, na primjer, ugodnu aromu konzerviranog povrća pružaju octena kiselina i izoamil alkohol. Ako ova jedinjenja nisu prisutna, onda će rezultat konzervacije biti potpuno drugačiji.
Prinos mliječne kiseline od 50% sasvim je dovoljan za suzbijanje razvoja i vitalne aktivnosti svih stranih gljivica i mikroorganizama u sistemu. Jer čak 1-2% izaziva prejako zakiseljavanje sredine u kojoj ne mogu postojati drugi organizmi osim bakterija mliječne kiseline. Ceo proces se odvija duž pentozofosfatnog puta.
Uvjeti fermentacije za heterofermentativnu metodu trebaju biti sljedeći:
- dobar i svjež starter dodan u početnoj fazi;
- optimalni vanjski uslovi koji se biraju za svaki proizvod pojedinačno;
- oprema visokog kvaliteta i dobro funkcionira;
- svi tehnički uređaji neophodni za proces.
Među spoljnim uslovima, temperatura procesa je od posebnog značaja. Ne bi trebao biti previsok, ali će hladnoća drastično usporiti cijeli tok fermentacije.
Danas postoji specijalizovani rezervoar za fermentaciju koji automatski stvara sve potrebne uslove za pravilno i udobno funkcionisanje mikroorganizama.
Potrebna oprema
Kao što smo gore spomenuli, među najvažnijim atributimatreba napomenuti sposobnost za fermentaciju. Ako govorimo o kućnoj proceduri, onda treba obratiti pažnju na čistoću posuđa koje se koristi tijekom konzerviranja, proizvodnje jogurta i drugih proizvoda. Jedan od načina da se smanji broj stranih populacija mikroorganizama je sterilizacija kontejnera prije upotrebe.
Koja su jela pogodna za heterofermentativnu fermentaciju? To može biti staklena ili visokokvalitetna plastična (polipropilen, polietilen) posuda koja se može dobro zatvoriti poklopcem.
Industrija koristi posebne uređaje za dezinfekciju i čišćenje posuda prije početka procesa fermentacije.
Bakterije korištene u procesu
Ako govorimo o bakterijskim kulturama koje se koriste za stvaranje konzerviranih i fermentiranih mliječnih proizvoda, tada možemo identificirati nekoliko najčešćih tipova organizama.
- Acidofilni bugarski štap.
- Lactobacillus vrsta Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- koki mlečne kiseline.
- Lactobacillus vrste L. Casei.
- Bakterije iz roda Streptococcus i druge.
Na osnovu kombinacije i čistih kultura navedenih organizama, prave se starter kulture za fermentisane mlečne proizvode. U javnom su vlasništvu, svako ih može kupiti. Najvažnije je pratiti uslove procesa fermentacije kako biste imali koristi od rezultataproizvod.
Koji se proizvodi dobijaju ovom fermentacijom?
Ako govorimo o tome koji se proizvodi fermentacije mogu dobiti uz pomoć laktobacila, onda možemo navesti nekoliko glavnih kategorija.
- Fermentisani mlečni proizvodi (fermentisano pečeno mleko, jogurti, vareneti, kefir, skuti, pavlaka, puter, acidofilni proizvodi i drugi).
- Hrana za farmske životinje tipa silos.
- Mliječna kiselina, koja se koristi u proizvodnji bezalkoholnih pića, oblačenju krznenih koža i još mnogo toga.
- Pečenje, proizvodnja sira.
- Konzervirano voće i povrće.
Sve ovo dokazuje važnost određenih vrsta bakterija u životima ljudi, njihovim industrijskim aktivnostima.
