Η φύση επιτρέπει σε ένα άτομο να απολαμβάνει τα οφέλη που είναι διαθέσιμα σε αυτήν. Ταυτόχρονα, οι άνθρωποι προσπαθούν να αυξήσουν αυτά τα πλούτη, να δημιουργήσουν κάτι νέο και να μάθουν για το άγνωστο. Τα βακτήρια είναι τα μικρότερα πλάσματα της φύσης, τα οποία οι άνθρωποι έχουν μάθει επίσης να χρησιμοποιούν για τους δικούς τους σκοπούς.
Αλλά όχι μόνο η βλάβη που σχετίζεται με παθογόνες διεργασίες και ασθένειες μεταφέρεται από αυτούς τους προκαρυωτικούς οργανισμούς. Είναι επίσης η πηγή μιας σημαντικής βιομηχανικής διαδικασίας που χρησιμοποιείται από τους ανθρώπους από την αρχαιότητα - της ζύμωσης. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε ποια είναι αυτή η διαδικασία και πώς πραγματοποιείται συγκεκριμένα η ζύμωση ουσιών με γαλακτικό οξύ.
Ιστορικό εμφάνισης και χρήσης ζύμωσης
Η πρώτη αναφορά ότι η διαδικασία ζύμωσης χρησιμοποιήθηκε από τους ανθρώπους για να αποκτήσουν ορισμένα προϊόντα εμφανίστηκε ήδη από το 5000 π. Χ. Τότε ήταν που οι Βαβυλώνιοι χρησιμοποίησαν αυτή τη μέθοδο για να αποκτήσουν προϊόντα όπως:
- τυρί;
- κρασί;
- πηγμένο γάλα και άλλαγαλακτοκομικά προϊόντα.
Αργότερα, παρόμοια τρόφιμα άρχισαν να παραλαμβάνονται στην Αίγυπτο, την Κίνα, το Σουδάν, το Μεξικό και άλλα αρχαία κράτη. Άρχισαν να ψήνουν ψωμί με μαγιά, να ζυμώνουν καλλιέργειες λαχανικών και εμφανίστηκαν οι πρώτες απόπειρες κονσερβοποίησης.
Η διαδικασία της ζύμωσης γαλακτικού οξέος χρησιμοποιείται από τους ανθρώπους εδώ και χιλιάδες χρόνια. Τα τυριά, τα κεφίρ, τα γιαούρτια ήταν ένα σημαντικό μέρος του γεύματος ανά πάσα στιγμή. Όλοι οι γιατροί και οι θεραπευτές γνώριζαν για τα οφέλη αυτών των προϊόντων. Ωστόσο, οι λόγοι για τους οποίους είναι δυνατός αυτός ο μετασχηματισμός παρέμειναν άγνωστοι για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Το γεγονός ότι οι συνθήκες ζύμωσης απαιτούν την παρουσία μικροοργανισμών, οι άνθρωποι δεν μπορούσαν καν να το φανταστούν. Στα μέσα του 17ου αιώνα, ο Van Helmont πρότεινε να εισαχθεί ο όρος "ζύμωση" για εκείνες τις διαδικασίες μαγειρέματος που συνοδεύονται από απελευθέρωση αερίου. Μετά από όλα, στη μετάφραση, αυτή η λέξη σημαίνει "βράζει". Ωστόσο, μόλις τον 19ο αιώνα, δηλαδή σχεδόν διακόσια χρόνια αργότερα, ο Γάλλος μικροβιολόγος, χημικός και φυσικός Λουί Παστέρ ανακάλυψε την ύπαρξη μικροβίων, βακτηρίων στον κόσμο.
Έχει γίνει από τότε γνωστό ότι διαφορετικοί τύποι ζύμωσης απαιτούν την παρουσία διαφόρων τύπων μικροοργανισμών αόρατων στο μάτι. Η μελέτη τους κατέστησε δυνατό, με την πάροδο του χρόνου, τον έλεγχο της ζύμωσης και την κατεύθυνσή της προς τη σωστή κατεύθυνση για ένα άτομο.
Η ουσία των διαδικασιών ζύμωσης
Αν μιλάμε για τη διαδικασία της ζύμωσης, τότε θα πρέπει να επισημάνουμε τη βιοχημική της φύση. Εξάλλου, στον πυρήνα της, αυτή είναι απλώς η δραστηριότητα των βακτηρίων που εξάγουν ενέργεια για τον εαυτό τους για τη ζωή, ενώ παράγουν διάφοραυποπροϊόντα.
