Naturen lar en person nyte fordelene som er tilgjengelige i den. Samtidig prøver folk å øke disse rikdommene, skape noe nytt og lære om det ukjente. Bakterier er naturens minste skapninger, som folk også har lært å bruke til sine egne formål.
Men ikke bare skaden forbundet med patogene prosesser og sykdommer bæres av disse prokaryote organismene. De er også kilden til en viktig industriell prosess som har blitt brukt av mennesker siden antikken - gjæring. I denne artikkelen vil vi vurdere hva denne prosessen er og hvordan melkesyregjæring av stoffer utføres spesifikt.
Historie om forekomst og bruk av gjæring
Den første omtale av at gjæringsprosessen ble brukt av mennesker for å skaffe visse produkter dukket opp så tidlig som 5000 f. Kr. Det var da babylonerne brukte denne metoden for å skaffe produkter som:
- cheese;
- vin;
- størket melk og andremeieriprodukter.
Senere begynte lignende mat å bli mottatt i Egypt, Kina, Sudan, Mexico og andre gamle stater. De begynte å bake gjærbakst, fermentere grønnsaksavlinger, og de første forsøkene på hermetikk dukket opp.
Prosessen med melkesyregjæring har blitt brukt av mennesker i tusenvis av år. Oster, kefirer, yoghurt har vært en viktig del av måltidet til enhver tid. Alle leger og healere visste om fordelene med disse produktene. Årsakene til at denne typen transformasjon er mulig forble imidlertid ukjent i lang tid.
Det faktum at gjæringsforholdene krever tilstedeværelse av mikroorganismer, kunne folk ikke engang forestille seg. På midten av 1600-tallet foreslo Van Helmont å introdusere begrepet "gjæring" for de matlagingsprosessene som er ledsaget av frigjøring av gass. Tross alt, i oversettelse betyr dette ordet "kokende". Men først på 1800-tallet, det vil si nesten to hundre år senere, oppdaget den franske mikrobiologen, kjemikeren og fysikeren Louis Pasteur eksistensen av mikrober, bakterier for verden.
Det har siden blitt kjent at ulike typer gjæring krever tilstedeværelse av ulike typer mikroorganismer som er usynlige for øyet. Studien deres gjorde det mulig over tid å kontrollere gjæringen og styre den i riktig retning for en person.
essensen av gjæringsprosesser
Hvis vi snakker om hva gjæringsprosessen er, så bør vi påpeke dens biokjemiske natur. Tross alt, i kjernen er dette bare aktiviteten til bakterier som trekker ut energi til seg selv for livet, mens de produserer ulikebiprodukter.
Generelt kan fermentering beskrives med ett ord - oksidasjon. Anaerob nedbrytning av et stoff under påvirkning av visse bakterier, noe som fører til dannelse av en rekke produkter. Hvilket stoff som er grunnlaget, samt hva som blir resultatet, bestemmes av selve typen prosess. Det er flere gjærings alternativer, så det er en klassifisering for disse transformasjonene.
klassifisering
Det er tre hovedtyper av gjæring.
- Alkohol. Den består i oksidasjon av det opprinnelige karbohydratmolekylet til etylalkohol, karbondioksid, vann og et ATP-molekyl (en energikilde). Disse transformasjonene utføres under påvirkning av ikke bare bakterier, men også sopp av forskjellige slekter og arter. Det er på denne måten produkter som øl, vin, bakegjær og alkohol har blitt oppnådd siden antikken. Energien som frigjøres under nedbrytningen av karbohydrater brukes på å sikre mikroorganismens vitale prosesser. Dette er den biologiske essensen av prosessen.
- Melkesyregjæring er oksidering av karbohydrater til melkesyre med frigjøring av en rekke biprodukter. Hvordan det utføres og hvilke typer det skjer, vil vi vurdere nærmere.
- Smørsyre. Denne typen gjæring er viktig i naturlig skala. Det utføres på grunn av den vitale aktiviteten til smørsyrebakterier som lever under anaerobe forhold på bunnen av sumper, elveslam og så videre. Takket være deres arbeid i naturen blir en enorm mengde organiske komponenter behandlet. Produkter er mange stoffer, de viktigste blant demsmørsyre. Avgis også: aceton, isopropylalkohol, karbondioksid, eddiksyre, melkesyre, etylalkohol og andre forbindelser.
Hver av de utpekte typene er viktig både naturlig og industriell skala. Hvilke typer organismer som utfører slike transformasjoner er godt studert i dag, og mange av dem dyrkes kunstig for å få et stort utbytte av produktet.