Γενικά, η ζύμωση μπορεί να περιγραφεί με μία λέξη - οξείδωση. Αναερόβια αποσύνθεση μιας ουσίας υπό την επίδραση ορισμένων βακτηρίων, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό ενός αριθμού προϊόντων. Ποια ουσία είναι η βάση, καθώς και ποιο θα είναι το αποτέλεσμα, καθορίζεται από το είδος της ίδιας της διαδικασίας. Υπάρχουν πολλές επιλογές ζύμωσης, επομένως υπάρχει μια ταξινόμηση για αυτούς τους μετασχηματισμούς.
Ταξινόμηση
Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι ζύμωσης.
- Οινόπνευμα. Συνίσταται στην οξείδωση του αρχικού μορίου υδατάνθρακα σε αιθυλική αλκοόλη, διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ένα μόριο ATP (πηγή ενέργειας). Αυτοί οι μετασχηματισμοί πραγματοποιούνται υπό τη δράση όχι μόνο βακτηρίων, αλλά και μυκήτων διαφόρων γενών και ειδών. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνονται προϊόντα όπως η μπύρα, το κρασί, η μαγιά ψησίματος και το αλκοόλ από την αρχαιότητα. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση των υδατανθράκων δαπανάται για τη διασφάλιση των ζωτικών διεργασιών του μικροοργανισμού. Αυτή είναι η βιολογική ουσία της διαδικασίας.
- Ζύμωση γαλακτικού οξέος είναι η οξείδωση των υδατανθράκων σε γαλακτικό οξύ με την απελευθέρωση ενός αριθμού υποπροϊόντων. Πώς πραγματοποιείται και τι είδους συμβαίνει, θα εξετάσουμε λεπτομερέστερα περαιτέρω.
- Βουτυρικό οξύ. Αυτός ο τύπος ζύμωσης είναι σημαντικός σε φυσική κλίμακα. Διεξάγεται λόγω της ζωτικής δραστηριότητας των βακτηρίων βουτυρικού οξέος που ζουν σε αναερόβιες συνθήκες στον πυθμένα των βάλτων, της λάσπης ποταμών κ.λπ. Χάρη στη δουλειά τους στη φύση, υφίσταται επεξεργασία τεράστιας ποσότητας οργανικών συστατικών. Τα προϊόντα είναι πολλές ουσίες, η κύρια μεταξύ των οποίωνβουτυρικό οξύ. Εκπέμπονται επίσης: ακετόνη, ισοπροπυλική αλκοόλη, διοξείδιο του άνθρακα, οξικό οξύ, γαλακτικό οξύ, αιθυλική αλκοόλη και άλλες ενώσεις.
Καθένας από τους καθορισμένους τύπους είναι σημαντικός τόσο σε φυσική όσο και σε βιομηχανική κλίμακα. Οι τύποι οργανισμών που πραγματοποιούν τέτοιους μετασχηματισμούς έχουν μελετηθεί καλά σήμερα, και πολλοί από αυτούς καλλιεργούνται τεχνητά προκειμένου να ληφθεί μεγάλη απόδοση του προϊόντος.
Ζύμωση γαλακτικού οξέος: μια γενική ιδέα
Αυτός ο τύπος ζύμωσης είναι γνωστός από την αρχαιότητα. Ακόμη και πριν από την εποχή μας, οι κάτοικοι της Αρχαίας Αιγύπτου και άλλων κρατών ήξεραν πώς να φτιάχνουν τυρί, να παρασκευάζουν μπύρα και κρασί, να ψήνουν ψωμί, να ζυμώνουν λαχανικά και φρούτα.
Σήμερα, ειδικές καλλιέργειες εκκίνησης χρησιμοποιούνται για τα γαλακτοκομικά προϊόντα που έχουν υποστεί ζύμωση, τα στελέχη των απαραίτητων μικροοργανισμών αναπτύσσονται τεχνητά. Η διαδικασία εκσυγχρονίστηκε και οδηγήθηκε σε αυτοματισμό, πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια πλήρους εξοπλισμού. Υπάρχουν πολλοί κατασκευαστές που παράγουν απευθείας ζύμωση γαλακτικού οξέος.
Η ουσία της όλης διαδικασίας μπορεί να συνοψιστεί σε πολλές παραγράφους.
- Ένας υδατάνθρακας λαμβάνεται ως κύριο προϊόν - απλός (φρουκτόζη, γλυκόζη, πεντόζες) ή σύνθετος (σακχαρόζη, άμυλο, γλυκογόνο και άλλα).
- Δημιουργούνται αναερόβιες συνθήκες.
- Στελεχές βακτηρίων γαλακτικού οξέος συγκεκριμένου τύπου προστίθενται στο προϊόν.
- Παρέχονται όλοι οι απαραίτητοι εξωτερικοί παράγοντες που είναι βέλτιστοι για το επιθυμητό προϊόν: φωτισμός, θερμοκρασία, παρουσία ορισμένων πρόσθετωνεξαρτήματα, πίεση.
- Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας ζύμωσης, το προϊόν υποβάλλεται σε επεξεργασία και απομονώνονται όλες οι παράπλευρες ενώσεις.
Φυσικά, αυτή είναι απλώς μια γενική περιγραφή του τι συμβαίνει. Στην πραγματικότητα, σε κάθε στάδιο υπάρχουν πολλές σύνθετες βιοχημικές αντιδράσεις, επειδή η διαδικασία της ζύμωσης του γαλακτικού οξέος είναι το αποτέλεσμα της ζωτικής δραστηριότητας των ζωντανών όντων.
Βασικά στοιχεία της διαδικασίας ζύμωσης γαλακτικού οξέος
Από χημική άποψη, αυτοί οι μετασχηματισμοί είναι μια σειρά από διαδοχικά στάδια.
- Πρώτον, υπάρχει αλλαγή στο αρχικό υπόστρωμα, δηλαδή αλλάζει η ανθρακική αλυσίδα της ουσίας (υδατάνθρακας). Αυτό οδηγεί στην εμφάνιση ενδιάμεσων ενώσεων εντελώς διαφορετικής φύσης, που ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες. Για παράδειγμα, εάν το αρχικό υπόστρωμα είναι γλυκόζη, τότε αναδιατάσσεται σε γλυκονικό οξύ.
- Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής, που συνοδεύονται από απελευθέρωση αερίων, σχηματισμό υποπροϊόντων. Η κύρια μονάδα στην όλη διαδικασία είναι το γαλακτικό οξύ. Είναι αυτή που παράγεται και συσσωρεύεται κατά τη ζύμωση. Ωστόσο, αυτή δεν είναι η μόνη σύνδεση. Έτσι, υπάρχει ο σχηματισμός μορίων οξικού οξέος, αιθυλικής αλκοόλης, διοξειδίου του άνθρακα, νερού και μερικές φορές άλλων συνοδευτικών.
- Ενεργειακή απόδοση της διαδικασίας με τη μορφή μορίων τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης (ATP). Υπάρχουν 2 μόρια ATP ανά μόριο γλυκόζης, αλλά εάν το αρχικό υπόστρωμα είναι πιο σύνθετης δομής, για παράδειγμα κυτταρίνη, τότε υπάρχουν τρία μόρια ATP. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται από βακτήρια γαλακτικού οξέος για περαιτέρω ζωή.
Είναι φυσικό αυτόεάν κατανοήσει κανείς λεπτομερώς τους βιοχημικούς μετασχηματισμούς, τότε θα πρέπει να υποδεικνύονται όλα τα ενδιάμεσα μόρια και σύμπλοκα. Όπως:
- πυρουβικό οξύ;
- διφωσφορική αδενοσίνη;
- μόρια διφωσφορικής νικοτιναμίνης ως φορέα υδρογόνου και άλλων.
Ωστόσο, αυτό το θέμα αξίζει ιδιαίτερης προσοχής και πρέπει να εξεταστεί από τη σκοπιά της βιοχημείας, επομένως δεν θα το αγγίξουμε σε αυτό το άρθρο. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε ποια είναι η τεχνολογία για την παραγωγή προϊόντων γαλακτικού οξέος και ποιοι τύποι ζύμωσης υπάρχουν.
Ομοζυμωτική ζύμωση
Ομοζυμωτική ζύμωση γαλακτικού οξέος περιλαμβάνει τη χρήση ειδικών μορφών παθογόνων και διαφέρει από την ετεροζυμωτική ως προς τα προκύπτοντα προϊόντα και την ποσότητα τους. Εμφανίζεται κατά μήκος της γλυκολυτικής οδού μέσα στο κύτταρο του μικροοργανισμού. Η ουσία είναι, όπως γενικά σε κάθε ζύμωση, η μετατροπή των υδατανθράκων σε γαλακτικό οξύ. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι ότι η απόδοση του επιθυμητού προϊόντος είναι 90%. Και μόνο τα υπόλοιπα πηγαίνουν σε παράπλευρες ενώσεις.