Melkesyregjæring: et generelt konsept
Denne typen gjæring har vært kjent siden antikken. Allerede før vår tidsregning visste innbyggerne i det gamle Egypt og andre stater hvordan de skulle lage ost, brygge øl og vin, bake brød, fermentere grønnsaker og frukt.
I dag brukes spesielle startkulturer til fermenterte melkeprodukter, stammer av nødvendige mikroorganismer dyrkes kunstig. Prosessen er modernisert og brakt til automatisering, utført ved hjelp av komplett utstyr. Det er mange produsenter som direkte produserer melkesyregjæring.
Kjernen i hele prosessen kan oppsummeres i flere avsnitt.
- Et karbohydrat tas som hovedprodukt - enkelt (fruktose, glukose, pentoser) eller komplekst (sukrose, stivelse, glykogen og andre).
- Anaerobe forhold skapes.
- Stammer av melkesyrebakterier av en bestemt type tilsettes produktet.
- Alle nødvendige eksterne faktorer er gitt som er optimale for det ønskede produktet: belysning, temperatur, tilstedeværelse av visse tilleggkomponenter, trykk.
- Etter at gjæringsprosessen er fullført, behandles produktet og alle sideforbindelser isoleres.
Selvfølgelig er dette bare en generell beskrivelse av hva som skjer. Faktisk er det på hvert trinn mange komplekse biokjemiske reaksjoner, fordi prosessen med melkesyregjæring er et resultat av den vitale aktiviteten til levende vesener.
Grunnleggende for melkesyregjæringsprosessen
Fra et kjemisk synspunkt er disse transformasjonene en rekke påfølgende stadier.
- For det første er det en endring i det opprinnelige substratet, det vil si at karbonkjeden til stoffet (karbohydratet) endres. Dette fører til utseendet av mellomforbindelser av en helt annen natur, som tilhører forskjellige klasser. For eksempel, hvis det opprinnelige substratet er glukose, omorganiseres det til glukonsyre.
- Oksidasjon-reduksjonsreaksjoner, ledsaget av frigjøring av gasser, dannelse av biprodukter. Hovedenheten i hele prosessen er melkesyre. Det er hun som produseres og samler seg under gjæringen. Dette er imidlertid ikke den eneste forbindelsen. Så det dannes molekyler av eddiksyre, etylalkohol, karbondioksid, vann og noen ganger andre medfølgende molekyler.
- Prosessens energiutbytte i form av molekyler av adenosintrifosforsyre (ATP). Det er 2 ATP-molekyler per glukosemolekyl, men hvis det opprinnelige substratet har en mer kompleks struktur, for eksempel cellulose, er det tre ATP-molekyler. Denne energien brukes av melkesyrebakterier for videre liv.
Det er naturlig athvis man forstår biokjemiske transformasjoner i detalj, bør alle mellomliggende molekyler og komplekser angis. Slik som:
- pyruvic acid;
- adenosin difosfat;
- molekyler av nikotinamin difosfat som bærer av hydrogen og andre.
Denne saken fortjener imidlertid spesiell oppmerksomhet og bør vurderes fra et biokjemisynspunkt, så vi vil ikke berøre det i denne artikkelen. La oss se nærmere på hva som er teknologien for produksjon av melkesyreprodukter og hvilke typer gjæring det er snakk om.
homofermentativ gjæring
Homofermentativ melkesyregjæring involverer bruk av spesielle former for patogener og skiller seg fra heterofermentative i de resulterende produktene og deres mengde. Det skjer langs den glykolytiske banen inne i cellen til mikroorganismen. Konklusjonen er, som generelt med all gjæring, omdannelsen av karbohydrater til melkesyre. Hovedfordelen med denne prosessen er at utbyttet av det ønskede produktet er 90%. Og bare resten går til sidesammensetninger.
Bakteriefermentering av denne typen av følgende arter:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus og andre.
Hvilke andre stoffer dannes som følge av homofermentativ gjæring? Dette er forbindelser som:
- etylalkohol;
- flyktige syrer;
- karbondioksid;
- fumarsyre og ravsyre.
Men denne metoden for å skaffe fermenterte melkeprodukter brukes praktisk t alt ikke i industrien. Det er bevart i naturen som det første stadiet av glykolyse, det forekommer også i pattedyrmuskelceller under omfattende fysisk anstrengelse.
Teknologien for produksjon av de nødvendige produktene for menneskelig ernæring innebærer bruk av slike innledende karbohydrater som:
- glukose;
- sukrose;
- fruktose;
- mannose;
- stivelse og noen andre.