Ζύμωση βακτηρίων αυτού του τύπου από τα ακόλουθα είδη:
- Streptococcus lactis.
- Lactobacillus casei.
- Lactobacillus acidophilus και άλλοι.
Ποιες άλλες ουσίες σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ομοζυμωτικής ζύμωσης; Αυτές είναι συνδέσεις όπως:
- αιθυλική αλκοόλη;
- πτητικά οξέα;
- διοξείδιο του άνθρακα;
- φουμαρικό και ηλεκτρικό οξύ.
Ωστόσο, αυτή η μέθοδος λήψης γαλακτοκομικών προϊόντων που έχουν υποστεί ζύμωση δεν χρησιμοποιείται πρακτικά στη βιομηχανία. Διατηρείται στη φύση ως το αρχικό στάδιο της γλυκόλυσης, εμφανίζεται επίσης σε μυϊκά κύτταρα θηλαστικών κατά τη διάρκεια εκτεταμένης σωματικής άσκησης.
Η τεχνολογία για την παραγωγή των απαραίτητων προϊόντων για τη διατροφή του ανθρώπου περιλαμβάνει τη χρήση αρχικών υδατανθράκων όπως:
- γλυκόζη;
- σακχαρόζη;
- φρουκτόζη;
- μαννόζη;
- άμυλο και μερικά άλλα.
Και τα ομοζυμωτικά βακτήρια δεν είναι σε θέση να οξειδώσουν πολλές από αυτές τις ενώσεις, επομένως η χρήση τους ως καλλιέργειες εκκίνησης στην παραγωγή δεν είναι δυνατή.
Ετεροζυμωτική ζύμωση γαλακτικού οξέος
Αυτή η μέθοδος είναι ακριβώς η βιομηχανικά εφαρμόσιμη, χάρη στην οποία πραγματοποιείται η παραγωγή όλων των γαλακτοκομικών προϊόντων που έχουν υποστεί ζύμωση, τα λαχανικά διατηρούνται και η ενσίρωση ζωοτροφών για τα ζώα συγκομίζεται.
Η κύρια διαφορά από αυτή που περιγράφηκε προηγουμένως είναι ότι τα παθογόνα πραγματοποιούν ζύμωση γαλακτικού οξέος με το σχηματισμό μεγαλύτερου αριθμού υποπροϊόντων. Μόνο το 50% της ζάχαρης μετατρέπεται από βακτήρια σε γαλακτικό οξύ, το υπόλοιπο πηγαίνει στον σχηματισμό μορίων όπως:
- οξικό οξύ;
- γλυκερίνη;
- διοξείδιο του άνθρακα;
- αιθυλική αλκοόλη και άλλα.
Πώς είναι καλύτερο και πιο επικερδές από το σχηματισμό 90% καθαρού γαλακτικού οξέος με την ομοζυμωτική μέθοδο; Το θέμα είναι ότι όταν παράγεται το κύριο προϊόνπάρα πολύ, τότε η ζωτική δραστηριότητα πολλών βακτηρίων αναστέλλεται εντελώς. Επιπλέον, τα προϊόντα χάνουν πολλές από τις γευστικές ιδιότητες που αποκτούν λόγω των παράπλευρων ενώσεων. Έτσι, για παράδειγμα, το ευχάριστο άρωμα των κονσερβοποιημένων λαχανικών παρέχεται από το οξικό οξύ και την ισοαμυλική αλκοόλη. Εάν αυτές οι ενώσεις δεν υπάρχουν, τότε το αποτέλεσμα της διατήρησης θα είναι εντελώς διαφορετικό.
Μια απόδοση γαλακτικού οξέος 50% είναι αρκετά επαρκής για να καταστείλει την ανάπτυξη και τη ζωτική δραστηριότητα όλων των εξωγενών μυκήτων και μικροοργανισμών στο σύστημα. Διότι ακόμη και το 1-2% προκαλούν πολύ ισχυρή οξίνιση του περιβάλλοντος στο οποίο δεν μπορούν να υπάρχουν άλλοι οργανισμοί, εκτός από βακτήρια γαλακτικού οξέος. Η όλη διαδικασία πραγματοποιείται κατά μήκος της οδού της φωσφορικής πεντόζης.
Οι συνθήκες ζύμωσης για την ετεροζυμωτική μέθοδο θα πρέπει να είναι οι εξής:
- καλό και φρέσκο ορεκτικό προστέθηκε στο αρχικό στάδιο;
- βέλτιστες εξωτερικές συνθήκες που επιλέγονται για κάθε προϊόν ξεχωριστά;
- εξοπλισμός υψηλής ποιότητας και καλής λειτουργίας;
- όλες οι τεχνικές συσκευές που απαιτούνται για τη διαδικασία.
Μεταξύ των εξωτερικών συνθηκών, η θερμοκρασία της διεργασίας έχει ιδιαίτερη σημασία. Δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλό, αλλά το κρύο θα επιβραδύνει δραστικά ολόκληρη την πορεία της ζύμωσης.
Σήμερα υπάρχει μια εξειδικευμένη δεξαμενή ζύμωσης που δημιουργεί αυτόματα όλες τις απαραίτητες συνθήκες για τη σωστή και άνετη λειτουργία των μικροοργανισμών.
Απαιτείται εξοπλισμός
Όπως σημειώσαμε παραπάνω, ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικάπρέπει να σημειωθεί η ικανότητα για ζύμωση. Αν μιλάμε για τη διαδικασία στο σπίτι, τότε θα πρέπει να δώσετε προσοχή στην καθαριότητα των πιάτων που χρησιμοποιούνται κατά τη συντήρηση, την παρασκευή γιαουρτιού και άλλων προϊόντων. Ένας τρόπος για να μειώσετε τον αριθμό των ξένων πληθυσμών μικροοργανισμών είναι να αποστειρώσετε τα δοχεία πριν τα χρησιμοποιήσετε.
Ποια πιάτα είναι κατάλληλα για ετεροζυμωτική ζύμωση; Μπορεί να είναι ένα γυάλινο ή πλαστικό δοχείο υψηλής ποιότητας (πολυπροπυλένιο, πολυαιθυλένιο) που μπορεί να κλείσει καλά με ένα καπάκι.
Η βιομηχανία χρησιμοποιεί ειδικές συσκευές για την απολύμανση και τον καθαρισμό των δοχείων πριν από την έναρξη της διαδικασίας ζύμωσης.
Βακτήρια που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία
Αν μιλάμε για καλλιέργειες βακτηρίων που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία γαλακτοκομικών προϊόντων σε κονσέρβα και ζύμωσης, τότε μπορούμε να αναγνωρίσουμε αρκετούς από τους πιο συνηθισμένους τύπους οργανισμών.
- Οξινόφιλο βουλγαρικό στικ.
- Είδη Lactobacillus Sporolactobacillus inulinus.
- Bifidobacteria.
- Leukostocks.
- Κόκκοι γαλακτικού οξέος.
- Είδος Lactobacillus L. Casei.
- Βακτήρια του γένους Streptococcus και άλλα.
Με βάση τον συνδυασμό και τις καθαρές καλλιέργειες των υποδεικνυόμενων οργανισμών, γίνονται καλλιέργειες εκκίνησης για γαλακτοκομικά προϊόντα που έχουν υποστεί ζύμωση. Είναι στο δημόσιο τομέα, ο καθένας μπορεί να τα αγοράσει. Το πιο σημαντικό είναι να τηρούνται οι συνθήκες της διαδικασίας ζύμωσης για να επωφεληθείτε από το αποτέλεσμαπροϊόν.
Τι προϊόντα λαμβάνονται από αυτή τη ζύμωση;
Αν μιλάμε για το ποια προϊόντα ζύμωσης μπορούν να ληφθούν με τη βοήθεια των γαλακτοβακίλλων, τότε μπορούμε να αναφέρουμε πολλές κύριες κατηγορίες.
- Γαλακτοκομικά προϊόντα που έχουν υποστεί ζύμωση (ζυμωμένο γάλα φούρνου, γιαούρτια, βαρενέτ, κεφίρ, τυρί cottage, κρέμα γάλακτος, βούτυρο, προϊόντα οξύφιλου και άλλα).
- Ζωοτροφές τύπου σιλό για ζώα φάρμας.
- Γαλακτικό οξύ, το οποίο χρησιμοποιείται στην παρασκευή αναψυκτικών, στο ντύσιμο δερμάτων γούνας και πολλά άλλα.
- Ψήσιμο, παραγωγή τυριού.
- Κονσερβοποιημένα φρούτα και λαχανικά.
Όλα αυτά αποδεικνύουν τη σημασία ορισμένων τύπων βακτηρίων στη ζωή των ανθρώπων, στις βιομηχανικές τους δραστηριότητες.