Og homofermentative bakterier er ikke i stand til å oksidere mange av disse forbindelsene, så deres bruk som startkulturer i produksjonen er ikke mulig.
Heterofermentativ melkesyregjæring
Denne metoden er nettopp den industrielt anvendelige, takket være at produksjonen av alle fermenterte melkeprodukter utføres, grønnsaker konserveres og ensilasjefôr til husdyr høstes.
Hovedforskjellen fra det som er beskrevet tidligere er at patogener utfører melkesyregjæring med dannelse av et større antall biprodukter. Bare 50 % av sukkeret blir bearbeidet av bakterier til melkesyre, resten går til dannelse av molekyler som:
- eddiksyre;
- glyserin;
- karbondioksid;
- etylalkohol og andre.
Hvordan er det bedre og mer lønnsomt enn dannelsen av 90 % ren melkesyre med den homofermentative metoden? Saken er at når hovedproduktet er produsertfor mye, så hemmes den vitale aktiviteten til mange bakterier fullstendig. I tillegg mister produktene mange av smaksegenskapene de får på grunn av sideforbindelser. Så for eksempel er den behagelige aromaen av hermetiske grønnsaker gitt av eddiksyre og isoamylalkohol. Hvis disse forbindelsene ikke er til stede, vil resultatet av konservering være helt annerledes.
Et utbytte av melkesyre på 50 % er ganske tilstrekkelig til å undertrykke utviklingen og vital aktivitet til alle fremmede sopp og mikroorganismer i systemet. Fordi selv 1-2 % forårsaker for sterk forsuring av miljøet der ingen andre organismer kan eksistere, bortsett fra melkesyrebakterier. Hele prosessen utføres langs pentosefosfatbanen.
Gjæringsbetingelsene for den heterofermentative metoden bør være som følger:
- god og frisk forrett lagt til i det innledende stadiet;
- optimale ytre forhold som velges for hvert produkt individuelt;
- utstyr av høy kvalitet og velfungerende;
- alle tekniske enheter som er nødvendige for prosessen.
Blant eksterne forhold er prosesstemperatur av spesiell betydning. Den skal ikke være for høy, men kulden vil drastisk bremse hele gjæringsforløpet.
I dag er det en spesialisert gjæringstank som automatisk skaper alle nødvendige forhold for riktig og komfortabel funksjon av mikroorganismer.
Utstyr kreves
Som vi bemerket ovenfor, blant de viktigste egenskapenebør bemerkes kapasitet for gjæring. Hvis vi snakker om hjemmeprosedyren, bør du være oppmerksom på renheten til oppvasken som brukes under konservering, produksjon av yoghurt og andre produkter. En måte å redusere antallet fremmede populasjoner av mikroorganismer på er å sterilisere beholdere før du bruker dem.
Hvilke retter egner seg for heterofermentativ gjæring? Det kan være en beholder av glass eller høykvalitets plast (polypropylen, polyetylen) som kan lukkes tett med et lokk.
Bransjen bruker spesielle apparater for desinfeksjon og rengjøring av beholdere før gjæringsprosessen starter.
Bakterier brukt i prosessen
Hvis vi snakker om bakteriekulturer som brukes til å lage hermetiske og fermenterte melkeprodukter, så kan vi identifisere flere av de vanligste typene organismer.
- Acidofil bulgarsk pinne.
- Lactobacillus species Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- melkesyrekokker.
- Lactobacillus species L. Casei.
- Bakterier av slekten Streptococcus og andre.
Basert på kombinasjonen og renkulturene av de angitte organismene, lages startkulturer for fermenterte melkeprodukter. De er i det offentlige domene, alle kan kjøpe dem. Det viktigste er å observere forholdene i gjæringsprosessen for å dra nytte av resultatetprodukt.
Hvilke produkter oppnås fra denne gjæringen?
Hvis vi snakker om hvilke fermenteringsprodukter som kan fås ved hjelp av laktobaciller, så kan vi nevne flere hovedkategorier.
- Fermenterte melkeprodukter (gjæret bakt melk, yoghurt, varenets, kefir, cottage cheese, rømme, smør, acidophilus-produkter og andre).
- Fôr av silotypen for husdyr.
- Melkesyre, som brukes til fremstilling av brus, dressing av pelsskinn og mer.
- Baking, osteproduksjon.
- Hermetisert frukt og grønnsaker.
Alt dette beviser betydningen av visse typer bakterier i folks liv, deres industrielle aktiviteter.
